То, что алюминиевую фольгу или полосу можно анодировать на непрерывной линии, делает возможным её применение в качестве электрической обмотки магнитов и трансформаторов. Эта обмотка имеет меньшие размеры, чем обыкновенная изолированная медная обмотка при эквивалентных потерях, в то время как очень тонкая изоляция и использование полосы вместо проволоки улучшает теплоотдачу. При площади поперечного сечения проводника около 0.1см² алюминиевая обмотка обходится гораздо дешевле, чем медная.

В Великобритании в этих целях обычно используют покрытия толщиной 5 мкм, полученные посредством анодирования в серной кислоте. При использовании подобных покрытий можно достичь эффективного напряжения пробоя 200 В, при этом они обладают электрической силой 472кВ/мм и относительной магнитной проницаемостью 7.5-8.

Кроме электрических свойств имеет значение и гибкость анодированной проволоки или фольги. Анодирование в серной кислоте делает возможным производство фольги толщиной 0.09мм, которую можно без повреждений наматывать на сердечник  3.2 мм в диаметре, что соответствует необходимым условиям для использования в катушечной обмотке.

Анодированную алюминиевую обмотку можно использовать при температуре до 500ºС без угрозы ее разрушения, и именно поэтому она находит своё применение в самолётах и ракетах, работающих на ядерном топливе, однако при использовании в трансформаторах и двигателях такие провода уступают по запасу прочности проводам с органической или силиконовой изоляцией.

Соединение обмотки можно осуществлять при помощи точечной сварки, холодносварным соединением, ультразвуковой сваркой, механическим соединением или пайкой. В том, что касается анодирования алюминия для пайки, хороших результатов можно добиться при использовании ванны с припоем, работающей с наложением ультразвуковых колебаний.

Одной из главных проблем при использовании анодированного полосового алюминия в качестве электрической обмотки была тенденция к появлению на концах полосы короткого замыкания как следствие того, что после продольной резки по краям полосы остаются заусенцы. Необходимо использовать такую полосу, оба края которой были бы гладкими и круглыми в поперечном сечении или хорошо изолированными. Разработчики по-разному пытались решить эту проблему: механически при помощи наклонных валов или очищая края щёткой, скоростной плавкой или электрохимически, анодируя туго смотанный рулон таким образом, чтобы прежде его края покрылись толстым слоем оксида. Избежать проникновения химических веществ в витки рулона можно посредством сматывания рулона таким образом, чтобы уменьшающееся по экспоненте давление составляло более 30% прочности на растяжение фольги, а контакт можно установить, поместив его на крестообразный штатив с ножевыми опорами с обеих сторон.

При сравнении затрат на производство сварочного трансформатора с использованием медных проводов с двойным остеклением и анодированной алюминиевой полосы, выяснилось, что во втором случае себестоимость проводов снижается на 34%, а вес- на 53%. Но хотя алюминиевая фольга и полоса широко используются в обмотке и трансформаторах, из соображений экономии производители предпочитают изолировать их пластиком или бумагой. Было время, когда в большинстве распределительных трансформаторов в США применялась обмотка из алюминиевой фольги, но хотя изолировали её при помощи анодирования, окупить затраты можно было лишь при извлечении максимальной выгоды из её высокой термостойкости, например, при использовании в сухих трансформаторах, работающих при очень высокой температуре окружающей среды.

В более экстремальных условиях применяются твёрдые анодные оксидные покрытия. В этом случае, нагревательные элементы наматываются непосредственно на опоры из сплавов алюминия, покрытые анодным оксидным покрытием толщиной 50-75мкм, которые используются при красном калении без отрицательного влияния на электрические изоляционные свойства покрытия. Что интересно, твёрдое анодирование позволяет добиться также и кратковременной теплоизоляции, например, от факелов пламени или горячих газов.

Показатель изоляции может быть существенно снижен, если в металлическом субстрате присутствуют выделяющиеся фазы, которые не окисляются при анодировании, а остаются в покрытии в подвешенном состоянии. К тому же в их присутствии частицы металла изолируются в результате слоистого роста оксида. Этих трудностей можно избежать при использовании чистого алюминия или однородных сплавов, подходящих для нанесения защитных покрытий.

ДАННЫЙ КОНТЕНТ БЫЛ УКРАДЕН С САЙТА VSEOKRASKAH.NET  МУСОРОСБОРНИКОМ KRASKA.BIZ

Потенциальным преимуществом анодирования полос металла на сплошных линиях является то, что обработка больших количеств материала, из которого впоследствии можно производить различные изделия, не требует больших затрат. Анодированные полосы алюминия находят своё применение при производстве форм плоской печати, марок производителя, прокладок для двойного остекления, световых отражателей, потолочных кессонов и обмотки трансформатора, в декоративной отделке, при отделке корпусов грузовиков, архитектурной плакировке. Производство рулонного материала для анодирования постоянно увеличивается, и только в США ежегодно производится 50000 тонн такого материала.

