Крупная установка для анодирования представляет собой весьма сложное сочетание химического, механического и электрического оборудования: некоторые нижеследующие замечания, без сомнения, очевидны для людей, знакомых с технологией, тем не менее, они заслуживают того, чтобы заострить на них внимание.

Одни из самых высоких эксплуатационных затрат приходятся на операции загрузки и разгрузки, что делает анодирование трудоемким процессом: умение и опыт здесь могут составить ту самую разницу между прибылью и затратами, и никакая степень автоматизации не может адекватно возместить расходы. Фактором, определяющим скорость всего процесса, конечно, является тот факт, что покрытие в 25 микрон требует 1 час при 1.5 А/дм². Поэтому необходимо обеспечить подачу полностью загруженных оснасток, готовых заполнить ванны для анодирования. Оснастки переносят большой ток и тяжелый груз; они должны прикрепляться к небольшим зонам или иметь контакт только в очень малых точках. Применяется широкий набор зажимов и креплений, но болтовые или зажимные контакты являются средствами, предпочитаемыми большинством операторов.

Максимальная пропускная способность оборудования определяется мощностью установленного выпрямителя. Силиконовый выпрямитель на 24 вольта является самым распространенным источником. Очень целесообразно иметь бесступенчатое регулирование напряжения под нагрузкой от нуля до максимума, устройство постоянного контроля тока и автоматическую функцию возврата напряжения на ноль после завершения цикла, впрочем, многие выпрямители сегодня управляются компьютерами. Максимальный коэффициент использования означает, что площадь поверхности каждой загруженной оснастки была заранее рассчитана, чтобы обеспечить задействование большей части мощности. В этом отношении для оператора существенно важно поддерживать записи данных о периметрах различных профилей, с которыми он имеет дело. Заряд для анодирования будет в любом случае основываться на площади поверхности.

Следующим моментом, который нужно обеспечить, это возможность на постоянной основе управляться с мощностью, которую выдает выпрямитель. Типичная нагрузка, отбирающая 600 ампер при 20 вольтах будет представлять ввод тепла объемом более 120 киловатт или 409,920 Btu/hour (британская тепловая единица 0, 252 ккал/час), которое все должно быть отведено холодильной системой. Последняя вполне может быть самой дорогой позицией в капитальных затратах на оборудование и недостаточный ее расчет может ограничить производительность установки по причине возможного ущерба для качества. Отбираемое тепло должно куда-то отводиться, требуя около 380 литров воды в минуту.

Контакты между шинами и пластинами требуют точности конструкции и внимания, часто желательны гибко устанавливаемые контактные площадки по концам ванн анодирования; обычно используются плоские медные площадки, приделанные к ванне, и алюминиевые пластины. Контакты между пластинами и вертикальными шлицами оснастки должны содержаться в порядке, при этом шлицы должны иметь адекватное сечение для переноса тока. Контакты между катодами и шинами также требуют частого обслуживания, особенно, когда применяются алюминиевые катоды. Освинцованные ванны еще иногда используются в архитектурных линиях, со свинцом, действующим в качестве катода, но почти всегда необходимо экранирование дна, концов и части боковых стенок, так как очень важно обеспечить, чтобы формируемое покрытие равномерно распределялось под нагрузкой, и расположение катодов может сыграть в этом важную роль. Широко применяются алюминиевые катоды, некоторые установки оснащены центральной системой катодов, а также боковыми катодами, чтобы повысить однородность толщины пленки.

Типичная установка для анодирования алюминиевых окон и секций витрин, пример .Рабочие ванны имеют длину 7.6 м и глубину 2.5 м за исключением ванн анодирования, которые глубиной 2.75 м, чтобы обеспечить дополнительный зазор и циркуляцию раствора. Вторая ванна анодирования была добавлена позднее, а ванны окрашивания  были заменены технологией электролитического придания цвета. Ванны располагались рядом друг с другом, с приподнятой рабочей платформой, проходящей вдоль контрольной стороны оборудования на адекватной высоте. Перемещение рабочих грузов осуществлялось с помощью дистанционно управляемого мостового крана, приводимого в действие электродвигателем с гидромуфтой для обеспечения движения без рывков. Такая установка была типичной для совмещенного архитектурного производства с ваннами стальной конструкции, которые были приподняты на плинтусах выше общего уровня пола.

Сегодня, однако, многие архитектурные установки проектируются в виде U-образных линий с целью более эффективного использования работ по загрузке и перезагрузке, а также, чтобы избежать переноса заготовок по воздуху в начало линии над рабочими ваннами. Одно ответвление U включает подготовительную часть процесса, а другое – анодирование, окрашивание и закрепление. Промывочный водный аппарат двойной длины образует переход от одной ветви линии к другой. На другом конце линии колесная транспортная тележка перемещает использованную оснастку на противоположную сторону в зону для перезагрузки. Линии такого вида часто сооружаются из бетона (соответственно уложенного) с ваннами, утопленными ниже уровня пола. Подобная линия будет иметь ванны длиной 8-9 м, с глубиной 2.5-3 м и шириной 1-1.2 м. Располагая тремя ваннами для анодирования, она будет иметь типовую нагрузку по току в 30,000 ампер (3 х 10,000) и производственную мощность, вероятно, 2,000-3,000 тонн анодированных профилей в год.

Типовая технологическая цепь будет следующей:

1.Загрузка.

