Анодирование алюминия, металла и титана

Что такое анодирование. Какие виды существуют, как происходит весь процесс, в чем его преимущество перед другими покрытиями, ответы на множество других вопросов. Читаем дальше

Анодирование — электрохимическое оксидирование, образование защитной оксидной плёнки на поверхности металлических изделий электролизом.

Содержание статьи:

Анодирование – что это такое и в чем его смысл

Чтобы было понятно для рядового читателя, что представляет собой процесс анодирования, надо немного вспомнить школьный курс химии, вспомнить некоторые термины.

Само по себе анодирование представляет химический процесс в среде (токопроводящей) под воздействием электричества, а точнее – постоянного тока, в результате которого на поверхности металлического изделия, которое подвергается анодированию появляется оксидная пленка.

Анодирование

 

Оксид, она же окись, представляет собой химическое соединение с двумя элементами. Одним из этих элементов является кислород, основной окислитель. Оксиды же, бывают двух типов: образующие соли и несолеобразующие. Оксиды, образующие соли в процессе анодирования делятся на три вида: кислотные, амфотерные и основные.

В качестве проводящей среды при процессе анодирования используется электролит, который обычно бывает водный или неводный (например, Н2SO4). Электролит проводит электрический ток вследствие диссоциации электролита, или же другими словами, молекулы раствора электролита распадаются на ионы и обеспечивают прохождение электрического тока.

Что подвергается анодированию? Обычно это металлы и их сплавы, для придания им определенных свойств.

Прежде чем проводить процесс анодирования. изделия нужно тщательно подготовить, что включает в себя чистку, шлифовку, обезжиривание. Обезжиривают поверхность с помощью любых органических растворителей. Это может быть и спирт, и бензин, и ацетон. Затем поверхность ощелачивают. Хороший результат дает обработка черных металлов раствором едкого калия или же натра, но предварительно нагревая раствор до температуры около восьмидесяти градусов по Цельсию.

Также важно помнить, что при подготовке металлического изделия к анодированию, нужно удалить с поверхности образовавшиеся окислы, иначе новое покрытие будет не качественным. Этот процесс называется протравливанием, или декапированием. Обычно для этих целей используется серная кислота и хромпик, в соответствующей концентрации.

После процесса подготовки поверхности металла производится непосредственно анодирование. Само анодирование производится в среде электролита, в диэлектрической емкости. В качестве электролита применяется, обычно, серная кислота с концентрацией в двадцать процентов.

Если процесс анодирования производится в домашних условиях, то важно соблюдать технику безопасности и при приготовлении электролита лить необходимо именно серную кислоту в воду, но никак не наоборот, чтоб избежать разбрызгивания кислоты и соответственно избежать ожогов.


Процесс анодирования

Возьмем анодирование алюминия. Обязательно для этой процедуры нужен титановый крепёж. Прежде чем вы начнете, сначала следует полностью обезжирить поверхность.

Поверхность детали должна быть идеально чистой. Для обезжиривания нужна чиcтая слегка теплая вода, вода должна быть дистиллированная или же дождевая. Так же нам потребуется сода, которая будет очищать алюминий. Примерно 1-2 столовых ложки соды потребуется. Получается концентрированный раствор щелочь.

После растворения соды, происходит химическая реакция с выделением тепла и наша теплая вода превратится в довольно ощутимо теплую воду. Погружаем наш алюминий в этот раствор. В результате взаимодействия щелочи с алюминием выделяется газ и происходит очистка поверхности. Уже через минут 10-20 начнется очень бурная реакция и выделение газа начнет усиливаться.

Поэтому не нужно ставить алюминий в слишком горячую воду поскольку выделение газа будет настолько обильное, что в результате можно просто растворить деталь. В нашем случае газ должен быть очень слабым, только в том случае он будет именно очищать нашу деталь.

И так, когда деталь полностью очищена нужно начинать сам процесс анодирования. Нам потребуется стабилизированный источник тока. Можно использовать любое зарядное устройство. Для не большой детали плотность тока будет в районе 1 ампер силы тока. Красный провод (плюс) подключается к заготовке, синий (минус) к свинцовой пластине.