На сплошной архитектурной линии завода Coil Anodizing в Бельгии производится 10000 тонн металлической полосы и 40000 тонн листового металла для литографии в год. На подобных заводах в Германии ежегодно производится более 14000 тонн предварительно обработанной анодированием металлической полосы.  Большая часть рулонного анодированного материала имеет толщину менее 0.5 мм (20 мил), однако на некоторых заводах возможно производство материала для применения в строительстве, толщина которого может составлять до 3 мм (120 мил). При анодировании рулонного материала обычно получается анодное покрытие малой толщины – 5мкм (0.2 мил) и менее, однако на некоторых линиях возможно получение покрытий толщиной до 25 микрон.

Анодированные на сплошных линиях полосы могут выдерживать умеренные режимы формовки, включая вытяжку неглубоких полых изделий, и подходят для декоративного применения, однако образование небольших трещин плёнки в более толстых анодных покрытиях ограничивает их использование в коррозийной среде. Тем не менее, после десятилетних испытаний в агрессивной среде опытных образцов, произведённых на линии Coil Anodizing, на них не было отмечено признаков коррозии. Было, правда, отмечено образование волосных трещин при изгибе в радиусе 4-6 мм, однако серьёзной коррозии не наблюдалось. Подобный материал выпускают многие европейские компании, занимающиеся производством и обработкой алюминия, а его применение в строительстве уже описывали Печиней и Максвелл.  Раньше скорость на сплошных линиях для анодирования была  очень невысокой (2-3 м/мин), что являлось одновременно как недостатком, так и преимуществом, так как благодаря этому проведение на одной и той же линии работ по покраске, уплотнению или лакировке не представляло никаких трудностей.

В Норвегии на заводе такого типа каждый год производилось анодирование многих тысяч тонн металлической полосы, находившей своё применение в производстве алюминиевых  контейнеров для хранения пищевых продуктов, и с учётом приводившихся выше оговорок, было выяснено, что тонкое покрытие толщиной около 1.5 мкм, способное выдерживать формовку, можно было получить в 10% (вес/объём) растворе серной кислоты при плотности тока 1.5 А/дм², постоянном напряжении 15-20 В и температуре 21-27ºС. На другой цепи, также используемой в Норвегии, прошедшая анодирование, ополаскивание и сушку полоса металла лакировалась валиком и обжигалась в одном и том же цикле. На этой "лакировочной" линии, очистка полосы не так важна, как если бы лак наносился на "голый" металл, и её можно вообще опустить, если в электролит на основе серной кислоты в качестве смачивателя добавить небольшое количество метил целлюлозы.

Похожая сплошная линия для анодирования и покрытия лаком алюминиевых полос была построена на заводе Alcan Industries Ltd. в Роджерстоуне. Скорость её составляет 30 м/мин, а анодирование осуществляется при напряжении 12-24В в 15% (вес) растворе серной кислоты, в результате чего получается покрытие толщиной 0.3 мкм. Чрезмерный унос электролита предотвращался благодаря прохождению полосы через отжимной вал в конце резервуара для анодирования, поле чего полоса ополаскивалась, высушивалась горячим воздухом и охлаждалась перед лакировкой с одной или двух сторон, а затем высушивалась в печи.

Впоследствии эти линии были заменены очисткой в горячем электролите, которая проводится на очень большой скорости (до 450 м/мин). Частичное ограничение скорости на ранее используемых линиях было связано с потребностью в катящихся контактах для подведения тока к полосе. Хотя подобные катящиеся контакты до сих пор используются на некоторых линиях, они могут приводить в образованию электрической дуги, в особенности при обработке тонких полос. К тому же на воздухе пропускная способность самой полосы достаточно низка, что ограничивает использование тока определённой плотности.

Чикагской компании  International Anodizing Ltd., использующей процесс Lloyd удалось в некоторой степени снизить ограничение скорости при анодировании полосы на сплошной линии с целью получения более толстых анодных покрытий. В данном случае алюминиевая полоса двигается по горизонтально расположенным графитным блокам, подсоединённым к источнику энергии, а тесный контакт с ним обеспечивается с помощью всасывания. При применении данного процесса происходит анодирование только одной стороны листа, а большая поверхность контакта позволяет использовать ток плотностью до 10.8А/дм² при температуре электролита 43ºС, в результате чего образование покрытия толщиной 10 мкм происходит за 22 минуты. Для того, чтобы решить проблему большого количества выделяемого тепла, был изобретён новый способ механического перемешивания, который состоит в использовании бесконечного резинового ремня с зазубренной поверхностью, который двигается близко к анодной полосе в обратном направлении, и таким образом анолит постоянно удаляется и снова пополняется. В установках длиной около 40 м происходит травление, сушка и герметизация, а покрытие толщиной до 25 мкм наносится на длинные листы, которым впоследствии придаётся волнообразная форма для дальнейшего использования в строительстве.

Баркман также серьёзно изучал проблему ограничения скорости процесса и показал, что алюминиевая полоса в жидкой фазе может выдерживать ток плотностью более чем 15000 А/дм² в площади поперечного сечения, а также исследовал какая часть этого тока может быть использована для анодирования. Он пришёл к выводу, что при постоянном увеличении плотности тока она может достигать 300 А/дм², однако при последовательном анодировании существует естественная тенденция к уменьшению плотности тока из-за того, что часть тока уходит с полосы по мере её продвижения по резервуару. Баркману удалось справиться с этой тенденцией посредством применения многокатодной системы, которая была сконструирована таким образом, что плотность тока увеличивается по всей длине резервуара в соответствии с заранее установленным графиком. Статические испытания подтвердили возможность функционирования подобной системы. Благодаря сочетанию многокатодной системы с принципом подведения тока через жидкость в дополнительном гальваническом элементе, ему удалось проводить анодирование на скоростях до 30 м/мин при средней плотности тока 60 А/дм², которая возрастала с начальных 5 до 100 А/дм² на конце катода.

