Основные сведения

Оборудование для анодирования. Ванны

Ванны для анодирования обычно производят из мягкой стали, облицованной подходящим кислотоустойчивым материалом, например, полипропиленом, ПВХ или резиной, как неопрен. Также часто используются освинцованные ванны, в которых роль катода выполняет облицовка. В последнем случае используется химически чистый свинец, и обычно приходится защищать днище и края чана пластиковыми щитками во избежание неравномерного распределения тока по обрабатываемому изделию. Остальные ванны, использующиеся на линии анодирования обычно делают из мягкой стали – для чанов для щелочной очистки и травления, из кислотоустойчивой нержавеющей стали – для химической полировки, из нержавеющей стали – для удаления травильного шлама, покраски и уплотнения. В последнее время на линиях для архитектурного анодирования стали использовать облицованные бетонные ванны, однако при литье и облицовке таких чанов необходимы осторожность и опыт, особенное внимание следует уделять покрытию на бетоне и времени на их установку. Для облицовки подобных ванн обычно используется армированное склеенное смолой стеклянное волокно с дополнительной внутренней металлической изоляцией. Из чанов должен легко отвести раствор, их следует ставить под уклоном в сторону сливного отверстия для облегчения слива и очистки. Иногда их снабжают системой фильтрации.

anodirovanie vanny, анодирование алюминия

Анодирование. Анодирование полых изделий

На первый взгляд кажется, что проблем с полной обработки поверхности всей детали, даже если деталь имеет сложную форму, возникать не должно, однако на практике часто возникают специфические ситуации, связанные с необходимостью анодирования полых прессованных профилей или труб для архитектурного применения, длина которых может достигать 10-12 метров. Минимальный ток, необходимый для образования покрытия определённой толщины, рассчитывается исходя из площади поверхности, и проблема здесь состоит в том, чтобы сделать поправку на внутреннюю поверхность, если необходимо получение точной толщины покрытия. Для этого не существует определённого метода, однако исследователи придумали правило большого пальца, по которому для определения эффективной площади всего изделия к площади внешней поверхности прибавляют примерно одну треть площади внутренней поверхности. Этот метод подходит для поверхностей различных размеров, однако при обработке меньших длинных изделий прибавляемая часть может составлять четверть, в то время как на самом деле она может достигать половины и более, так как  показатель рассеивания достаточно хорош для того, чтобы внутренняя поверхность составляла значительную часть изделия.

К сожалению, показатель рассеивания в этом случае недостаточен для получения покрытия одинаковой толщины на внутренней части трубы, и если необходимо, приходится прибегать к использованию внутренних катодов и принудительной циркуляции электролита.

Анодирование. Показатель рассеивания и дополнительные электроды

По сравнению с растворами для нанесения гальванического покрытия, растворы для анодирования обладают хорошим показателем рассеивания, что обусловлено высоким сопротивлением плёнки Al2O3 по отношению к электролиту. Высокая анодная поляризация также является одной из причин высокой способности к образованию покрытия. Первоначальная поляризация на участках с высокой плотностью тока отводит ток в участки, получающие ток меньшей плотности, чем это ожидалось в соответствии с начальным распределением тока. Обнаружение различий в толщине плёнки происходит в основном в сложных конфигурациях и при большой комплексной нагрузке. Например, вариации в толщине плёнки от 4 до 8 микрон обнаруживаются в пределах нагрузки архитектурных профилей, анодируемых до номинальной толщины плёнки 20 микрон.

МакДагал75 приводит следующие данные относительно вариаций толщины плёнки при анодировании деталей двигателей:

Высокая                           Низкая

0.40 мил                         0.30 мил

0.57                                 0.41

0.45                                 0.35

0.47                                 0.40

На алюминиевый лист, подвешенный близко к или параллельно с одним катодом, покрытие будет нанесено с двух сторон. На удаленной стороне образование плёнки начнётся, как только сопротивление электролита между катодом и ближней стороной и сопротивление покрытия, уже сформировавшегося на ближней стороне, сравняется с сопротивлением раствора между катодом и удаленной стороной.

Были проведены некоторые испытания способности к образованию покрытия или показателя рассеивания.