Так же потребуется аккумуляторный электролит плотностью 1.27 на пополам с водой. Ложем в электролит наш алюминий, деталь должна лежать в область свинцовой пластины. Выставляем ток, примерно 7,5 – 10 вольт и оставляем минут на 30. А теперь по поводу окраски.

Окрашивать нужно анилиновым красителем, растворенным в горячей воде. Для хорошего окрашивания следует добавить уксусную кислоту 1 чайную ложку на 1 — 1,5 литра.

Процесс анодирования

Достаем нашу деталь из электролита, вот примерно так она должна выглядеть.

Процесс анодирования

Вот такую уже промытую деталь ложем в краситель. И в открытые поры верхнего слоя оксида алюминия будет внедрятся красящий пигмент. После чего эти поры нужно будет закрыть.

Следует оставить данную деталь на некоторое время (чем дольше, тем насыщенней цвет вы получите). После чего нужно прокипятить деталь чтобы закрыть вот эти поры на поверхности алюминия.

Вот, что вы получается в конечном итоге!

Процесс анодирования

 Анодирование металла

Изделиям из металла можно придать изящный вид, а также повысить коррозийную устойчивость. И все это благодаря специальному напылению, которое образовывается в результате электрохимических реакций. Разные варианты есть, к примеру, анодирование, оксидирование, электрохимическая или контактная окраска.

Анодирование металла

 Подготовка поверхности металла

Вы поймете и научитесь как грамотно выполнять процесс анодирования метала. В первую очередь мы подготавливаем поверхность нашего изделия путем ее тщательной шлифовки, декапирования, обезжиривания и наконец полировки. Для того, чтобы обезжирить металл, можно применять различные органические растворители. Например: спирт или бензин, ацетон или бензол. Следующий этап – это тщательно обработать поверхность щелочью (к примеру мыльным раствором), в конце необходимо просто промыть изделие под горячей водой.

Протравливание металлической поверхности

Декапировать значит сделать легкое протравливание поверхности металла. Это необходимо, если мы хотим удалить пленку окислов, которая может сильно мешать для нанесения нашего нового покрытия. Делается это при помощи серной кислоты, восемьдесят миллилитров которой нужно развести в ста миллилитров воды и добавить туда 2,5 грамма хромпика. Полученную субстанцию нужно на двадцать секунд нанести на поверхность, желательно при комнатной температуре.

Процесс анодирования металла

Анодное оксидирование обычно проводят в различных электролитных растворах под воздействием постоянного тока. При этом емкость, в которой будет происходить весь процесс, ни в коем случае не должна проводить ток. Чтобы сделать раствор электролита, возьмем 200 миллилитров двадцатипроцентной серной кислоты и добавим ее в 800 миллилитров воды.

С начала следует лить серную кислоту в воду, не наоборот!

Можно также взять за основу тридцатипроцентный раствор бисульфита натрия, который мы можем получить, если 300 г бисульфита натрия разведем водой до общего объема состава в 1 литр.

Другая альтернатива всему этому – это использование соды и обычной пищевой соли.

К аноду на алюминиевой подвеске необходимо прикрепить обрабатываемое изделие из металла, а к катоду – пластину из свинца. Если наше изделие будет сложной формы, то на него следует подвесить целый ряд свинцовых пластин. При этом расстояние до изделия не должно превышать девяти сантиметров. Обработку следует проводить при плотности электротока в 2-3 А/дм2, а температура должна равняться двадцати градусам. Весь процесс займет около одного часа, а напряжение при этом должно составлять 13-15 В.

Анодирование металла

 Анодирование титана

Анодирование титана — это процесс интересный и весьма полезный, который без особого труда можно выполнить дома. Как мы уже знаем, данный процесс активно используют на производстве для до того, чтобы повысить стойкость материала к коррозии. Но кроме всего прочего, его можно использоваться в качестве украшения (все дело в получаемом спектре цветов).