Тем не менее, наиболее значительные разработки в области анодирования на сплошной линии связаны с принципом жидкостного контакта при анодировании. Этот принцип был прекрасно описан Куком. Электрический ток поступает от положительного выхода источника энергии к аноду в первом электролите, и при его поступлении в раствор происходит обычная реакция; в данном случае происходит выделение кислорода. По отношению к аноду полоса в данном растворе является катодной, и поэтому начинается катодная реакция и происходит выделение водорода. Ток проходит по всей длине алюминиевой полосы до того, как она входит во второй раствор, где полоса является анодной по отношению к катоду в данном электролите. Таким образом, плёнка биполярна: она является катодной в первой секции и анодной во второй. Такой метод анодирования иногда называют методом "биполярного электрода".

Водород, выделяющийся на поверхности алюминия, очень эффективен при удалении СОЖ для прокатки с листа и смазки с проволоки и является основой для упоминавшейся ранее электролитической очистки.Ток, проходящий по полосе от катодной до анодной секции, вызывает эффект нагревания , и именно это нагревание ограничивает количество проходящего тока. В крайнем случае полоса может расплавиться, размягчиться и переломиться.

В литературе можно найти описание многих систем жидкостного контакта. Среди разработчиков следует особенно выделить Фромсона, который запатентовал много гальванических элементов. Он описывает использование относительно простых систем жидкостного контакта и то, как благодаря использованию дополнительных элементов можно увеличить плотность тока при анодировании, а следовательно и скорость полосы. Таким же образом он может варьировать используемые процессы, то есть на анодированную полосу можно наносить гальваническое покрытие или окрашивать его гальваническим способом. Также в литературе можно найти описания других процессов электрофоретического нанесения лака и электролитического окрашивания непрерывно анодируемого алюминия. Во многих подобных случаях возможно использование на разных частях полосы как постоянного, так и переменного тока.

Как можно видеть из вышеизложенных цифр, протяжённость пути полосы от катодной до анодной секций элемента может быть достаточно большой, и чтобы избежать этого были разработаны расположенные в линию элементы с перегородками между ними. Наиболее совершенной из подобных систем является система, разработанная компанией Alcan. В этом случае длинному узкому гальваническому элементу не требуется никаких физических перегородок между катодной и анодной секцией, а анодирующий электролит может растекаться по поверхности полосы в направлении, противоположном её движению. Это эффективный способ борьбы с нагреванием полосы, который позволяет использовать ток очень большой плотности. Данный принцип применяется в процессе электролитической очистки и в анодирующих элементах на линии компании Alcan в Нахтерштедте. Бришау и др. изучали возможность применения математического моделирования при разработке элементов жидкостного контакта, а Эллард и Ковиесон использовали в разработке гальванических элементов принцип интенсивного потока электролита.

Печиней описал процесс, при использовании которого пока происходит анодирование одной из сторон, вторая находится контактирует с вращающимся цилиндром . Уже существует завод непрерывной обработки в Польше, на котором проводится анодирование полосковых проводников для электромагнитов. Обработка происходит при плотности тока 36 А/дм² в растворе на основе серной кислоты и сульфата натрия при постоянном и переменном напряжении, что похоже на систему Холодного. Компания Alusuisse использует метод множества катодов, а компания Ano-coil описывает систему непрерывной печати на анодированном алюминии с использованием сублимируемых чернил.

Алюминий, анодированный на непрерывной линии, используется в основном в индустрии производства офсетных печатных форм, и поэтому существует множество описаний гальванических элементов, применяющихся при электролитическом зернении переменным током или анодировании постоянным током. Подобными разработками занимались компании Hoechst, Alusuisse и Fuji Film.

И по сей день одним из основных  применений анодированной проволоки является электрическая обмотка. Проволока, прошедшая обработку на установке, подобной той, что была описана выше, способна выдерживать напряжение до 150В, а если скрутить вместе, как  это обычно делается, две таких проволоки и приложить напряжение к обоим свободным концам, то проволока будет способна выдержать напряжение  275В. На практике же эти показатели часто превышаются на 50%. Главным преимуществом такой проволоки по сравнению с проволокой, изолированной при помощи органических веществ, является её высокая термостойкость. Анодированная проволока использовалась для обматывании беспроволочных трансформаторов, и за 14 месяцев их использования с двукратным превышением номинальной нагрузки, и средней температурой на уровне 250ºС не произошло ни одной аварии. С другой стороны подобные провода трудно соединять. Возможно для получения "электрически чистых" проводов (с высокой проводимостью), а также и для других целей, больше подойдут сплавы алюминия-магния с содержанием последнего 0.5-1.0%.