Измерить показатель рассеивания электролита можно без труда, прибегнув к методу Пана, который был адаптирован Хервигом и Лейгом.  Для этого используется алюминиевая коробка, разбитая на две части. Стороны и торцы её шлифуются, и одна из сторон загибается. Загнутые стороны скрепляются болтами и прислоняются к опорной плите, в которой просверлены дыры различного диаметра. Визуальный осмотр показывает, на какую глубину будет рассеиваться раствор. Если исследуется бесцветное покрытие, то вся конструкция погружается в чёрный краситель, когда насыщенность цветового тона станет пропорциональна толщине плёнки. После вскрытия окна покрытие можно испытать в солевом тумане для определения коррозионной стойкости.

Анодирование. Держатели, крепеж и др.

Если не титановая часть зажима для анодирования состоит из меди, то её следует изолировать. Многие из типов покрытия зажимов, включая покрытия из натуральной и синтетической резины, ПВХ и полиэтилена способны противостоять воздействию растворов серной кислоты для анодирования. Обработка с использованием зажимов в растворах для химической  полировки представляет собой определённую проблему. Тем не менее, лишь покрытия из синтетических термореактивных эластомеров обладают средним сроком службы, в то время как остальные упомянутые покрытия сразу же подвергаются химическому воздействию раствора. На практике срок эксплуатации алюминиевых зажимов с титановыми контакт-деталями и пружинами ограничивается лишь долговечностью пластикового покрытия зажима, которая при анодировании в серной кислоте составляет около 1000 циклов. На одном из подобных заводов удалось увеличить срок эксплуатации до 2500 циклов, несмотря на то, что титан подвергался воздействию фтористоводородной кислоты при погружении со скоростью 0.001 дюйма за 200 циклов.

На сегодняшний день каркасы и планки полностью титановых зажимов делаются из стержней или  профилей, в то время как контакты производят либо из проволоки, подчеканенной в позицию, либо из листа или полосы, приваренной к каркасу.

Ещё одной разработкой является использование прочных алюминиевых прутьев с титановым покрытием, цель которого – достижение большей проводимости, чем при использовании титановых прутьев. Также используются переносные сварочные кондукторы, которые позволяют обрабатывать изделия различных типов и размеров. Они очень распространены при обработке деталей маленьких размеров,. Тонкс и Брэйс приводят описание огромного количества подобных титановых зажимов. Иногда в подобных зажимах при очень высокой плотности тока происходит локальное горение обрабатываемой детали, и  компания Alcan предлагает избегать этого посредством использования  алюминиевых контактных поверхностей, защищённых сжимающимся внешним рукавом из такого непроводящего материала, как кремнийорганическая резина.

По сравнению с полностью титановыми зажимы из алюминия с титановыми контакт-деталями менее долговечны, хотя сами титановые контакт- детали можно использовать повторно после полного износа самого каркаса. На практике для установки контакт-детали используется чеканка, а уплотнение соединений происходит при обновлении пластикового покрытия каждые 2-4 месяца.

Сравнительная стоимость полностью титановых зажимов и зажимов с титановыми контакт-деталями в большой степени зависит от количества обрабатываемых деталей. Таким образом, Полфреман выяснил, что если требуется обработать методом блестящего анодирования большое количество деталей, то стоимость использования титановых зажимов будет составлять лишь 8-20% от стоимости использования алюминиевых зажимов, а при малых объёмах обрабатываемых изделий преимущество будет на стороне алюминиевых зажимов с титановыми контакт-деталями. Хоть титановые зажимы являются  более дорогостоящими, однако им не требуется покрытие и они больше подходят для применения в цепях обработки, включающих обезжиривание паром и химическую полировку. Иногда титановые зажимы могут стать причиной местной точечной коррозии, в особенности при обработке окрашенных изделий и изделий с тонким анодным покрытием43. Подобный гальванический эффект описывал Хеншел, который во избежание появления подобных проблем рекомендует использование растворимых магниевых анодов. Прошедшие очистку аноды фиксируются на полосе металла  перед погружением изделия в ванну для покраски и остаются на нём во время покраски и уплотнения. Гальванический эффект может также проявляться в результате контакта с резервуарами для покраски или уплотнения из нержавеющей стали, поэтому следует изолировать полосу от резервуара.

При анодировании в хромовой кислоте не рекомендуется использовать незащищённый титан при высоком напряжении, как в процессе Бенгофа-Стюарта, так как может произойти разрыв оксидной плёнки на титане. Поэтому обычно в  этом случае материал изолируют. Также были существуют патенты на  "матричные" зажимы, в которых плоские изделия помещаются в ромбовидные отверстия для создания контакта в четырёх точках, и зажимы в виде оконных рам для трубчатых или круглых деталей, описанные Энглом, а также другие специфические зажимы.