2.Щелочная очистка (10 мин. при 70 ^оС).

3.Промывка холодной водой.

4.Травление (раствор на основе гидроокиси натрия при 55-60 ^оС в течение 10-15 мин.).

5.Промывка холодной водой.

6.Промывка холодной водой.

7. Удаление травильного шлама (30% (объемн.) азотная кислота при комнатной температуре).

8.Промывка холодной водой.

9.Переходная моечная линия.

10.Анодирование до 25 микрон (50-60 мин. в 165 г/л H₂SO₄ при 20 + 1 ^оС и 1.5 А/дм²).

11.Промывка холодной водой.

12.Промывка холодной водой.

13.Электролитическое окрашивание (если требуется).

14.Промывка холодной водой.

15.Промывка холодной водой (в некоторых случаях деионированной водой).

16.Закрепление (40-60 мин. в деионированной воде с 1 г/л уксуснокислого аммония при рН 5.5-6.5 и температуре 97-99 ^оС.).

17.Выгрузка.

Водные промывки обычно проточного, а не статического типа, и в них применяется соответствующая противоточная циркуляция для минимизации расхода воды. Кроме того, технологическая схема обычно устроена таким образом, чтобы обеспечивать двойную промывку между основными фазами процесса, при этом одна промывка (как, к примеру, промывки 4 и 11) выступает в качестве «грязной», а другая в качестве последующей «чистой».

Очистка стоков, оборот воды и минимизация отходов становятся все более важными факторами в проектировании установок анодирования. Одна такая установка в Голландии была призвана свести указанные проблемы к минимуму. В ней попытались минимизировать расход воды путем применения противотока и дождевой промывки, сократить объем невозвратных химикатов, улучшить активацию электролитов, и восстанавливать технические растворы во всех случаях, где это возможно.

В большинстве европейских и северо-американских производств заготовки в основном устанавливаются горизонтально и самым большим размером ванны является ее длина. В Японии, однако, многие современные линии анодирования предполагают вертикальное, а не горизонтальное прохождение заготовок. Такие линии были описаны Patrie, а сравнительное сопоставление горизонтального и вертикального анодирования было проделано Shibata. Экструдированные секции (до 5 м в длину) устанавливаются на горизонтальном столе, а затем переводятся в вертикальное положение для прохождения по линии. Они удерживаются только за один конец, зажимом, который никогда не заходит в раствор , и секции фактически свисают с зажима при обработке. Утверждают, что для линии производительностью 2,000 тонн в месяц требуется только один рабочий на загрузке в смену. Такая линия также предлагает автоматическое манипулирование секциями в зонах загрузки и перезагрузки. Несомненно, оборудование для таких вертикальных линий анодирования является более сложным, чем для традиционных линий. Требуются также значительно более высокие и дорогие здания (обычная высота 18 м). Однако эти линии обладают огромной производственной мощностью и такая типичная отдельная линия, способная вырабатывать 24,000 тонн анодированного продукта в год, имеет четыре ванны для анодирования с выпрямителем мощностью 24,000 А. При объемах рынка анодированного алюминия в Японии в 500,000 тонн в год много таких линий активно эксплуатируется в настоящее время.

Можно сказать, что алюминий вошел в архитектуру через окно. Изначально он служил заменителем стали, и рамы сваривались газовой сваркой в освященной веками манере. Неизбежно возникали тепловые пятна вследствие осадков, до тех пор, пока с приходом технологии сварки встык оплавлением не появились устройства, способные давать аккуратно сваренные рамы без видимых зон термического воздействия. Преимущества возможности заказать почти любой экструдированный профиль, сколь угодно сложный, взывали к конструкторам, которые смогли изобрести целый ряд сборных рам, скрепляемых винтами, скобами и защелками. В свою очередь это позволило анодировать компоненты в прямых отрезках, с лучшим использованием пространства ванны, так как большая сварная оконная рама оставляет мало места, чтобы приемлемо расположить что-либо еще. Огромное изобилие размеров и форм дополнительно осложняет работу оператора при анодировании, так же как и работу сборщика, который должен снова рассортировать заготовки и убедиться, что нужное количество каждой имеется в наличии.

Не удивительно, что для определенных классов продуктов приход так называемого преданодирования упростил дело и принес большую экономию. При таком подходе металл поступает прямо с завода на установку анодирования в стандартных отрезках (во многих случаях анодирование фактически выполняется уже в прессовом цехе) и изготовитель окон получает уже покрытые и проверенные заготовки, которые поступают в дальнейшую работу. В Великобритании для указанных целей, которое к тому же было полностью автоматизированным, так что вся последовательность обработки могла быть предварительно записана в системе перфокарт, которая самостоятельно действовала по мере освобождения ванн без какого бы то ни было вмешательства операторов. Это производство использовало систему автоматической подачи Glydo изготовления W.Canning Ltd.

Система обозначений для отделки алюминия была принята Ассоциацией алюминия (Aluminum Association) и основные таблицы обозначений приводятся ниже. Механическая отделка обозначается буквой M. Химическая отделка обозначается буквой С . Анодная обработка, как таковая, обозначается буквой А . Таким образом, если иллюстрировать на примерах, архитектурное покрытие 15 микрон, образованное травлением и анодированием путем интегрального процесса окрашивания, будет обозначаться АА – М10С22А42, а типичная автомеханическая отделка может быть обозначена АА-М11С12С31А213. Представляется очевидным, что это весьма точная, но сложная система, и пока она не принята за пределами Соединенных Штатов.