Анодированная проволока также применялась в декоративных целях и в особенности для производства плетёных проволочных сеток. Их сплетали из проволоки, покрашенной в процессе анодирования в один или несколько цветов. Единственным ограничением в данном случае являлось то, что промежуток времени, отводимый на покраску, очень невелик ( 3 секунды), в результате чего можно получать лишь бледные тона. Поэтому с 1953 года анодированную проволоку перестали применять в этих целях.

В последовательном анодировании с использованием автоматического оборудования следует различать два вида обработки:

а) последовательное анодирование проволоки и полос;

б) автоматическое анодирование готовых изделий.

В обоих случаях для обработки используется главным образом серная кислота, хотя возможна обработка и другими веществами.

Раньше при попытках последовательного анодирования проволоки использовались электролиты, в которых происходило образование барьерного слоя, затем для электрической изоляции алюминиевой проволоки стали использовать щавелевую кислоту, однако полученные результаты не шли ни в какое сравнение с изолированной медной проволокой. Главным препятствием была высокая скорость, которая требовалась при прохождении проволоки через раствор, что требовало применения тока очень высокой плотности для получения покрытий достаточной толщины. Таким образом, в примере, приведённом Пулленом, при прохождении алюминиевой проволоки диаметром 18 н.с.п.  через 20-ти футовый резервуар со скоростью 2000 футов в час для образования анодного покрытия толщиной 0.2 мил за 36 секунд обработки потребовалась бы сила тока 100А ( 100А для анодного покрытия толщиной 5 микрон на алюминиевой проволоке диаметром 18 н.с.п. при прохождении через резервуар длиной 6м со скоростью 600 миль/ч). Подобная сила тока слишком велика для передачи по проволоке с использованием обычных контактов, однако в этом случае ток поступал по жидкостным контактам, посредством которых он подводился к проволоке через электролит в одной ванне (иногда расположенной в специально оборудованной камере), из которой проволока подавалась в основной резервуар. На подобные конструкции было выдано множество патентов, в особенности на электрические контакты и системы охлаждения раствора. Чаще всего в качестве электролита использовалась серная кислота, иногда применялся переменный ток. В одном из таких проектов проволока или узкая полоска проходила через эбонитовую электродную камеру, расположенную в конце резервуара для обработки, причём её край был погружён а раствор, а проволока или полоска проходила через неё по маленькой насадке. Уровень раствора в камере поддерживался с помощью насоса, а избыток переливался в основной резервуар. Третий резервуар являлся частью установки для охлаждения раствора. При использовании постоянного тока на входе в камеру проволока является катодной, а на входе в основной резервуар она становится анодной. При использовании переменного тока требуются две электродных камеры, каждая из которых должна быть подсоединена ко вторичной обмотке трансформатора, а электроды должны состоять из двух или более пар проводов, в равной степени распределённых между обеими камерами. Как уже говорилось ранее, при анодировании проволоки предпочтение чаще отдается переменному току, так как при этом получалось более упругое покрытие.

Пуллен определил следующие размеры подобной установки: длина – 10 футов, ширина – 15 дюймов, глубина основного резервуара – 18 дюймов (3м, 4дм, 4.5дм). Основной резервуар должен быть сделан из обложенной резиной стали, перед ним проволока должна проходить через один или два небольших резервуара для обезжиривания, а после него – через резервуары для ополаскивания. В конце цепи находится намоточный барабан, вращающийся с различной скоростью для компенсирования последовательного изменения окружности наматывания по мере прохождения резервуаров проволокой или полоской. В случае необходимости после установки для анодирования можно установить ванну для окрашивания. При используемой силе тока, которая может соответствовать 20 кВ, могут возникнуть трудности с охлаждением самого резервуара. Как следствие  приходится применять такие насосы, которые прокачивают раствор через себя, например, напорный бак для охлаждения со змеевиками для подачи холодной воды или даже холодильник, когда это необходимо. Производительность установки, описанной выше будет составлять 8000-12000 футов (2400-3600 м) в час, и при переменном напряжении 40В будет потреблять около 300 А.  Практический опыт показывает, что лучше использовать меньшие по размеру установки, где бы проводилась обработка проволоки диаметром до 25-26 н.с.п. К описанным Пулленом установкам также можно присоединять резервуары для дальнейшей обработки, такой как уплотнение, промасливание или покрытие лаком. Уплотнение, например, после покраски, в данном случае будет осуществляться посредством погружения обработанного рулона в горячую воду на 3-4 часа с последующей сушкой при температуре 82ºС в течение такого же периода времени. Органические уплотнители лучше всего наносить во время наматывания проволоки на катушки.

Запатентованная во Франции ванна для анодирования проволоки содержит:

20% (объём) серной кислоты

3.5% (объём) хлорида магния

и используется при плотности постоянного тока 200 А/дм², наложенного на одну пятую плотности переменного тока. Может показаться, что использование электролита, содержащего хлорид магния, противоречит обычной практике, однако он успешно используется во Франции уже в течение многих лет, а Рейнолдс также запатентовал смесь серной (30%) и щавелевой (2.5%) кислот с добавлением 1% хлорида натрия, которую можно использовать при плотности тока 40 А/дм². Русские исследователи также указывают  в своих работах, что для анодирования можно использовать электролиты с содержанием хлора до 0.5 г/л. Альтернативным методом производства упругой плёнки является анодирование проволоки с прохождением её через шкивы различного диаметра, находящиеся в различных плоскостях; в то же время японские исследователи для удаления водорода с катода и увеличения скорости анодирования предлагают использовать вращающийся катод.

