Что это такое? Анодное покрытие – это результат нанесения оксидной пленки на металл для придания детали антикоррозионной защиты. В зависимости от типа металла анодирование применяется в различных сферах: от строительства до производства.
Как осуществляется? Сам процесс состоит из простых этапов: подготовка детали, нанесение покрытия и контроль качества результата. Однако методов нанесения больше, и в каждом стоит разобраться, чтобы выбрать наиболее подходящий под задачи.
СОДЕРЖАНИЕ
- Суть и виды анодных покрытий
- Плюсы и минусы анодного покрытия
- Металлы, на которые наносят анодное покрытие
- Методы получения анодного покрытия
- Этапы нанесения анодного покрытия
- Контроль качества анодного покрытия
Суть и виды анодных покрытий
Суть анодирования заключается в том, чтобы получить на поверхности металлического изделия защитную оксидную пленку. Процедура осуществляется электрохимическим методом в водных растворах. В зависимости от режима производственного процесса плотность получаемого покрытия колеблется в диапазоне от 2,9 до 3,8 г/см3.
Задача анодного покрытия заключается в придании обрабатываемому изделию антикоррозийных и износостойких свойств, а также улучшению его декоративных качеств. В последнем случае при анодировании используются красители.
Анодные покрытия металла подразделяют на группы:
- защитные (9-40 мкм) – к ним предъявляются исключительно требования по предотвращению коррозии;
- защитно-декоративные (9-40 мкм) – помимо коррозионной стойкости, предъявляются также требования обеспечения декоративных свойств (такие покрытия иногда выполняют цветными);
- твердые (боле 90 мкм) – поверхности придается микротвердость. Также с помощью такого покрытия изделию могут сообщать электроизоляционные свойства;
- электроизоляционные (40-90 мкм) – с помощью такого покрытия поверхности придаются изоляционные свойства. Качество такого покрытия оценивается по уровню пробивного напряжения;
- тонкослойные (9-15 мкм) – с их помощью изделия приобретают только декоративные свойства: глянцевая поверхность или же подготовка к последующей окраске;
- эматаль;
- покрытия с комбинированными свойствами.
В технической литературе твердое анодирование алюминия обозначают сокращением Ан. Окс. тв. Оно отличается от стандартного покрытия (его сокращенное обозначение – Ан. Окс.) технологией нанесения и повышенной толщиной: у Ан. Окс. тв. она может достигать сотен микрон, а у Ан. Окс. – всего лишь несколько десятков. Благодаря толщине и твердости Ан. Окс. тв. гарантирует повышенную износостойкость алюминиевого изделия.
Читайте также: «Цинкование металла»
Анодирование производится посредством процесса электролитической диссоциации, когда покрываемую деталь присоединяют к электроду и погружают ее в электролит. Под воздействием электрического тока часть молекул электролита оседает на изделии, образуя покрытие с толщинами, указанными выше. В качестве электролитов обычно используются следующие вещества:
- малоагрессивные лимонная, фосфорная или борная кислоты;
- агрессивные серная, сульфосалициловая кислоты, а также хромовый ангидрид.
Процесс анодирования требует напряжения чаще всего от 12 до 120 В, но иногда процесс протекает при напряжении в 600 В.
С продуктами электролитической диссоциации могут происходить разные явления:
- они могут полностью растворяться, не образуя никакого покрытия;
- на поверхности покрываемого изделия (подключенного к аноду) создается требуемое компактное электроизоляционное оксидное покрытие толщиной в несколько слоев молекул;
- продукты реакции могут растворяться частично, образуя пористое оксидное защитное покрытие требуемой толщины.
Свойства пористого покрытия наиболее интересны. После нанесения его можно оставить как есть, уплотнить в воде или же наполнить. В первом случае покрытие отлично подойдет под покраску. Во втором варианте покрытие придаст изделию коррозионную стойкость. А в третьем случае можно изменить цвет изделия даже без дополнительного применения лакокрасочных материалов.
Плюсы и минусы анодного покрытия
Во время процесса анодного покрытия происходит смещение электромагнитного потенциала металла, в результате чего наносимые молекулы проникают в поры изделия, иногда полностью замещая образовавшиеся там молекулы коррозионного вещества. В этом заключается суть электрохимической защиты.
Катодное же покрытие, напротив, усиливает коррозию изделия, однако оно способствует улучшению физико-механических свойств металла (таких как износостойкость и твердость), а потому катодное покрытие также весьма популярно в производстве. Особенностью результатов катодного покрытия является намного большая толщина образовавшегося слоя.