Перед повторным использованием после анодирования с алюминиевых зажимов следует снять верхний слой. Обычно для этого используется погружение  их в травильный раствор на основе едкого натра до удаления слоя оксида, однако при этом неизбежны значительные потери алюминия на зажиме и, следовательно, возможное его замещение. Эта процедура является одним из основных ограничений при использовании алюминиевых зажимов, и по этой причине для уменьшения воздействия на алюминий на них иногда наносят покрытие из органических материалов.

Для создания контакта в данном случае защитное покрытие удаляют в точках соприкосновения. В некоторых случаях для снятия верхнего слоя с контактных поверхностей можно прибегнуть к механической очистке,  тогда не требуется очищать весь зажим химическим способом.

Если бы можно было разработать такие зажимы, в которых между деталями сохранялось определённое пространство и они при этом располагались бы параллельно катодам, то, так как большинство электролитов обладают хорошим показателем рассеивания, то толщина анодной плёнки могла варьироваться при условии, что изделие достаточно плотно упаковано или находится на различном расстоянии от катодов.

Несмотря на то, что для обработки расходных деталей малого и среднего размера обычно используются пружинные клеммы с внешним или внутренним контактом, здесь возможны различные вариации, с помощью  которых можно изменять соотношение между прибылью и убытками. При обработке деталей больших размеров с подходящими резьбовыми отверстиями, превосходного контакта можно добиться при помощи вкручивания в один из них электродного стержня, а при обработке тонколистового проката часто нет другой альтернативы кроме закрепления контакта на поверхности около одного края, хотя площадь его может быть достаточно маленькой на большой поверхности. На изделии и зажиме образуется изоляционное покрытие, и поэтому давление между ними должно быть более позитивным, чем при нанесении гальванического покрытия. Существует также вероятность отделения зажима от изделия более толстыми плёнками, которая увеличивается при повышении температуры в соседних областях, при этом  другие контакты получают дополнительную нагрузку, пока на одном из них не образуется электрическая дуга или не происходит возгорание, либо электрический ток не исчезает вовсе. Поэтому часто люди не понимают, что видимые дефекты могут быть не связаны с использованием неисправных контактов. Многие исследователи испытывали трудности с получением покрытия толщиной 25 мкм при использовании титановых пружинных зажимов из-за разрыва контакта, когда плёнка достигала толщины 15 мкм, поэтому возможность применения твёрдого анодирования с пружинными зажимами ставится под сомнение (если только давление не будет очень высоким). Однако при использовании контактов, скреплённых с изделием болтами, подобной проблемы не возникает.

При обработке длинных выдавленных профилей, используемых в архитектуре, обычно используются зажимные или скреплённые болтами контакты, хотя на некоторых заводах всё ещё используется электрообмотка на вертикальной планке. Тем не менее, всё чаще пластиковые зажимы заменяют алюминиевые и титановые зажимы, использовавшиеся в этих целях ранее.  Пластмасса более устойчива к воздействию всех процессов, задействованных при анодировании, поэтому она обычно не используется при химической полировке. Так же важно, чтобы зажимы обладали соответствующей механической прочностью и химической инертностью.

вертикальное анодирование

Анодирование. Обработка изделий перед анодированием. Продолжение

Определённую проблему представляет тип крепления и покрытие крепления, использующихся в цепи блестящего анодирования, включающей полировку, анодирование и покраску. В таблице  приводятся физические и механические свойства четырёх основных материалов, используемых в этих целях. Наибольшую трудность представляют проблемы химического характера. Титан является инертным в большинстве из растворов данной цепи и хотя в растворе серной кислоты при температуре 21ºС в отсутствие тока скорость его коррозии довольно высока, во время анодирования он защищён анодной пассивацией. Таким образом, при наличии электрического тока титановые крепления подходят для погружения в раствор.

Первоначальные расходы на крепления с титановыми контакт-деталями впоследствии окупаются их большим сроком эксплуатации по сравнению с другими материалами. Для подобного использования подходит титан промышленной степени очистки толщиной 1.5-2 мм и шириной 19-16 мм. Увеличить срок эксплуатации крепления можно посредством применения пластизольного покрытия, оставляя примерно 25 мм титана незащищённым. Детали должны иметь достаточное поперечное сечение для того, чтобы проводить электрический ток. Рейнольдс определил допустимую нагрузку по току для титана в 53 А/см2, Тонкс – 93 А/см2, а Сурвила – 80 А/см2. Это значения для предельно допустимого тока в воздушной среде, и все соглашаются с тем, что в растворе данная величина может возрастать до 469 А/см2. Описание практических дизайнов зажимов, контакт-деталей и захватов, проводящих ток различной плотности  приводит Леопольд в своей работе.

