Анодирование металлов в домашних условиях и промышленности
Существует множество способов придать поверхности металлического изделия нужные характеристики: цвет, прочность, устойчивость к окислению. В том числе, используется анодирование. Эта технология позволяет создать более прочное, долговечное и функциональное покрытие, чем краска. Рассмотрим в статье, зачем нужно анодирование металлов и как его проводят.
Что такое анодирование металла
Анодирование – это технология нанесения на поверхность металлического изделия защитного оксидного слоя. В основе анодирования лежит электролитический процесс. Электролиз позволяет контролировать процесс естественного окисления, вносить в него корректировки, в том числе утолщать оксидный слой.
Анодирование также называют анодным оксидированием. Само анодное покрытие создается из металла, который является электроотрицательным. Это позволяет надежно защищать материал покрытием, даже если в нем есть микротрещины. В случае с катодным покрытием ситуация противоположная. Поверхностный слой является по отношению к защищаемому материалу электроположительным. Поэтому катодное покрытие работает только при отсутствии микротрещин.
При электрохимическом анодировании необходима проводящая среда. Подойдет водный или неводный электролит. Когда обрабатываемая заготовка (металлическая деталь) погружается в проводящую среду, она начинает выполнять роль анода. Когда через раствор электролита проходит электрический ток, на заготовке появляется равномерное покрытие – оксидный слой.
В зависимости от обрабатываемого металла, а также от желаемого результата, электролит может состоять из разных растворов солей и кислот, а также иметь различную температуру. В том числе, различают анодирование:
- Теплое. Температура раствора составляет 50 градусов. Используется в качестве подготовительных работ. Заготовку проводят через анодирование перед покраской, чтобы увеличить адгезию ЛКП. Чаще применяется серная кислота.
- Холодное. Температура электролита не превышает 5 градусов. То есть не требуется предварительный нагрев. Чаще всего холодное анодное оксидирование используется для алюминия. Покрытие получается намного более прочным, чем при теплом анодировании. Преимущественно используют в качестве электролита H2SO4.
- Твердое. Применяется, как правило, при создании покрытий на сталях. Электролитом выступает не одна серная, а несколько кислот, в том числе щавелевая, уксусная, борная, ортофосфорная и проч. Такая комбинация дает возможность получить оксидную пленку с очень малой толщиной, но высокими прочностными характеристиками.
В процессе анодирования также важны такие показатели, как напряжение тока и продолжительность выдержки заготовки в электролите. При включении тока часть молекул электролита садится на металлическое изделие. Причем получается надежная связь, которая значительно превышает прочность, например, краски. Средние показатели напряжения – от 12 до 120 В. Однако в некоторых случаях его могут повысить вплоть до 600 В.
Покрытие может получиться пористым или гладким. Пористое – более хрупкое. Однако его поверхность сильно увеличивает адгезию с ЛКП. Такой метод часто используется в качестве подготовки изделия к покраске. В то время как гладкое покрытие более прочное, защитное.
Процесс анодирования металлов состоит из трех этапов:
- Подготовка поверхности. Металл должен быть чистым. Для этого его обезжиривают, шлифуют, а также опускают в кислотный раствор для травления. Процедура помогает убрать не только загрязнения, но и следы ржавчины, окалину.
- Электрохимическая реакция. Чем холоднее электролит и мощнее сила тока, тем прочнее получается итоговое покрытие.
- Закрепление. Полученный оксидный слой имеет поры – более или менее выраженные. Чтобы сделать процесс необратимым, необходимо эти поры заполнить. Это можно сделать, поместив заготовку в горячую воду или обдав ее паром. Другой вариант – покрытие краской.
Для чего проводят анодирование
Есть множество причин, когда необходима такая операция на производстве. В частности, задачами анодирования бывают:
- Изменение цвета поверхности металла. Сохранить красивый металлический блеск, но при этом добавить пигмент можно с помощью анодирования. В отличие от простой поверхностной краски, оксидный слой значительно более долговечный и прочный. Его намного сложнее стереть или поцарапать. К тому же, методом анодирования проще «прокрасить» труднодоступные места. Один нюанс – контролировать готовый цвет изделия труднее, чем при покраске, так как нужно учитывать особенности протекания химической реакции.
- Повышение устойчивости к коррозии. Любой металл, даже нержавеющая сталь, при определенных условиях может подвергнуться окислению. Поверхность металла вступает в реакцию с кислородом, и результатом становится ржавчина (если это железосодержащий сплав) или другие признаки разрушения материала. Поэтому анодирование предназначено для увеличения устойчивости к коррозии. Стоит отметить, что катодное покрытие дает лучшую защиту от окисления, однако и анодное справляется с этим достаточно хорошо.