Покрытия на алюминии могут быть использованы как солнечные селективные покрытия для изготовления панелей солнечных батарей. Компания  Granges Aluminium приводит описание использования чёрных анодированных поверхностей толщиной в 1.5 микрон, полученных в электролите на основе фосфорной кислоты, а затем окрашенных в электролите на основе никеля. Такая плёнка имела коэффициент поглощения солнечной энергии 0.93-0.96 и коэффициент выделения тепла 0.10-0.20. Компания Dornier также использовала подобные плёнки в Германии, а компания Alcoa – в Америке; полностью окрашенные плёнки стали объектом изучения Серенига и Майснера. Анодирование использовалось Роосом и Георгсоном в качестве субстрата для нанесения плёнки оксида олова. Многие другие исследователи также наносили конверсионные покрытия чёрного цвета на алюминий с той же целью.

Ещё одной интересной областью является использование поверхностей с оптической интерференцией в архитектурных целях, а так же и в других функциональных целях. Сотрудники компании Alcoa предложили использовать их в  индикаторах, сенсорах и других охранных устройствах. Интерес представляет в особенности первый способ применения, поскольку используемый в данном случае предполагает осуществление серьезного  контроля над структурой анодной плёнки. Эффект оптической интерференции возникает за счёт электролитического осаждения небольшого количества металла внутрь плёнки, поры которой были расширены у основания электролитическим путём. Описание и иллюстрации к этому процессу приведены на сайте , однако интерференционные цвета образуются благодаря интерференции света, отражающегося с поверхности осажденного металла и границы раздела алюминий-оксид алюминия. Видимые цвета зависят от степени разделения этих двух поверхностей. Возможно так же проведение анодирования под этими наплавками на следующем этапе процесса, к нему следует прибегать в том случае, если требуется создать тонкий слой плёнки, который легко поддается разрыву.

Таким образом, если на упаковку оказывается какое-либо механическое воздействие, то плёнка рвётся, цвет изменяется и будут видны следы постороннего вмешательства. Ещё одно свое применение анодированные изделия нашли в космической промышленности. Почти все подобные детали окрашиваются в чёрный цвет, а алюминиевые детали обычно сначала подвергаются анодированию, а затем окрашиванию чёрной угольной краской с высокой излучательной способностью. Условия, которые должен выдерживать данный материал очень подробно описал Шарма и др., вот некоторые из них: способность противостоять высокой температуре, эрозии атомарным кислородом, дегазирующему из неметаллических материалов, и воздействию орбитального мусора. Ограничением использования угольных красок является то, что они выпускают в космическое пространство большое количество летучих конденсирующихся материалов, которые могут конденсироваться на прилегающих деталях и влиять на их работу. Поэтому были разработаны различные методы чёрного анодирования, в результате применения которых можно получить поверхности с высокой излучательной способностью. Наилучших результатов удалось достичь при чёрной пигментации плёнки, подвергшейся анодированию в серной кислоте, в процессе с двукратным окунанием в ацетат кобальта/сульфид аммония. Некоторые другие исследователи использовали чёрное крашение и чёрное электролитическое окрашивание.  Для третьих же главной проблемой был  разрыв оксидной плёнки в подобных экстремальных условиях.

Новой формой анодирования является плазменное анодирование, и многие учёные занимались поисками способов его использования для производства плёнок для электронных устройств. Таким образом Адама-Акка и Сванссон, провели плазменное анодирование тонких алюминиевых плёнок в кислородной среде с линейным повышением напряжения анодирования, как и при производстве барьерных плёнок. Подобное исследование провёл и Яклевик, только в этом случае алюминиевые плёнки покрывались сверху тонким металлическим покрытием, а плазменное анодирование проводилось в кислородной или аргонной атмосфере при относительной влажности 90-100%. Он полагал, что адсорбированная вода проникает через верхний слой и позволяет происходить нарастанию оксидной плёнки. Скорость роста была примерно 1.5 нм/В, что практически равнялось скорости роста при водном анодировании. В другой работе Мацумура приводит описание процесса анодирования алюминия в кислородной плазме СВЧ-разряда.

Использование анодного оксидного покрытия в качестве фильтрующей мембраны – это одна из немногих областей применения, где оксид выступает в роли отделённой плёнки, однако анодирование является идеальным способом производства такой мембраны. Размер и структура пор в значительной степени зависят от напряжения анодирования, а в зависимости от используемого электролита можно получить поры диаметром от 10 до 250 нм. Можно добиться плотности пор 10¹²-10¹⁵/м² и толщины плёнки до 100 микрон. Это также идеальный материал для производства пористых мембран для микрофильтрации. Однако, для того, чтобы использовать плёнку таким образом, необходимо отделять её от металла и растворять барьерный слой.