Физические и механические свойства металлов для изготовления креплений.

Алюминий 

 

Медь 

 

Фосфор-бронза 

 

Титан 

 

Обработка машинным способом 

 

Хор. Хор. Уд. Трудно и дорого
Формовка 

 

Требуется специальный обжиг и твердение. 

 

Хор. Уд. Плохо
Прочность на растяжение 

 

Уд. Хор. Отл. Хор.
Вес 

 

Легкий Хор. Уд. Хор.
Пружинистость 

 

Смягч. Хор. Плохо Отл.
Электропроводимость 

 

Уд. Отл. Плохо Хор.

Анодирование. Обработка изделий перед анодированием

Целью обработки с применением креплений является, во-первых, формирование плотного контакта с изделием, и во-вторых упрощение процесса обработки, не подвергая изделие риску деформации во время закрепления или открепления или в результате движения между подвижными контактными точками и т. д. Контактные точки следует выбирать очень тщательно, предпочтительно в местах, скрытых от глаз, так как в таких точках не происходит образование плёнки. Для того, чтобы избежать движения детали в зажиме могут понадобиться три и более контактных точек. Каждая контактная точка не должна переносить более 10-20 Ампер, хотя это и зависит отчасти от сортамента металла, из которого было изготовлено изделие.

Крепления для анодирования часто используют как штативы. В идеале, если они сделаны из алюминия, то крепления должны быть сделаны из того же или похожего типа сплава, что и анодируемый материал, или по крайней мере из такого материала, который не забирал бы ток с изделия, потребляя его больше, чем следует. На практике этого можно добиться при использовании сплавов Al-Mg-Si 6063 и 6082, обладающих хорошими характеристиками для анодирования, которые после термической обработки обладают достаточной механической прочностью и твёрдостью для обеспечения  хорошего упругого контакта при положительном давлении. Сплавы алюминия и меди 2000 серий использовать в этих целях не рекомендуется из-за их быстрого разрушения и большого потребления тока. Также следует быть осторожным при использовании таких материалов для анодирования, как сплавы кремния, обладающих возрастающей характеристикой напряжения. Крепления из 6063 типа сплава будут потреблять прогрессивно возрастающее количество тока за счёт обрабатываемых изделий , что затрудняет расчет толщины плёнки, а во время твёрдого анодирования крепления могут разрушиться в результате разрыва или образования дуги.

Символ Тип обработки Примечания 

Е0 Только обезжиривание и раскисление Подготовка поверхности перед анодированием, при которой поверхность подлежит обезжириванию и раскислению, без какой-либо дополнительной предварительной обработки. Остаются видимыми механические дефекты типа царапин и задиров. После обработки так же могут стать видны дефекты, возникшие в результате коррозии, которые до обработки были едва заметными. 

 

Е1 

 

Только обработка абразивом 

 

С помощью данного типа обработки можно получить относительно однородный внешний вид, несколько мутноватый. При этом убирается большая часть всех дефектов, однако в зависимости от грубости используемого абразива, могут быть видимыми канавки после обработки. 

 

Е2 

 

Обработка щеткой При использовании данного типа обработки можно получить однородную блестящую поверхность с достаточно видимыми следами от щетки. Поверхностные дефекты удаляются лишь частично. 

 

Е3 Только полировка 

 

Механическая полировка дает возможность получить блестящую полированную поверхность, однако поверхностные дефекты удаляются не полностью. 

 

Е4 

 

Обработка абразивом и щеткой При использовании данного типа обработки можно получить однородную блестящую поверхность, при этом уничтожаются все механические дефекты поверхности. Так же при этом происходит удаление коррозийных дефектов, которые могут проявиться в результате использования обработки Е0 или Е6. 

 

Е5 Обработка абразивом и полировка При использовании данного типа обработки можно получить однородную блестящую поверхность, при этом уничтожаются все механические дефекты поверхности. Так же при этом происходит удаление коррозийных дефектов, которые могут проявиться в результате использования обработки Е0 или Е6. 