- Устранение видимых дефектов. Если металлическая деталь используется долгое время, на ней неизбежно появляются следы эксплуатации – царапины, потертости. Они со временем могут стать проблемными местами, с которых начнется ржавление. Кроме того, это эстетический дефект. Исправить это и продлить срок службы металла можно, если подвергнуть его анодированию.
- Изоляция от электричества. Анодное покрытие выступает в качестве диэлектрика. Изоляционные свойства достаточно надежные при толщине анодного покрытия не ниже 40-90 мкм.
- Твердость, поверхностная прочность изделия, износостойкость и устойчивость к истиранию. Твердое покрытие, которое имеет толщину более 90 мкм, выступает в качестве дополнительной механической защиты.
Кроме этих свойств, дополнительно может повышаться температурный диапазон эксплуатации металлических изделий. Поверхность может приобретать не только цвет, но и определенную фактуру, например, шероховатую матовость или, напротив, глянец. А если на поверхность наносится оксидная пленка минимальной толщины, то это может быть подготовительный этап перед дальнейшей металлообработкой.
Каким бывает анодное покрытие
Оксидные пленки различают по толщине на:
- тонкие – до 1 мкм;
- средние – до 50 мкм;
- толстые – свыше 50 мкм.
Отдельно выделяют эматаль. Эматалирование – это разновидность анодного оксидирования алюминия и алюминиевых сплавов с образованием оксидной пленки молочного цвета средней толщины.
По свойствам анодные покрытия делят на:
- защитные – увеличивающие коррозийную устойчивость;
- декоративные – придающие цвет или текстуру;
- электроизоляционные;
- твердые – дающие металлу износостойкость, поверхностную прочность.
Какие металлы можно анодировать
Анодированию подвергаются многие металлы, одни лучше, другие хуже. Например, медные сплавы сложнее подвергаются анодному оксидированию. А алюминиевые – лучше всего. Рассмотрим особенности анодирования некоторых металлов и сплавов на их основе.
Анодирование алюминия
Алюминий – самый распространенный для этого процесса металл. Есть несколько методов анодного оксидирования, однако в домашних условиях чаще всего используют электрохимическую реакцию при комнатной температуре. При теплом анодировании электролит нагревают до 50 градусов, через деталь проводят ток с напряжением 12 В и выдерживают заготовку в емкости не более 0,5-1 часа. В результате получается пленка от 5 до 25 мкм молочного цвета. Однако есть и другие технологии. Более подробно мы рассказываем о них в отдельной статье про анодирование алюминия.
Анодирование нержавеющей стали
Нержавеющая сталь по своей природе не склонна к окислению. Поэтому процесс оксидирования производится в особенных условиях. Сперва заготовку из нержавейки никелируют, то есть покрывают тонким слоем никеля. Затем только проводят анодирование.
Анодирование титана
С титаном обратная нержавейке ситуация – он неприхотлив, хорошо подвергается анодному оксидированию разными кислотами, в том числе щавелевой. И получаемая пленка значительно увеличивает износостойкость готового изделия – вплоть до 27%. Однако чтобы повысить качество пленки, сперва титан нужно обработать составом на основе винной кислоты и фтористого натрия. Такое сочетание помогает убрать с поверхности оксидноуглеродные слои, повысить прочность анодной пленки.
Анодирование меди
Медь, а также сплавы на ее основе, в том числе бронза и латунь, плохо поддаются анодированию. Чтобы улучшить процесс, в электролиты добавляют фосфатные соли. Присадками могут служить гидроксид натрия, бихромат калия, молибдат аммония. Процесс дорогостоящий, однако в некоторых случаях медь нуждается в дополнительном защитном слое.
Сферы применения анодированного металла
Часто процедуре подвергают детали будущих автомобилей, мотоциклов, судов и самолетов. Это быстрый и недорогой метод улучшить защитные свойства элементов, которые соприкасаются с влагой и кислородом и подвержены коррозии.
Кроме судо-, автомобилестроения и авиакосмической отрасли, анодирование также применяют в электротехнике, благодаря изоляционным свойствам оксидного слоя.
Внешние качества цветного анодного покрытия оценили в строительстве и дизайне. Строительные материалы, прошедшие процедуру анодирования, не только имеют красивый оттенок, но и дополнительные свойства – устойчивость к атмосферным осадкам.
Анодированный титан нашел применение в медицине. Вернее, в трансплантологии. Из него делают импланты.
Предметы быта, в том числе кухонная утварь и бытовая техника, часто имеют элементы из анодированного алюминия. Это продлевает их срок годности, а также увеличивает эстетическую привлекательность. К тому же, покрытие полностью химически нейтральное, то есть не сказывается на качестве пищи и не вредит здоровью.
Практически каждая отрасль производства находит применение анодированному металлу.