Для формирования различных текстур поверхности, требующихся для анодированных архитектурных компонентов, используется несколько методов. В ряду механической обработки стоят полирование, абразивоструйная обработка (дробью алюминия или его сплава,  или жидкостным (пескоструйным) хонингованием), крацевание щетками нержавеющей стали или нейзильберовыми. Фактурные поверхности получают, как указывает путем использования бесконечных лент разнообразных марок, также часто они производятся применением колес из нетканого полиамидного волокна (найлон), пропитанного оксидом алюминия (типов Bear-Tex или Scotchbrite). Материал такого типа также формируется в ленты с прокладками в виде вспененного слоя или воздушной подушки, которые могут следовать контурам экструдируемых профилей лучше, чем те, что опираются на негибкие колеса.  Поверхность может быть также обработана матовым травлением. Травление архитектурных панелей в растворах на основе гидроокиси натрия обеспечивает однородную матовую поверхность. Добавлением 2% фтористого натрия можно получить немного более яркую поверхность.

Для яркости можно полировать электролитическим или химическим методом, но необходимо помнить, что коэффициент зеркального отражения будет сильно снижаться после анодирования до толщины, значительно превышающей 10 микрон (0.4 mil.).

Большинство стандартов по анодированию не включают системы обозначений, но немецкие используют единственное обозначение Е0 для предварительно необработанных и анодированных материалов, Е1-Е5 для различных степеней механической обработки с последующим анодированием, и Е6 для химически протравленных и анодированных поверхностей. Аналогичная система обозначений введена в стандарте EN12373: Часть 1.

Вопрос о том, какая толщина анодного покрытия приемлема в каждой конкретной ситуации, был горячо обсуждаемой темой, потому что толщина является единственной характеристикой, определяющей качество покрытия. При этом часто указывалось на то, что покрытие в 15 микрон, хорошо подготовленное и должным образом нанесенное, предпочтительнее 35 микрон у мягкого и пористого, выполненного посредственно. Следует также помнить, что когда этот разговор начинался, едва ли у какого-либо оператора имелся в распоряжении ставший ныне повсеместным вихретоковый датчик, чтобы быстро и точно измерить толщину пленки в любой точке, равно как и быстрый и надежный метод для оценки, нанесено ли покрытие надлежащим образом. Параллельно с проникновением в архитектурную область шло развитие испытательных методик, которые в немалой степени помогли обеспечить достоверность характеристик покрытий.

В настоящее время имеются два стандарта на анодирование, действующие в Великобритании. BS 3987:1991 относится конкретно и только к анодированному алюминию, применяемому для наружных архитектурных целей в Великобритании. Он устанавливает минимальную среднюю толщину покрытия в 25 микрон (1 mil; 0.001 дюйма) с минимальной местной толщиной в 20 микрон где-либо на значительной поверхности.

BS 1615:1987 является общим стандартом, охватывающим все применения, поэтому он не закладывает общего стандарта толщины, а перечисляет марки от АА5 до АА25  со ступенями в 5 микрон, из которых покупатель может выбрать нужную. В Приложении предлагается инструкция по выбору в следующем виде:

«Срок службы анодированного алюминия в наружных применениях зависит не только от толщины покрытия, но также от регулярности, с которой атмосферные осаждения удаляются смыванием. Особенно важно регулярно удалять атмосферные осаждения с поверхностей, которые не омываются дождем.

Марка АА25 должна назначаться для стационарных наружных применений в Великобритании, таких, к примеру, как окна и навесные экранные стены.

Марки АА20 и АА15 могут предназначаться для стационарных наружных применений в слабоактивной атмосфере или сельской местности, вдали от воздействий промышленного загрязнения или морского климата, где длительная прочность может не иметь большого значения (например, витрины), или может обеспечиваться частое обмывание.

Марки АА10 и АА5 могут назначаться для наружных применений при специальных условиях (к примеру, может гарантироваться частое обслуживание), когда оборудование не является постоянным, допустим некоторый износ.»

Примечание гласит, что «Многие страны имеют национальные стандарты на анодированный алюминий и, вследствие того, что иные климатические условия, в общем, менее агрессивны, чем в Британии, минимальная толщина покрытия для наружного стационарного применения варьируется от 10 до 20 микрон.»

Существенное различие между редакцией стандарта BS 1615 от 1987 года и более ранними в том, что он теперь дает «методику определения норматива», а не норматив. Это значит, что он указывает читателю, как составить спецификацию на анодированный продукт и какие характеристики следует определить, но сам не является спецификацией по применению. Это, например, означает, что уже более невозможно будет заявить, что нечто анодировано в соответствии с маркой АА15 по стандарту BS 1615. Спецификация на такой основе, конечно, может быть составлена, но она должна быть разработана покупателем или производителем анодированного продукта. Этот подход представляет собой новую тенденцию в выработке стандартов и он не ограничивается британскими стандартами BSI или стандартами по анодированию – так новый Европейский стандарт EN 12373:Часть 1, который со временем придет на смену BS 1615 и другим национальным стандартам в Европе, также будет представлять собой методику, а не догму.