 

Е6 

 

Химическое травление 

 

После обезжиривания поверхность обрабатывается с получением глянцевого или матового внешнего вида, это достигается путем обработки ее в специальном щелочном травильном растворе. 

Механические дефекты поверхности выравниваются, однако не уничтожаются полностью. В результате этой обработки могут стать видимыми следы коррозии. Для удаления следов коррозии перед травлением следует подвергнуть поверхность механической обработки, однако рекомендуется хранить и обращаться с металлом таким образом, чтобы следов коррозии не появлялось вообще

Е7 

 

Химическое или электрохимическое осветление 

 

После обезжиривания поверхности в паровом обезжиривателе и ли нетравильном очистителе поверхность приобретает яркий внешний вид, благодаря обработке в специальном химическом или электрохимическом растворе для осветления. Только частичное удаление поверхностных дефектов и следов коррозии. 

 

Е8 

 

Полировка и химическая обработка 

 

Шлифовка и полировка, затем химическое или электрохимическое осветление. Дает возможность получения гладкой светлой поверхности, при этом происходит удаление всех механических дефектов и следов коррозии.

Анодирование.Предварительная обработка перед анодированием

Хотя необходимость предварительной обработки перед анодированием может быть определяться различными причинами, она в любом случае имеет большое значение. Иногда требуется просто очистить или обезжирить материал, но в других случаях необходимы более сложные виды обработки, например, для удаления оксидной плёнки, образованной под воздействием воздуха, или для изменения внешнего вида поверхности. Оксиды на поверхности материала могут формироваться во время литья или термообработки, а удалить их можно травлением в кислотных или щелочных растворах. На поверхности сплавов, содержащих магний, во время термообработки при высоких температурах или хранения во влажной среде образуется слой оксида магния, который не растворяется в щелочных растворах, поэтому попытки травления в едком натре приводят к образованию неоднородной шероховатой поверхности, так как в результате подтравливания в данном растворе происходит избирательное удаление оксидного слоя. Подобный оксид легко удаляется в растворах азотной или серной кислот, и поэтому перед началом процедуры травления сплавов с содержанием магния рекомендуется обрабатывать их погружением в растворы кислот. В большинстве случаев предварительная обработка позволяет добиться соответствующего внешнего вида поверхности для дальнейшего применения. Процессы предварительной обработки были более подробно описаны в предыдущих главах, однако эту же информацию можно найти и в стандартах.

anodirovanie

EN 12373: в руководстве к части 1 указывается, что для получения различной структуры поверхности можно использовать целый ряд процессов. Обычно изделие, полированное или неполированное, подвергается травлению с получением целого ряда структур от светло-атласной до матовой, в зависимости от типа используемого травильного раствора. После травления становятся видимыми различные изменения поверхности, например коррозия, появившиеся до обработки, или различные характеристики материала. В качестве альтернативы травлению для получения поверхностей с различной структурой можно использовать механическую обработку при помощи щёток, шлифовальных лент или кругов. В отличие от ненаправленных протравленных поверхностей, в данном случае матовая поверхность может быть линованной или направленной, к тому же подобные поверхности легче воспроизвести, они меньше зависят от структуры и состава металла по сравнению с поверхностями, получаемыми при использовании химической предварительной обработкой. Не слишком глубокие неровности поверхности можно удалить механическим путём.

Для получения гладкой или блестящей поверхности алюминиевые изделия также можно полировать механическим способом, а химическая или гальваническая обработка применяется для получения поверхностей из специальных сплавов с хорошей отражающей способностью. В Стандарте указывается, что следует особенно избегать наружного применения поверхностей с высокой шероховатостью, полученных либо химическим, либо механическим путём, так как они имеют тенденцию удерживать грязь, что отрицательно сказывается на долговечности анодных покрытий. Толстослойное травление также может отрицательно воздействовать на высоколегированные сплавы, так как они становятся более подверженными коррозии под воздействием напряжения.

Анодирование. Выбор сплавов для анодирования

Зависимость между составом сплава, способом его производства и его реакцией на анодирование достаточно сложна и ее понимание требуется для получения оптимального результата. Полезную информацию можно найти в общих нормах анодирования BS 1615:1987, где говорится, что анодированию можно подвергать большинство сплавов общих инженерных серий, описанных в BS 1470-1475, BS 1490 и BS 4300/7. Тем не менее, при обработке сплавов с высоким содержанием меди, цинка или кремния следует применять модифицированные технологии анодирования, в соответствии с рекомендациями производителя сплава или состава для анодирования.