Много лет назад компания "Боинг" запатентовала использование оксидной мембраны для обессоливания. По этой технологии сначала происходит образование пористой анодной оксидной плёнки посредством анодирования в таких электролитах, как серная, щавелевая, хромовая или фосфорная кислота. Тонкая алюминиевая фольга обрабатывается таким образом, что после анодирования на поверхности остаётся небольшое количество алюминия, которое после уплотнения можно удалить травлением в растворе, содержащем соли меди. И наконец, барьерный слой удаляется либо в этом же растворе, либо в едком натре. Естественно, это был довольно тонкий процесс.

Более практичный процесс был разработан компанией Alcan. Эта технология отделения плёнки посредством контролируемого понижения напряжения используется и по сей день. Для получения очень правильной пористой структуры используется листовой алюминий высокой степени очистки, обычно в виде полированного листопрокатного валка. Этот материал проходит очистку и обезжиривание и подвергается анодированию в смеси электролитов, состав которой зависит от того, какого размера поры необходимо получить. Обычно используются серная, фосфорная, хромовая и щавелевая кислоты, однако специалисты из компании Alcan рекомендуют использовать для этих целей фосфорную кислоту, так как напряжение и размеры пор, которые можно получить таким образом будут больше, чем при использовании других электролитов. Также полученная таким способом плёнка содержит 7.5% (вес) анионов фосфатов из электролита. Это делает материал относительно невосприимчивым к водной среде, что является важным свойством при применении в фильтрующих элементах.

Материал подвергается анодированию в течение 120 минут в 0.4М электролита на основе ортофосфорной кислоты при плотности тока 1.5А/дм², напряжении 150-160В и температуре 25ºС, в результате чего образуется плёнка толщиной 60 микрон с диаметром пор 0.15 микрон.

По достижении желаемой толщины плёнки применяется метод понижения напряжения, что позволяет отделить плёнку от алюминиевого субстрата. Эту процедуру можно проводить в том же электролите, который использовался в процессе анодирования, или же изделие можно переместить в другой электролит до начала или во время этапа понижения напряжения. Отделение плёнки от субстрата зависит от спсобности электролита к химическому растворению и растворению с автоэлектронной эмиссией, а поэтому выбранный электролит должен выражено обладать подобными свойствами. Хотя в этих целях используются серная и щавелевая кислоты, предпочтение всё же отдаётся фосфорной кислоте. Частично это объясняется тем, что его растворяющее воздействие на оксид алюминия ускоряет процесс образования центров кристаллизации в порах и что при её использовании не происходит гидратация в мелких порах. Контроль за понижением напряжения осуществляется посредством специального регистратора данных, который контролирует ток и напряжение. Обычно компьютер настраивается таким образом, чтобы понижать напряжение по 0.3В или по 5% от существующего напряжения, начиная с напряжения на момент окончания анодирования и до менее, чем 0.1В. Уровень, до которого понижается напряжение, определяется уровнем изменения тока при данном напряжении.

По завершении этого этапа плёнка всё ещё остаётся прикреплённой к субстрату тонким барьерным слоем, и полного её отделения можно добиться посредством погружения изделия в более концентрированный раствор фосфорной кислоты при комнатной температуре. При этом происходит растворение остатков барьерного слоя и выделение водорода, который отрывает плёнку от листа. Процесс завершается споласкиванием, после которого листовой алюминий можно использовать повторно. Таким образом можно отделить, обрезать и придать определённую форму большим кускам плёнки для того, чтобы поместить их потом на соответствующий держатель. Полученная плёнка очень прочна и легко управляема, после производства можно изменять её форму и даже изготавливать профилированные мембраны.

Образованные подобным образом мембраны обладают несимметричной пористой структурой с порами размером 0.15 микрон по всей толщине и слоем мелких пор размером 0.02 микрон с одной из сторон. Прибегнув к растворению этого слоя мелких пор можно превратить его в мембраны с габаритными размерами 0.2 микрон. Преимуществами мембраны анодной плёнки являются незначительный разброс размера пор, её керамическая природа и её общая химическая совместимость. Эти мембраны нашли свое применение в лабораториях.

Начало промышленному производству систем магнитной записи жёстких дисков было положено корпорацией IBM в 1965 году, а в 1968 году они раскрыли метод осаждения таких металлов, как Fe, Co или Ni, на поверхность или в поры пористой анодной плёнки. Разработчики стремились повысить плотность записи и создать вертикально намагниченные плёнки с высокой плотностью записи. С тех пор в Японии и других странах была проделана большая работа по обработке электроосаждённых и напылённых материалов, а также материалов с гальваническим покрытием.