Вследствие относительно агрессивных условий окружающей среды в Великобритании рассматривались марки до 35 микрон, и они действительно появились в редакции BS 1615 от 1961 года. Было признано, однако, что в нормальных рабочих условиях температуры и плотности тока покрытия, образуемые анодированием серной кислотой, начинают ухудшаться, когда переходят за 30 микрон, становясь по нарастающей более мягкими и пористыми и снижая защитный фактор. Покрытия большей толщины могут быть получены путем понижения температуры и применением более высокой плотности тока, но представляется сомнительным, чтобы такие покрытия действовали сколько-нибудь лучше, чем хорошо исполненное 25 микронное покрытие, не требуется обычно и более совершенных рабочих характеристик. Даже при нанесении покрытия в 25 микрон уже требуется очень точно контролировать режим анодирования и применять температуры ниже 21 ^оС, концентрации кислоты менее 185 г/л и плотность тока анодирования свыше 1.4 А/дм² (13 A/фут²).

Если этого не делать, внешние стороны покрытия могут стать сравнительно мягкими и оно будет быстро «мелиться» под внешними воздействиями. Такого рода проблема побудила Британскую Ассоциацию Анодирования (British Anodizing Association) выпустить указания применительно к анодированию в архитектуре. Существование проблемы признавалось в редакции BS 3987 от 1991 года в смысле необходимости оценки абразивной износостойкости покрытий, равно как их толщины и качества формирования. Был определен простой метод контроля с применением наждачной бумаги (BS 6161:Часть 18), в соответствии с которым пленки, получаемые сернокислотным анодированием, не должны сдираться бумагой со стеклянным покрытием. Подобным же образом слои, получаемые способом интегрального цветного анодирования, не должны сдираться гранатовой шкуркой.

Руководящие примечания в Приложении В касательно «Свойств, влияющих на рабочие характеристики покрытия» указывают, что покрытия с показателем износостойкости выше 1,4, измеренным согласно BS 6161:Часть 9 (Измерения характеристик износа с помощью испытательного устройства с абразивным кругом), вероятно, не обладают достаточным качеством для наружных архитектурных применений.

Другое отличие нового стандарта BS 3987 заключалось в признании большой важности качества нанесения покрытия и включении для его оценки испытаний на растворимость в хромовой/фосфорной кислоте (BS 6161:Часть 3) образца, предварительно пропитанного в азотной кислоте (10 мин. в 50% растворе (по объему) азотной кислоты при 18-22 ^оС). Это требование присутствует также и в новой спецификации Qualanod, оно включено в новые европейские стандарты, где EN 12373: Части 6 и 7 описывают  испытания на растворимость в хромовой/фосфорной кислоте без предварительной пропитки азотной и кислотой и с применением таковой соответственно. Часть 7 (с пропиткой) рекомендована для оценки качества закрепления в наружных архитектурных покрытиях.

Обусловливание 25 микронного покрытия является более жестким требованием, чем применяемые в какой-либо другой стране, и тем самым признается преимущественно агрессивный характер британского климата вследствие обширных индустриальных зон, близости к морю, и большой влажности в сочетании с относительно высокими и колеблющимися зимними температурами, что способствует чрезвычайной конденсации.

В США для архитектурных работ требуется 18 микрон, а в большей части Европы установлен минимум в 20 микрон, хотя на более сухом Юге толщина 15 микрон порой считается достаточной. Было предпринято несколько попыток объединить указанные требования в подобие простой формулы с присвоением значений климатическому фактору или загрязнению окружающей среды, и степени сырости. Thomas предложил следующее простое отношение толщина пленки в микронах = 5 (М+Р), которое по его мнению может охватить большинство ситуаций и в общем отвечает национальным стандартам, если применять нижеуказанные значения для М и Р:

Внутренняя установка; наружная установка для мягкого и сельского климата        Р=1

Наружная установка в морском климате                                                                                             2

Наружная в индустриальной среде                                                                                                         2

Наружная + морская            : очень агрессивные условия                                                            3

Исключительно жесткие местные условия                                                                                    Р=4

Внутренняя с отоплением; внешняя очень сухая                                                                         М=0

Внутренняя влажная; внешняя умеренно влажная                                                                   1

Сильная конденсация; очень сыро (Великобритания)                                                                2

Это означает минимум в 5 микрон для самых мягких условий, 10 или 15 микрон для внутренних применений, и 15, 20 или 25 микрон для прогрессивно возрастающих степеней жесткости в наружных применениях.

Наибольшим прогрессом в применении анодированного алюминия в двадцатом веке явилось проникновение его в архитектурную область, и сегодня использование навесных стен, панелей, оконных рам и кровельных материалов для домов, офисов, квартир, фабрик и магазинов представляет собой весьма значительную долю в общем объеме применения алюминия, который проходит подобную обработку, в частности, в США, Великобритании, Италии, Голландии, Германии, Японии, Южной Африке и Швейцарии. Поскольку анодные покрытия для этих целей часто подвержены жестким условиям и нередко плохо доступны для адекватной чистки, должны применяться достаточно толстые покрытия хорошего качества.

Большая часть архитектурных элементов в Великобритании и других странах анодируются сернокислотным способом. Чтобы поддерживать стабильность анодируемых изделий и соответствовать требованиям всевозможных национальных стандартов, большие и часто сложные производства стали обычным явлением для такого рода работ и оснащаются оборудованием для контроля температуры кислоты в пределах + 1 ^оС или еще точнее, а также средствами регулирования тока, или плотности тока, для достижения постоянной величины с целью контроля параметров формирования пленки.