анодирование оборудование

При анодировании высококачественных материалов алюминий специальной степени очистки и его специальные сплавы способны придавать им специфические свойства. Например, в BS 4300/4 приведены сплавы, наиболее подходящие для отделки до блеска или производства отражателей. Были также разработаны и другие сплавы, которые не обязательно отвечают требованиям Британского Стандарта, но применяются для интегрального цветного анодирования и в других специальных процессах.

После анодирования на различных партиях одного и того же материала или различных формах одного материала, на литом металле, изделиях, полученных выдавливанием, кованых изделиях или прокатанном листовом металле, можно получить различные вариации внешнего вида и цвета, покрытия максимальной толщины, добиться максимальной отражательной способности, сопротивления истиранию, коррозионной стойкости и напряжения пробоя. К тому же в ходе анодирования может быть выявлен некоторый недостаток однородности в алюминии. Эти вариации могут поддерживаться в приемлемых пределах посредством для чего необходимо сотрудничество между поставщиком исходного материала, состава для анодирования и покупателя. Это же рекомендуется в новом Европейском Стандарте EN 12373: Часть 1, который вскоре заменит BS 1615.  В обоих этих стандартах приводится информация, которую покупателю необходимо предоставить состав для анодирования до начала обработки, она также может быть полезна и для поставщика металла. Для получения желаемых характеристик, например, высокая  отражательная способность или высокое сопротивление истиранию, может потребоваться применение специального анодирования или другой обработки, и необходимо, чтобы каждый участник данной цепочки знал о требованиях, предъявляемых к конечному продукту.

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.

Анодирование. Качество алюминия для анодирования. Литые изделия

Литые изделия, естественно, не могут подвергаться той же обработке, что и кованые изделия, при этом количество способов улучшения их качества и обработки анодированием существенно ограничено. Изделия, полученные методом литья под воздействием силы тяжести, больше подходят для анодирования, чем отливки, полученные в песчаной форме, так как последние требуют большего количества операций по предварительной обработке. По мнению Шенка6 для декоративного анодирования лучше всего подходят следующие типовые сплавы: Al-Mg-Si (Si 2.5% max.), Al-Mg и Al-Zn-Mg. Смит считает, что на отливках, полученных в песчаной форме, невозможно получить соответствующее качество крашенной поврехности вследствие присутствия прогаров и своей пористости, в то время, как на отлитых под давлением изделиях происходит образование тёмного и пятнистого покрытия. Среди отлитых под давлением изделий больше всего для декоративного анодирования подходят изделия из бинарных сплавов  Al-Mg и Al-Cu с содержанием алюминия не менее 95%. В то же время использование трёх- и четырёхкомпонентных сплавов, например, LM4, для декоративного анодирования весьма ограничено, что является следствием эффекта неравномерной сегрегации, которого, тем не менее, можно частично избежать благодаря термообработке в растворе. Изделия, отлитые под низким давлением, обычно лучше поддаются анодированию, чем изделия, отлитые под высоким давлением. Кескулла и Эдвардсу удалось добиться образования светлого, красивого и устойчивого к коррозии покрытия на сплавах для литья под давлением, содержащих 8% магния и сплавах с 2% содержанием меди и 2% содержанием никеля. Однако надо знать, что на поверхности сплава Al-8% Mg образуется значительное количество шлака и задерживается смазка для литья. Отливки, которые подвергаются анодированию и используются для отделки моторов в США, производятся из чистого алюминия либо из сплава AL-4%Zn-1%Fe. В Великобритании наиболее подходящими для анодирования считаются сплавы алюминий-3% магния-1% марганца, также анодированию подвергается большое количество изделий, полученных литьём под низким давлением из сплава алюминий-2% меди-1% марганца. На сплавах с высоким содержанием кремния происходит образование очень тёмного анодного покрытия. В общем, основной проблемой при обработке отливок является достижение плотной структуры без пор. Сплавы, которые легче отлить, то есть, с высоким содержанием кремния или меди, меньше подходят для анодирования, в то время как на сплавах, с которыми наверняка возникнет проблема пористости (например, сплавы с высоким содержанием магния), можно добиться наилучших результатов. Тем не менее, многие отливки подвергаются как декоративному, так и функциональному анодированию, и показывают при этом весьма неплохие результаты.