Анодное покрытие также эффективно против коррозии. Ведь речь идет все о той же электрохимической защите металла, и степень пористости слоя здесь не имеет большого значения. Но анодная защита чаще всего используется в случае, когда покрываемое изделие относится к легкопассивируемым при анодной поляризации металлам и сплавам.
Читайте также: «Металлические перила»
Вместе с тем у данного способа покрытия есть и недостатки: такую защиту крайне затруднительно сделать для деталей, выполненных из меди и из всех ее сплавов, из серебра, кадмия и магния. А кроме того, скорость коррозии при нанесении анодного покрытия хоть и существенно замедляется, но все-таки никогда не падает до нуля (а вот катодное покрытие гарантирует исчезновение прироста коррозионного слоя).
Металлы, на которые наносят анодное покрытие
Нержавеющая сталь
Благодаря своей химической инертности высоколегированные хромом стальные сплавы весьма трудны для анодного покрытия. Чтобы на поверхности нержавейки организовалась оксидная пленка, ее предварительно подвергают никелированию. В настоящее время разрабатываются инновационные пасты, которые способствуют образованию оксида на поверхности подвергаемых анодированию изделий без каких-либо дополнительных процедур (типа никелирования).
Медь
Оксидная пленка на изделиях из меди образуется плохо. Но если все-таки очень нужно, то обычно для увеличения эффективности процесса используются дорогостоящие присадки к электролиту – соли, а также применяют очень вредные для экологии фосфаты или оксалатные растворы. Но это все крайне редко осуществляемые процедуры.
Титан
Любые изделия из титана обязательно проходят процедуру оксидирования. При этом износостойкость верхнего слоя данного металла повышается на 15-28 %. Кроме того, изделия обретают дополнительные декоративные качества, иногда даже меняя цвет. Из особенностей процедуры стоит отметить крайнюю нетребовательность титана к составу электролита – сгодится практически любая кислота.
Читайте также: «Металлические ограждения для лестниц»
Серебро
Создать защитную оксидную пленку на серебре весьма сложно. Для этого задействуется сплав порошкообразной серы с поташом (серная печень), который сильно нагревают без присутствия воды. Данный метод обработки применяется и для бронзы (такую пленку называют искусственной патиной). При воздействии на серебро таким способом оно не меняет своих химических свойств, но обретает синий или даже фиолетовый цвет.
Анодирование алюминия
Существует множество способов получения оксидной пленки на поверхности этого металла. Большая часть из них направлена на придание изделиям декоративных качеств. Впрочем, оксидирование в данном случае дает широчайшие возможности и в других сферах (не только в дизайне).
Методы получения анодного покрытия
В зависимости от качества поверхности анодируемого изделия используется та или иная технология образования оксидной пленки. И что интересно, и в домашних, и в производственных условиях способы анодирования практически ничем не отличаются (только масштабом установки и химическим составом электролита: при кустарном процессе обычно применяют хромовую, а не более дешевую серную кислоту).
Различают несколько технологий анодирования стали. Самой интересной является так называемое цветное анодирование, при котором меняется исходный цвет изделия.
Цветовой оттенок может быть изменен даже без того, чтобы погружать заготовку в гальваническую ванну. Выделяют 4 типа цветного оксидирования:
- адсорбционное;
- черное (или электролитическое);
- интерференционное;
- интегральное.
Ниже представлены основные способы проведения оксидирования.
Теплый метод
Это самая простая технология образования анодного защитного покрытия. Ее обычно применяют непосредственно перед покраской изделия в качестве предварительной обработки. Такой слой имеет пористую структуру и способствует высокой адгезии частиц краски с поверхностью изделия. Температура, при которой производится оксидирование, не должна превышать 50 °C – отсюда и название.
Читайте также: «Ограждения пожарных лестниц»
Впрочем, простота технологии имеет и свои минусы. В частности, малая стойкость к коррозии, особенно если имеют место нарушения технологического цикла (тогда «защитный» слой можно вообще стереть пальцами). Поэтому теплое анодирование используется, лишь как промежуточная, но не как основная технологическая стадия.
Данный метод легко можно применять в домашних условиях.
Холодный метод
Главной особенностью холодного анодирования является высокая скорость образования оксидной пленки. Защитное покрытие формируется гораздо быстрее, чем растворяется с внешней стороны металл изделия, при этом образуется высококачественный защитный слой. Температура электролита не должна превышать 5 °C во всех частях гальванической ванны. Здесь нужно принимать во внимание, что в ее центре электролит будет теплее, а потому обязательно нужно обеспечить его непрерывную циркуляцию.