Хотя три или четыре органических красителя и были одобрены для наружных работ, большинство традиционных красящих материалов подвержены определенному обесцвечиванию при долгих внешних воздействиях, что в результате привело к принятию для таких целей красителей на основе неорганических пигментов, число которых невелико и располагает весьма ограниченным цветовым диапазоном. В течение десятилетия 1960-70 гг. произошло очень большое увеличение в том, что сегодня называют интегральными процессами цветного анодирования, которые, основываясь на специальных электролитах, иных нежели серная кислота, обеспечивают устойчивый «встроенный» цвет. Последующие десятилетия дали возврат к сернокислотному электролиту, с последующей технологией электрохимического окрашивания для импрегнирования покрытий металлическими частицами. Эти разработки подробно рассматриваются в последующих страницах данной Главы. Тенденция общего подъема в использовании анодированного алюминия в архитектуре получила изменение направления в 1980-х годах с введением систем порошковой окраски, обладающих высокой долговечностью. Эта технология предложила широкий диапазон цветных покрытий, которые в целом были дешевле цветного анодированного алюминия, что в результате привело к закрытию нескольких основных линий анодирования для архитектурных применений. Однако в 1990-х тенденция снова обращается вспять, в связи с озабоченностью местной нитевидной коррозией под окрасочными покрытиями, а также со стремлением архитекторов к эффекту металлического блеска анодирования, но все же мало вероятно, что анодирование когда-либо вернет себе преобладание в архитектуре, которое оно имело в 1960-х и 70-х. Любопытны последние цифры (1996) от ESTAL, которые показывают, что на европейских рынках производство как анодированных, так и окрашенных продуктов увеличивается, хотя последние растут быстрее. Эти цифры определяют в 1996 году 476,000 тонн для анодированного и 742,000 тонн для окрашенного алюминия на европейском рынке.

Движение по обустройству домов в Великобритании и применение алюминия для замены окон, верандных дверей и двойного остекления привело к значительному росту спроса на алюминиевые экструдированные профили. Тем не менее белые окрашенные формы применяются в этих целях все больше, с предпочтением перед анодированными, также пластиковые окна забрали большую долю этого рынка. Интересно, что гигантский рынок экструдированных форм в Японии, также служащий в основном для домашних применений, до сих пор удовлетворяется большей частью анодированным алюминием, хотя обычно используются прозрачные лаковые покрытия, наносимые электрофорезным осаждением. В Японии имеется также очень большой рынок для цветного анодированного алюминия, главным образом бронзового цвета, получаемого электрохимическим окрашиванием, сходные рынки существуют также в Австралии и Новой Зеландии. Этот тип покрытия пришел теперь и в Европу, после установки Reynolds в Голландии большой вертикальной линии анодирования, которая включает электрофорезный процесс наряду с традиционным нанесением защитного слоя.

В случаях, когда для процедур интегрального цветного анодирования используется металл, часто требовались дополнительные меры предосторожности, поскольку цвет в некоторых процессах зависел от качества и металлургических кондиций интерметаллических компонентов. Поэтому было весьма важно убедиться, что они не выходят за строго очерченные пределы, если иметь намерение получать воспроизводимый цвет. В практику входило также привлекать сплавы специального состава для стимулирования цветовых эффектов, и в таких ситуациях производственная операция должна была быть организована таким образом, чтобы выходить в одну и ту же конечную точку для каждой партии металла.Kaiser Aluminium запатентовала состав металлов для улучшенного сплава 5005

(сплав с 0.8% Mg), а также производственную технологию, заключающуюся в медленном охлаждении проката, в котором железосодержащий осадок формировал сравнительно большие частицы, число которых было в результате этого меньше и они меньше влияли на отражающую способность. Это давало листы устойчиво постоянного и предсказуемого цвета, что было усовершенствованием обычного производства. Аналогичная идея была предложена в Германии для получения профилей из сплава AlMgSi.

Вырабатывание насыщенных темно-бронзовых цветов и, при необходимости, черных, на интегрально анодированных профилях с применением сплава 6063 (НЕ9) осуществлялось с помощью добавок меди и марганца, при этом предлагались следующие составы:

кремний         0.3-0.4%

железо            0.15-0.25%

медь                0.15-0.25%

марганец        0.1-0.2%

магний           0.45-0.60%

Это служило основой для экструзионного сплава Kaiser, известного как КЕ 45. Условия термообработки для этого сплава описаны Dorward’ом. Лучшие показатели твердости получались на практике чаще всего двухстадийной выдержкой (старением) в течение 2 часов при 143 ^oС и затем 4 часов при 180 ^оС. Был предложен также листовой материал на основе добавки меди и марганца к сплаву с 0.8% Mg. Предпочтительный состав был следующим:

кремний         0.08-0.14%

железо            0.15-0.25%

медь                0.16-0.25%

марганец        0.16-0.25%

магний           0.70-0.90%

хром               0.04-0.08%

Медь и хром, добавляемые в сплав 6063 совместно, дают эффекты, отличные от тех, что получаются, когда любой из этих элементов добавляется сам по себе, и предлагалось получать желтые, бронзовые или черные цвета интегральным цветным анодированием с применением состава:

Cu                               0.35-1.0%

Mg                              0.4-1.0%

Si                                0.25-0.60%

Fe                               0.4% макс.

Cr                               0.10-0.35%

Mn, Zn, Ti                  0.1% макс.