Стандартный технологический процесс включает в себя анодирование в щавелевой или серной кислоте, последующее расширение пор и корректировку толщины барьерного слоя в растворе для повторного анодирования. При повторном анодировании применяется более низкое напряжение, чем первоначальное напряжение формовки плёнки. Поры заполняются ионами необходимого металла посредством электролитического осаждения, а затем поверхность полируется, чтобы удалить излишки наплавленного металла. Такие магнитные свойства, как коэрцитивная сила или магнитная анизотропия, регулируются диаметром пор или ячеек плёнки, которые также влияют на кристаллическую структуру наплавленного металла. С точки зрения практического применения главной проблемой является предотвращение появления дефектов плёнки, являющихся следствием наличия интерметаллических композитов и примесей в алюминиевом субстрате, и поэтому в данных целях обычно используются сплавы на основе алюминия высокой степени очистки. Компания Nippon Light Metals приводит описание сплава Al-4%Mg высокой степени очистки, а компания Alcoa разработала сплавы алюминия и магния с небольшими вкраплениями циркония и скандия. Сотрудникам NLM удалось выяснить, что основными свойствами дисков для механической записи являлись наличие очень твёрдой анодной плёнки высокого качества с минимальным количеством дефектов и сохранение максимально гладкой поверхности. К тому же во многих областях применения было необходимо наличие способности выдерживать нагревание до 300-400ºС без образования трещин в плёнке. Они же предложили описание процесса, в ходе которого использовалось разрезание сплава Al-4%Mg высокой степени очистки на диски, которые впоследствии подвергались отжигу под давлением для получения очень плоской поверхности. С произведённых таким образом дисков удаляли жиры и подвергали их анодированию в хромовой кислоте до получения покрытия толщиной от 8 до 15 микрон. Они обнаружили, что температура ванны являлась критическим фактором, и что за ней следовало внимательно наблюдать; толщина плёнки также была критической с точки зрения её твёрдости. Для получения нужных характеристик толщина пленки должна была составлять более 8 мм, но по достижении толщины 15 микрон твёрдость плёнки начинала снижаться.

Наличие сопротивления образованию трещин в плёнке при температуре до 400ºС связывалось с  разветвлёнными порами, образование которых происходит во время анодирования в хромовой кислоте. В этом случае магнитный материал либо напыляли, либо наносили гальваническим способом на анодированную поверхность, и данный процесс в течение многих лет использовался в Японии для производства носителей, обладающих высокой плотностью записи.

Каваи широко изучал магнитные свойства кобальта, никеля и кобальт-никелевых материалов, наносимых на анодное покрытие. Он обнаружил, что кобальт-никелевые покрытия были особенно многообещающими и позволяли добиться той же плотности записи, которую обеспечивали использовавшиеся в то время покрытия на основе оксида железа.

Компания Alcoa описала метод искусственного расширения пор образованного ранее анодного покрытия посредством использования раствора 2% (вес) хромовой кислоты/5% (вес) фосфорной кислоты при температуре 32ºС. Это позволяло улучшить электролитическое осаждение кобальта на плёнку. Подобный процесс также описывался компаниями Nippon Light Metals и Kobe.

Корпорация IBM описывает нанесение никеля путём химического восстановления на анодированную алюминиевую поверхность для крепления микросхем.

Самые редкие ноты на сайте moinoty.net

Японские исследователи проявили особую активность в развитии того, что они называют "функциональное анодирование". Эти разработки связаны с высоко функциональными плёнками, обладающими специфическими электрическими или магнитными свойствами, или с плёнками, находящими своё применение в довольно различных областях, например, в фильтрующих мембранах. Многим их этих разработок подвели итог Оно и Баба и Мицуки.

Они описывают образование вертикально намагниченных плёнок высокой плотности , используемых для магнитных носителей информации, ориентируемых жидко-кристаллических плёнок, электролюминесцентных плёнок, используемых в оптических устройствах, магнитных записываемых дисках, микроэлектродах и пористых мембранах. Многие из этих новых применений приведены в таблице, а некоторые специфические области применения подробно описываются в последующих разделах.

Примеры "функционального" анодирования.

Представляет интерес получение плёнок методом как обычного анодирования, так и анодирования в расплавленных солях, применяющееся в Японии, результатом которого является получение плёнок, обладающих многими физическими характеристиками синтетических рубинов.

Образование "рубиновых плёнок" осуществляется с помощью двухступенчатого процесса анодирования, при котором сначала происходит анодирование алюминия высокой степени очистки в течение 80 минут в 15% (от объёма) электролите на основе серной кислоты при плотности тока 1.0 А/дм².  Впоследствии происходит адсорбирование ионов металлов, в особенности хрома, в результате одного или двух погружений в растворы солей металлов. На последнем этапе обработки металлические окрашенные плёнки подвергаются анодированию для образования плёнок α-Al₂O₃ в смеси расплавленных солей бисульфата натрия и бисульфата аммония (1:1.15 моль) в течение 10 минут при температуре 170ºС и плотности тока 1.0 А/дм².

Лишь плёнки, в состав которых входят ионы хрома, обладали красновато-фиолетовым оттенком и давали красную флуоресценцию, хотя и ионы некоторых других металлов давали светло- или тёмно-фиолетовую флуоресценцию. Наилучших результатов удалось добиться при использовании хромата аммония, который рекомендуется применять в растворе 10 г/л при температуре 70ºС и времени погружения 30 минут.

Японские рабочие показали, что видимые и инфракрасные спектры поглощения этих плёнок похожи на спектры поглощения синтетических рубинов, и они считают, что окрашивание этих плёнок вызвано замещением ионов трёхвалентного хрома ионами трёхвалентного алюминия в структуре плёнки α-Al₂O₃.