Читайте также: «Лестница на металлическом каркасе»
Недостатком технологии является невозможность использования во время анодирования красок органического происхождения.
Технология твердого анодирования
Ее используют в авиационной и космической промышленностях, когда на поверхности стального изделия необходимо получить сверхтвердое покрытие. При данной технологии в гальванической ванне смешивается сразу несколько электролитов, в результате чего их свойства взаимоусиливаются.
В связи с особенностями сферы использования все составы и методики их применения, как правило, засекречены и защищены патентами.
Этапы нанесения анодного покрытия
Процедура анодирования происходит в три этапа: вначале подготавливают металл, затем осуществляют химическую обработку и, наконец, наносят покрытие на поверхность. Рассмотрим все указанные этапы подробнее на примере оксидирования алюминиевого изделия.
Подготовительные работы
Изделие проходит механическую очистку, шлифовку и обезжиривание. Это необходимо для повышения адгезии гальванического покрытия с поверхностью. Затем деталь помещают в щелочной раствор для травления, после чего ее перекладывают в кислотную среду для осветления. И наконец, завершающий этап – промывка заготовки от остатков щелочи и кислоты.
Читайте также: «Полочные стеллажи»
Химическая реакция
Обработанное изделие помещают в гальваническую ванну. Электролит представляет собой токопроводящий кислотный раствор. Чаще всего анодирование проводят в растворе серной кислоты, а для получения декоративных эффектов используют растворы щелочей. Крайне важно подобрать правильную температуру и плотность тока. Низкие температуры характерны для твердого анодирования, если же пленка нужна с мягкой и пористой структурой, то указанные параметры увеличивают.
Фиксирование покрытия
Обработанные таким образом алюминиевые детали имеют пористый внешний вид, и это покрытие необходимо упрочнить. Обычно используют три приема: или просто окунают изделие в горячую воду, или же обдают его паром, или применяют для обработки холодный раствор.
Если же после анодирования изделие предполагается окрашивать, то закрепление покрытия обычно не производят. Наносимый лакокрасочный слой и сам прекрасно ляжет на пористую подложку, да еще и закрепит ее на поверхности детали.
Читайте также: «Коррозия металлоконструкций»
Такая технология анодирования применяется в промышленности: в производстве автомобилей, в ракето- и самолетостроении, в строительной отрасли и др.
Контроль качества анодного покрытия
Для проверки качества изделий, прошедших процедуру анодирования, обычно проводят:
- контроль внешнего вида;
- контроль толщины анодного покрытия;
- контроль качества его наполнения.
Наиболее важным параметром является толщина анодного слоя. Ее измеряют с помощью прибора, который наводит на поверхность анодированного изделия вихревые токи, а затем определяет их остаточные величины. В особо ответственных случаях, а также если случаются разногласия, производят металлографические исследования поперечного сечения (но здесь уже имеет место нарушение анодного покрытия).
Читайте также: «Коррозия алюминия»
Быстрый контроль качества наполнения осуществляется при помощи так называемого метода капли. А арбитражные испытания производят посредством контроля потери массы образцов изделий.
Суть метода капли заключается в том, чтобы оценить степень поглощения красителей анодированной поверхностью после того, как ее обработают контрольным химическим реагентом. Различные показатели при использовании метода капли, соответствующие той или иной толщине покрытия, устанавливаются стандартом ISO 2143:2010 (он же – EN ISO 2143:2010 или же – бывший EN 12373-4), а также ГОСТ 9.302-88.
Стандарты метода капли, где вместо кислоты используется краситель или масло, закреплены в ГОСТ 9.031-74.
Ненаполненное должным образом анодное покрытие растворяется в кислотной среде быстрее, чем качественное. Последнее вообще способно выдерживать воздействие кислоты без заметных глазу повреждений. На этом принципе основаны испытания на потерю массы. Различные варианты такого метода приводятся в стандартах ISO 3210:2010 (он же – EN ISO 3210:2010 и он же – бывший EN 12373-7) или же в ГОСТ 9.302-88 и ГОСТ 9.031-74.
Читайте также: «Травление металла»
Анодное оксидирование – это универсальный для многих технологических циклов относительно недорогой и крайне эффективный способ защиты металлических деталей от коррозии, в том числе при подготовке их к окраске. Да и само по себе анодирование способно придать металлу необычные декоративные свойства.
И наконец, технология анодного покрытия проста и безопасна, для нее не требуется никаких сверхсложных и дорогих элементов оборудования. Поэтому осуществлять оксидирование металлических изделий можно даже в домашних условиях.