Mg, Si                         0.6-1.6%

Патенты Sumitomo Chemical Co. добавили сплав для формирования бронзового цвета в электролите на щавелевой/серной кислоте, содержащий 0.3-3.5% магния и 1-10% цинка с добавками марганца, хрома, серебра и ванадия; также для серо-черного или коричневого анодного покрытия со сплавом, содержащим медь 3.5-4.5%, магний 1.0-2.0%, никель 1.0-3.0%, нагреваемым при 500-520 ^oС и отжигаемым при 150-300 ^oС.

Применение сплава с 5% кремния для получения серых оттенков при анодировании в серной кислоте хорошо известно, глубина отражающей способности при этом определяется технологической процедурой, влияющей на размер и распределение частиц кремния, которые сохраняются в элементарной форме в анодной пленке после анодирования. Формирование серого цвета с кремнием на гораздо более низком уровне стало предметом швейцарского патента, указывающего следующий состав:

кремний                    0.5-2.0%

железо                        0.4-1.0%

медь до                      0.2%

марганец до              0.8%

хром до                      0.4%

титан до                     0.1%

магний до                  1%

Сплав, содержащий 1.5-2.5% бария также предлагался для формирования серого анодного покрытия. Более важными представляются разработанные Kaiser и Alcoa сплавы для получения серых покрытий в процессах интегрального цветного анодирования. Сплав от Kaiser (обозначаемый КЕ 50) включал следующее:

кремний                    0.30-0.60%

железо                        0.10-0.40%

марганец                   0.20-0.60%

магний                       0.40-0.70%

хром                           не более 0.10%

цинк                           не более 0.10%

медь                           не более 0.05%

Сплав Alcoa был ближе к первоначальным сплавам Al-5% кремний (АА 4043) и содержал:

кремний                    3.3-6.5%

железо                        0.1-0.7%

марганец                   0.3-0.65%

магний                       до 0.1%

медь                           до 0.3%

титан                          до 0.1%

Более поздний листовой сплав Alcoa был аналогичен КЕ 5, но без присутствия магния. Он в основном включал:

кремний                    0.40-0.60%

железо                        0.20-0.40%

марганец                   0.30-0.60%

Хорошие черные покрытия трудно удавались интегральному цветному анодированию и Alcoa разработала листовой сплав с хорошей формирующей способностью, который позволял получать интегральные черные слои за 30 минут анодирования. Сплав содержал:

кремний                    0.08-0.18%

железо                        не более 0.3%

марганец                   не более 0.05%

магний                       до 0.1%

медь                           0.4-0.6%

хром                           0.1-0.25%

цинк                           не более 0.05%

титан                          не более 0.05%

Разрабатывались также литьевые сплавы, пригодные для качественных интегральных цветных покрытий. Kaiser описала сплав, содержащий 3.2-3.8% Si, 0.25-0.6 Mg и 0.25-0.8% Cr, который давал оттенки от светло-золотого, через бронзовый, до черного, а Sumitomo сообщила о сплаве, содержащем 0.1-1.3% хрома и 0.2-3.4 марганца, дававшем золотые оттенки при анодировании в серной кислоте.

Патенты в Японии от Nippon Light Metals Research Institute относятся к черному покрытию на сплаве, содержащем 1.5-2.5% марганца, который обрабатывался, нагревался до 250-350 ^оС в течение по меньшей мере 1 часа, и дисперсионно отверждался при 400-500 ^оС, а также к методу получения сплава, содержащему 1.5-2.5% марганца и 0.2-4% магния, который закалялся резким охлаждением и обрабатывался при 400-550 ^оС.

Но слава абсолютного рекордсмена изобретательности в данном направлении должна принадлежать Nippon Light Metals Company с ее всеобъемлющим патентом, который охватил, кажется, почти все возможные добавки из периодической таблицы, которые могут быть применены к алюминию, и выработал метод производства (предположительно на мелкосерийных опытных образцах), позволяющий получать цвета по всему спектру

На ранних стадиях развития процесса электролитического окрашивания имелось мало информации относительно его механизма и на самом деле оставалось неясным, осаждался ли металл или металлическое соединение. Ранние патенты Asada указывали, что осаждается оксид или гидроокись, но более поздние работы в общем отмечали, что главное отложение создается металлическими частицами. Laser исследовал электролиты на основе олова и меди и показал, для этих случаев, с помощью рентгеновской гониометрии, что осаждения были металлическими по характеру. Sandera опубликовал подробное исследование о ряде окрашивающих электролитов, включая электролиты на основе кобальта, никеля, молибдена, меди, олова, серебра, железа и золота. Он применял разнообразные исследовательские средства, включая рентгеновские и спектроскопические методы. Электронная спектроскопия (ESCA) в общем показывала присутствие оксида, но большая часть других методов указывала, что осаждения были в большой степени металлическими. Lichtenberger также заключил, что осаждения были металлическими, на основании изучения окрашенных медью пленок, а Sautter et al. рентгеновскими методами показали для случаев олова и меди, что в порах пленок осаждались металлические частицы 60-250 µм длины.

