Анодирование.Характеристики сплавов, применяющихся в процессе анодирования

При анодировании главным фактором является определённая плотность тока, а не напряжение, потому что с ее помощью можно узнать и проконтролировать скорость образования покрытия. Для анодирования разных сплавов при одной и той же плотности тока требуется разное напряжение Киссин, Дил и Паулсон. Здесь представлены кривые напряжения и времени для различных сплавов, которые подвергали анодированию в 15% серной кислоте при плотности тока 1.3А/дм². Интересно, что чистый алюминий находится в середине этой группы, т.е. для поддержания плотности тока при анодировании сплавам может требоваться как более высокое, так и более низкое напряжение . При определённой плотности тока толщина плёнки зависит от характера воздействия компонентов сплава на электропроводность покрытия. Таким образом, магний- и цинксодержащие сплавы увеличивают электропроводность покрытия, а следовательно, на них происходит образование более толстых плёнок , чем на медьсодержащих сплавах, где, например, выделяющийся CuAl2, к примеру, увеличивает омическое сопротивление. В своих экспериментах Фишер, Будилофф и Кох также выявили отношение между напряжением и временем анодирования, присущее различным сплавам.

Наиболее важным фактором, влияющим на процесс анодирования, была признана однородность сплава. Повышение содержания однородных компонентов оказывало самое значительное влияние на отражательную способность, а цвет покрытия оставался неизменным до тех пор, пока количество выделяющихся компонентов оставалось значительным.

Необходимое для анодирования напряжение варьируется в зависимости от состояния сплава, то есть, от того однородный он или неоднородный. Таким образом, для анодирования медьсодержащих сплавов сразу после отливки потребуется низкое напряжение порядка 14В, тогда как при обработке в горячем растворе для поддержания тока на одном и том же уровне потребуется напряжение 20-22В. Другие сплавы могут вести себя совсем по-другому. Таким образом, сплавы можно разделить на две группы

Группа 1. Неоднородные сплавы, требующие низкого напряжения. Пример - Al-Cu

Однородные сплавы, требующие высокого напряжения - Al-Cu-Mg

Группа 2. Неоднородные сплавы, требующие высокого напряжения - Al-Mg

Однородные сплавы, требующие низкого напряжения - Al-Mg-Si, Al-Zn-Mg

Различия в поведении зависят от воздействия компонента на сопротивление покрытия. Например, в неоднородном состоянии в результате избирательного воздействия на осаждённый компонент в порах образуются умеренно растворимые основные соли, тогда как повышение напряжения при обработке кремнистых сплавов из группы 2 объясняется относительно высоким окислительным потенциалом самого металла. В однородном состоянии поведение сплавов также отличается от поведения алюминия высокой степени очистки. Таким образом, по сравнению с последним присутствие меди, а также марганца и кремния в густом растворе вызывает повышение напряжения, которое возможно связано с образованием более плотного покрытия. В то же время в сплавах из группы 1 наблюдается противоположный эффект.

Из всего вышеизложенного следует, что при любом определённом напряжении анодирования, различные сплавы обладают разными коэффициентами анодирования. Если при работе с одним сплавом интенсивность анодирования можно отрегулировать, путем применения соответствующего напряжения, то при попытке анодирования нескольких сплавов одновременно могут возникнуть определенные проблемы. Хотя и возможна ликвация некоторых сплавов так, чтобы эта проблема не возникала, никогда не следует производить одновременное анодирование сплавов с сильно различающимися характеристиками анодирования, таких, как сплавы Al-Mg (5000 серий) и сплавы Al-Cu (2000 серий). Обработку и анодирование сплавов  необходимо осуществлять отдельно от других, иначе могут возникнуть проблемы, так как обычно для поддержания приемлемого коэффициента анодирования в данном случае требуется напряжение свыше 20В. Джексон и Томас⁵⁰ исследовали эту проблему на примере сплавов, подлежащих осветлению. Они пришли к выводу, что совмещение обработки 5252 с небольшими количествами других сплавов, подлежащих осветлению не представляет никакой опасности, однако при этом следует иметь ввиду, что толщина плёнки на этих сплавах будет ниже ожидаемого уровня. Более рискованно добавлять небольшое количество 5252 при обработке других материалов, так как существует опасность получения более высокой плотности тока и, как следствие, слишком толстой анодной плёнки на 5252.

Максимальная толщина плёнки зависит от состава сплава. Наиболее толстые плёнки можно получить на чистом алюминии, самые тонкие образуются при анодировании обработанных в горячем растворе сплавов, содержащих тяжёлые металлы, однако количество электричества, затрачиваемое для достижения максимальной толщины плёнки будет ниже для второй группы. В некоторых случаях, а именно в случае сплавов Al-Mg и некоторых сплавов с содержанием тяжёлых металлов, после достижения критического значения толщина плёнки может уменьшаться.