Существует небольшое число работ, посвященных анодированию алюминия в растворах расплавленных солей, в особенности нитратов или нитритов. В ранних работах описывается использование низкотемпературных расплавов, содержащих, например, 2 моль бисульфата калия на 1 моль бисульфата натрия при температуре 180ºС. В результате анодирования в течение 30 минут при плотности тока 1 А/дм² (до 160В) на поверхности образуется белое, матовое анодное оксидное покрытие, которое в действительности является высокопроницаемым и очень твёрдым корундом. Последний же не поддаётся воздействию ни фтористоводородной, ни серной или фосфорной кислоты и едкого натра в любых концентрациях, также его нельзя ни окрасить, ни уплотнить.

На рентгенограмме можно чётко различить структуру α-Al₂O₃ с небольшим количеством γ-Al₂O₃, образование которой скорее всего вызвано высокой температурой в отдельных точках на аноде, отсутствием воды и наличием небольшого количества γ-Al₂O₃.

Высокая пористость плёнки определяется её плотностью, которая достигает величины 2.96 по сравнению с 4.00 для твёрдого α-Al₂O₃, а твёрдость 350-450 по Викерсу была измерена под воздействием нагрузки 50 г.

Увеличение плотности тока снижает его использования. При вышеизложенных условиях нарастание плёнки толщиной 8.3 мкм (0.33 мм) происходило за 30 минут, а в течение часа её толщина достигала 10.5 мкм (0.42 мм).

Коэффициент покрытия при использовании данного процесса варьируется между 1.76 и 1.81, что близко к теоретической величине (Al₂O₃/2Al = 1.89) и сравнимо с приблизительной величиной 1.2, которая достигается при анодировании в серной кислоте.

Слоя корунда на самом деле тесно связан с барьерной плёнкой, а пористость вызвана местными разрывами плёнки в связи с высоким напряжением формовки.

Кампанелла и Конте изучили использование расплавленных щелочных нитратов для анодирования при температуре 300°С. Им удалось получить очень твёрдые и плотные плёнки с непористой структурой, которые были частично перекристаллизованы. Они отметили, что коррозионная стойкость полученных таким образом плёнок в кислотных и щелочных растворах была выше, чем у плёнок, полученных в серной кислоте. Они провели измерения удельного веса, отражательной способности и диэлектрической постоянной покрытий, образованных на 99.99% листовом алюминии при 24В в расплавах, содержащих 45 моль % нитрата натрия и 55 моль % нитрата калия, а также определили коэффициент покрытия и уровень роста плёнки.  В дальнейшем были исследованы свойства покрытия, полученного при добавлении к расплавленным электролитам солей лития, и электрохимическое поведение алюминия в расплавленном тетрагидрате азотнокислого кальция - Ca(NO₃)₂.4H₂O.  Иконописов в своих исследованиях использовал расплавленные нитриты.

Ловеринг  также изучал поведение алюминия в расплавленных нитратах и суммировал условия их использования и полученные результаты. Он предполагает, что подобные покрытия найдут применение в аэрокосмической и электронной промышленности, и приводит список преимуществ анодирования в расплавленных солях.

Евтектические смеси солей часто используются для снижения температуры плавления, а типичными примерами подобных смесей могут служить 32.2% (от веса) нитрата лития и 67.8% нитрата калия (точка плавления – 133.5°С) или 44.6% нитрата лития (LiNO₃·3H₂O) и 55.4% нитрата аммония (т. п. – около 80°С).

Потенциальные преимущества анодирования в расплавленных солях.

Типичные расплавы, применяющиеся для анодирования алюминия, представлены ниже

Основные расплавы солей, применяющиеся для анодирования.

Анодирование постоянным напряжением проводится при напряжении от 10 до 100В. Тёрнер и Ловеринг показали, что при анодировании в сухих солях LiNO₃-KNO₃ при 140ºС происходит образование тонких, однородных прозрачных плёнок барьерного типа, состоящих из аморфной окиси алюминия. В солях с низкой концентрацией воды при температуре 140ºС образуются анодные плёнки двух типов в зависимости от напряжения анодирования. При напряжении ниже 50В происходит образование белых хрупких плёнок кристаллического оксида толщиной 2-3 микрон, а при более высоком напряжении образуются тонкие плёнки аморфной окиси алюминия с большим количеством дефектов. Наиболее толстые, более однородные и плотные плёнки образуются при анодировании в течение 30 минут в расплавленном LiNO3-NH4NO3, содержащем воду, при напряжении 50В и температуре 110ºС. Подобные плёнки можно получить и при более низкой температуре (45-85ºС) в расплаве нитрата мочевины-аммония. Предполагается, что подобные плёнки будут обладать более низкой коррозионной усталостью по сравнению с обычными плёнками и будут лучше подходить для предварительной обработки для создания адгезионного сцепления в аэрокосмической промышленности. Они также должны обладать лучшими диэлектрическими характеристиками для применения в электронной промышленности. Не так давно Карлин и Остерюнг провели исследование анодирования в расплавах хлорида алюминия и хлоридов щелочных металлов.

При проведении более фундаментальных исследований рабочие группы UMIST обнаружили, что плёнки барьерного типа образуются при различных условиях и в расплавах эвтектических бисульфатов. Тем не менее, при высокой плотности тока и относительно низкой температуре плавления происходит неоднородное нарастание плёнки, что выдвигает на первый план топографию субстрата. Как и в водных электролитах, на рост плёнки влияет перемещение как катионов, так и анионов, и компоненты, полученные из кислого аниона включаются в вещество плёнки.