Катодная поляризация анодных окисных пленок в смешанной ванне NiSO₄-H₃BO₃. (Толщина пористого слоя 9 µм, барьерный слой 150 А^о)

Позднейшие работы концентрировали внимание более конкретно на определенных металлах. Состояние анодных пленок, окрашенных оловом, изучалось Cohen’ом и др., которые использовали мессбауэровскую спектроскопию, чтобы показать, что олово преобладающе присутствовало в виде олова-металла. Saji et al. изучали электролиты на основе меди и показали, что металлическая медь может осаждаться на поверхностях анодных пленок равно, как и в порах. В первом случае главной причиной поверхностных отложений оказываются дефекты структуры анодной пленки.

Sato and Sakai применяли поляризационную технику для изучения осаждений из электролитов на основе никеля. Они измеряли катодные поляризационные кривые на примере сернокисло-никелево/борнокислотного электролита. Были измерены три пика, первый при -4 V, с представлением сокращения водородных ионов, второй при -13 V, где нет уверенности относительно происхождения эффекта, и третий при -18 V, с представлением сокращения ионов никеля. Было показано, что эти поляризационные пики подвержены влиянию как толщины анодной пленки, так и толщины барьерного слоя пленки, что и показано на рисунках ниже. Когда пористый слой был тоньше 2 микрон, катодный ток вследствие вырабатывающегося водорода был очень высоким, и пленка не окрасилась. Первый и второй пики катодного тока наблюдались на пленке в 4 микрона, но окрашивающий пик при -18 V все еще отсутствует; все три пика были видны в случае с пленкой 9 микрон. Этот эффект низкой толщины анодной пленки почти наверняка изменяется в соответствии с применяемым электролитом и используемыми режимами (условиями), но когда пленка слишком тонкая, окрашивание затруднено. Воздействия толщины барьерного слоя  также важны, поскольку тонкий барьерный слой влияет не только на форму кривой поляризации, но и сдвигает положение основного пика окрашивания. Хотя происхождение среднего пика и не определяется с уверенностью, он представляет значение, так как исследователи показали, что он подвергался сильному воздействию ионов натрия или аммония, причем первые по меньшей мере служат главной причиной проблем отслаивания (растрескивания) в электролитах на основе никеля.

Катодная поляризация анодной окисной пленки в смешанной ванне NiSO₄-H₃BO₃. Воздействие толщины пористого слоя: толщина барьерного слоя-150 А^о, толщина пористого слоя – (А) 2 мкм, (В) 4 мкм, (С) 9 мкм.

Катодная поляризация анодной окисной пленки в смешанной ванне NiSO₄-H₃BO₃. Воздействие толщины барьерного слоя: толщина пористого слоя-9 мкм, толщина барьерного слоя – (А) 150 А^о, (В) 100 А^о, (С) 50 А^о.

Хотя по практике электролитического окрашивания и представлено уже много информации, еще несколько общих замечаний могут оказаться полезными. Процессы обычно применимы с широким набором сплавов и, в отличие от технологии интегрального цветного анодирования, не очень зависимы от этих сплавов. И тем не менее, наиболее удовлетворительные результаты будут получаться с листовыми сплавами Al-Mg (серии 5000) и профильными Al-Mg-Si (серии 6000). Сплавы с высоким содержанием кремния (серия 4000) или меди (серия 6000) могут представлять серьезную проблему при окрашивании, поскольку интерметаллические частицы в этих сплавах могут перекрывать барьерный слой анодного покрытия. Это дает очень сильный поток тока в таких точках и большое выделение водорода, что препятствует эффективному окрашиванию. Литьевые сплавы часто вызывают затруднения по этой же причине.

Операция загрузки в оснастку представляет собой весьма важный аспект большинства процессов электролитического окрашивания, так как многие из них имеют более слабую кроющую способность, нежели обычные сернокислотные электролиты для анодирования. Использование системы центральных электродов для повышения этой способности уже упоминалось, и заготовки должны аккуратно располагаться на оснастке с целью обеспечения хорошей равномерности цвета в пределах партии. В отличие от операций анодирования, чем плотнее (ближе) размещаются заготовки, тем медленнее будет ход окрашивания, поэтому этот фактор должен приниматься во внимание, чтобы получать хорошую равномерность от загрузки к загрузке. Оснастка должна обеспечивать надежность, так как не допустима потеря контакта между анодированием и окрашиванием, поэтому предпочтение отдается зажимным или болтовым контактам. В этой связи титановые зажимы или оснастки не могут использоваться для электролитического окрашивания, так как из-за своей очень тонкой окисной пленки они отбирают ток при операциях окрашивания.

Процесс электролитического окрашивания не очень чувствителен к таким факторам анодирования, как вариации толщины анодной пленки, но в некоторых случаях, в частности с высококислыми электролитами на основе олова или меди, качество получаемой анодной пленки является важным. Göhausen рекомендует максимальную температуру анодирования 18 ^оС и минимальную плотность тока анодирования 1.5 А/дм² при окрашивании в темные тона электролитами на олове. Более высокие температуры анодирования или меньшие плотности тока дают пленку, которая может быть подверженной дальнейшим воздействиям в окрашивающем электролите, и у таких пленок наблюдалось значительное снижение стойкости к истиранию. Там, где требуются пленки прочнее, чем обычные, анодирование может протекать при более низких температурах, или же использоваться серно/щавелевокислотные электролиты. Reynolds применяла свои многоцелевые электролиты  для электролитического окрашивания. Способность электролитических процессов окрашивания давать полную гамму оттенков на тонких анодных пленках (5-10 микрон) сделала их привлекательными для автомобильных применений и некоторые процессы использовались с этой целью.