При увеличении содержания магния происходит значительное степени увеличение скорости окисления при постоянном напряжении, по крайней мере, поначалу, хотя, как это уже было отмечено, по прошествии определённого периода времени толщина покрытия может уменьшаться. По мнению Лакомба равномерная толщина покрытия может проще всего быть получена на идеально однородном сплаве. В случае изменения состава густого раствора, после окисления они проявляются в виде волнистости поверхности. Это отмечали, например, Херенгель и Сегондпри анодировании сплава Al-3%Mg в течение 30 минут при плотности тока 1.5 А/дм². Особенно велика вероятность возникновения подобного эффекта в том случае, если сплавы производятся на основе металла высокой степени очистки. Харрису и Скотту удалось доказать, что этого можно избежать, если снизить плотность тока до 1.0 А/дм² или повысить температуру анодирования, и привели в своей работе условия, рекомендуемые для блескообразующего анодирования магниевых сплавов.

Размер частиц компонентов вторичной фазы также имеет определённое значение. Исходя из общих физических законов, максимальный эффект рассеяния света дисперсных частиц достигается, когда их размер составляет от 0.3 до 0.5 микрон, что примерно соответствует длине волны в видимой области спектра. Таким образом, при анодировании 5% кремнистых сплавов в серной кислоте на цвет оказывает технология процесса литья. Он приобретает тёмно-серый оттенок, если частицы кремния в сплаве существуют в очень дисперсном виде. В случае с железными алюминидами наблюдается тот же эффект. Осаждающиеся магниевые силициды, образованные посредством перестаривания сплавов Al-Mg-Si придают анодным покрытиям тёмный оттенок, а компоненты марганца могут приводить к образованию покрытий различного цвета.

Неоднородность основного металла не только приводит к образованию более тёмных, непрозрачных или структурированных покрытий, но также может негативно сказаться на их коррозионной стойкости. Избежать этого в некоторой степени негативного влияние можно посредством образования более толстого анодного покрытия. В данном случае существует тенденция к устранению слабых мест в результате нарастания оксида вокруг неокислённых компонентов.

Помимо значимости в процессе анодирования примеси так же играют большую роль при гальванической обработке, например в процессах Brytal и Alzak, в которых для достижения максимальной отражательной способности следует использовать металл высокой степени очистки, так как качество обработки зависит от возможности образования плотной однородной оксидной плёнки на поверхности металла. Они также влияют на поведение металла в процессе травления, особенно в кислотных травителях. Недопустимо присутствие примесей в полировочной ванне Erftwerk. Шорт и Шесби представили отчёт о поведении различных сегрегированных интерметаллических фаз в растворах едкого натра. Они пришли к следующим выводам.

Компоненты (Fe,Mn)Al3, (Fe,Cr)Al₃, (Fe,Mn,Cr)Al₃ и (Fe,Cu)Al₃ реагируют с меньшей скоростью, чем матрица: противоположная картина наблюдается в случае FeAl3, которая реагирует практически с той же скоростью, что и матрица. Замедленная скорость реакции комплексных соединений FeAl3 особенно вредит отделке поверхности.

Компоненты (Cr,Mn)2Al11 , (Mn,Fe,Cr)Al6 и (Mn,Cu)Al6 подвергаются воздействию с меньшей скоростью, чем матрица, тогда как (Mn,Fe)Al6 реагирует практически с такой же скоростью, что и матрица. Во всех четырёх случаях происходит лёгкое огрубление поверхности, примыкающей к компоненте. Это поведение совершенно отличается от поведения компоненты MnAl6, который реагирует с гораздо большей скоростью, чем матрица. Компоненты a-AlFeCuSi и a-AlFeMnSi реагируют ненамного медленнее, чем матрица, тогда как компонента a-AlFeCrSi реагирует чуть быстрее, чем матрица. Фаза a-AlFeSi реагирует с меньшей скоростью, чем матрица, в результате чего может наблюдаться сильная коррозия компоненты. В случае подобных замен становятся заметными два чётких изменения: во-первых, сокращается разность в скорости травления компоненты и матрицы; во-вторых, коррозия, связанная с a-фазой уменьшается при добавлении к фазе меди и не наблюдается в случае магниево- и хромосодержащих фаз.

Авторы также нашли подтверждения того, что применение щелочных травителей, скорректированных при помощи нитратов, нитритов или фторидов, не оказывает существенного влияния на характеристики травления компоненты по сравнению с матрицей, однако они отмечают, что степень коррозии, связанной с FeAl3, подвергшемся травлению в едком натре, снижалась при использовании более сложных травителей, а скорость реакции компоненты MnAl6 значительно снижалась в растворах, содержащих нитрат натрия и нитрит натрия.