Промывание между анодированием и окрашиванием может иметь важность, особенно для электролитов с высоким рН (4-6), а также для электролитов чувствительных к накоплению алюминия, и переход алюминия от анодирующего электролита должен быть минимизирован.

Перемешивание окрашивающего электролита, вероятно, более важно для достижения хорошего смешения реактивов в ванне, чем собственно для окрашивания, но оно может иметь значение при окрашивающих электролитах с высоким рН. Продолжительное перемешивание нежелательно для электролитов на основе олова, так как усиливает окисление сернокислого олова. Контроль температуры в процессах электролитического окрашивания имеет гораздо менее решающее значение, чем при анодировании, и большинство ванн функционируют при температуре окружающей среды, какой бы она ни была. Однако высокие температуры среды (выше 30 С) могут вызвать дополнительные проблемы в окрашивании, в частности, с темными пленками. Хотя, с другой стороны, в патенте от Kaiser окрашивающий электролит на основе сернокислого никеля намеренно поддерживается на отметке 35 ^оС.

Промывание после окрашивания также может иметь значение, чтобы предотвратить загрязнение закрепляющей ванны. При некоторых электролитах может происходить потеря цвета в фазах между окрашиванием и закреплением, в особенности при выработке очень светлых оттенков. Операции закрепления после электролитического окрашивания обычно не испытывают влияния от процессов окрашивания, так что используется традиционная практика фиксирования. Но сажа от закрепления всегда хорошо заметна на окрашенных поверхностях и в соответствующих растворах, как правило, применяются добавки для ее предотвращения.

Подобно тому, как электролитическое окрашивание стало важным процессом для группового (пакетного) анодирования, то же произошло и в области непрерывного анодирования, и каждый год этим способом производятся многие сотни тонн цветного анодированного алюминия. Непрерывная технология представляет некоторые трудности, поскольку и пост. ток (для анодирования), и пер. ток (для окрашивания) прикладываются к движущейся полосе. Alcan предложила систему, использующую пер ток с накладываемой составляющей пост. тока на окрашивающем элементе, с применением цепи пер. тока, дополненной посредством электрода, погруженного в анодирующий электролит в положении с лицевой поверхностью, направленной в основном к неанодированному алюминию, чтобы создать жидкий контакт. Схема такого расположения приведена на рисунке.

В соответствии с этим рисунком алюминий протягивается с подающего рулона (не показан) в ванну анодирования, в которую через впускные отверстия (2) подается поток сернокислотного электролита (например, 15% H₂SO₄) и затем выводится через выпускные отверстия (3) для рециркуляции. Ванна (1) изображена имеющей пять пар разнесенных электродов (4). Для выполнения операции анодирования две первые пары электродов (4) подключены к положительному выводу выпрямительного устройства (5), а три остальные пары электродов (4) – к отрицательному.

После прохождения ванны анодирования уже анодированная полоса проходит фазу промывки, схематически показанную поз. (6), которая служит для удаления сернокислотного электролита. После этого полоса входит в ванну электролитического окрашивания (7), в которой она проходит через матрицу противоэлектродов (8). Противоэлектроды подсоединены к одному выводу источника пер. тока переменного напряжения (9), второй вывод которого подключен к анодным электродам (4) в ванне, откуда ток течет к почти неанодированной части поверхности алюминиевой полосы. Использовались свинцовые электроды, а состав электролита (никелевая ванна) был большей частью таким же, как для группового окрашивания. Все металлы, обычно применяемые для электролитического окрашивания, могут осаждаться в непрерывных процессах.

Систем Alcan для непрерывного электролитического окрашивания

Система Suмitoмo для непрерывного электролитического окрашивания с применением постоянного тока

Аналогичная схема была описана Pilot Pen’ом, в то время как Alusuisse применяет промежуточный кислотный контактный электролит между анодированием пост. током и окрашиванием пер. током. С другой стороны Suмitoмo переложила свой опыт пакетного окрашивания партий на непрерывный процесс. Это представлено на рисунке. В этой системе алюминиевая лента или проволока 1 непрерывно подается с рулона или разматывателя 2, проходит последовательно через ванну обезжиривания 3, ванну травления 4, токорегулирующую электролитную ванну 5, ванну анодного

оксидирования 6, ванну электролитического окрашивания 7, и закрепляющую ванну 8, и вновь сматывается в рулон 9. Если требуется, можно предусмотреть несколько промывочных ванн 10 и подающие ролики 11 в одной линии вместе с направляющими валиками 12. Отрицательный вывод источника пост. тока 13 присоединяется к катоду 14, помещаемому в ванну анодирования 6, а положительный вывод через реостат 17 подсоединяется к электроду 15, помещаемому в окрашивающую ванну 7. Потребность в токорегулирующей ванне теперь становится очевидной, поскольку один источник подает ток как к анодирующим, так и к окрашивающим элементам, и они могут независимо контролироваться использованием соответствующих реостатов 17 и 18. Электроды 14, 15 и 16 могут быть графитовыми или из нерастворимого свинцового сплава, но металл того же типа, что осаждается (к примеру, никель в никелевом электролите), может применяться в окрашивающем элементе 7.

Более поздняя разработка Suмitoмo описывает применение анодного ящика, через который окрашивающий электролит закачивается на поверхность ленты (полосы). Соответствующее расположение анодного ящика позволяет производить окрашивание с одной или обеих сторон полосы.