 Анодирование титана

В первую очередь попытаемся мы попытаемся разобраться в том, для чего все это делается. Выделим три самых главных пункта:

  1. Мне до безумия мыло интересно что-то подобное сделать;
  2. Это очень красиво смотрится;
  3. Предметы станут значительней заметнее. Я не перепутаю их с остальными.

Весь интерес в том, что во время анодирования титан может приобретать различный цвет. Конечно на это может повлиять множество факторов таких как марка титана или катода. Но в целом же вы можете опираться на шкалу, приложенную выше. Так или иначе цвет будет соответствовать указанному напряжению.

В рассматриваемом примере мы взяли батарею из девяти вольтовых батареек типа «Крона». Чтобы выбрать нужное напряжение просто регулируйте это количеством батарей. В первую очередь необходимо сделать электролит. Для этого мы использовали лимонную кислоту.

Анодирование титана

Наше изделие (вилка) тщательно шкурится 1000 шкуркой. Затем проведем тщательное обезжиривание.

Анодирование титана

Сделаем своего рода сборку из этих батареек. Минус нам необходимо подключить к катоду (в нашем примере это кастрюля из стали).

Анодирование титана

+ нужно присоединить непосредственно к вилке.

Важное замечание: вилка никоим образом не должна касаться котелка. «Крокодил» при этом нельзя погружать в воду.

Буквально сразу начнется реакция и меняться цвет.

Анодирование титана

Скорее всего, что силы тока батареек было мало т.к. процесс анодирования получился «так себе».

анодирование титана

Это наш результат!

Анодирование титана
Это еще не все. Мы можем попытаться собрать нужный нам блок питания из автотрансформатора и диодного моста. Этот блок питания будет гораздо лучше, а главное – мощнее, чем наша сборка из батареек. К тому же, мы получим возможность плавно регулировать напряжение.

 Анодирование титана

А вот теперь все пошло как нужно. При этом можно менять цвет на тот, который устроит, делается это регулированием напряжения. Уточнение: цвет возможно изменить только если поднять напряжение. При более низком же цвет вряд ли изменится. Если наша цель получить такой цвет, который бы максимально близко соответствовал меньшему напряжение, то нам необходимо будет сошкурить анодирование и попытаться сделать все заново. А вот собственно то, что у нас выйдет:

Анодирование титана

 Типичные ошибки при анодировании

По ходу этой статьи вы должны были обратить внимания на то, что сейчас в мире используется в основном процесс холодного анодирования алюминия. Конечный результат при этом таков, что на выходе мы имеем достаточно прочное и твердое покрытие, обладающее крайне высокой защитой от коррозии. Новички могут допустить ряд ошибок. Чтобы обезопасить вас от этого, мы подготовили к рассмотрению ряд наиболее частых ошибок, которые можно допустить. Прочитав статью до конца, вы гарантированно поступите правильно.

Разберем что такое плотность анодная

Сам по себе анодный слой «растет» с довольно большой скоростью. Защитный слой образуется скачками, когда плотность тока равна одной и шесть десятых ампера на один квадратный дециметр. При более меньшей или низкой плотности, слой получается отдаленно напоминающий белый, т.е. мутный. Но стоит отметить, что при всем при этом его прочность будет весьма неплохой.

Чтобы подстраховаться и избавить себя от лишней головной боли (актуально, если вы вдруг ошибетесь при правильном определении площади), просто придерживайтесь плотности около двух – двух с половиной Ампер. При этом категорически не нужно поднимать анодную плотность идя путем увеличения тока выше нормы.

Если все это происходит на дому, а не на производстве, то необходимая плотность тока можно увеличить, только необходимо частое перемешивание электролита и максимально безупречный отвод тепла от изделия. Это позволит значительно сократить время анодирования, а защитный слой будет весьма толстым.

Качественный отвод тепла очень важен. Всегда помните об этом. Ведь нагретый электролит может растворять защитный слой. Буквально за считанные минуты микро зоны перегрева полностью оголятся до белого метала. В этот самый момент начинается травление металла. За пару тройку минут часть изделия может раствориться.

Температура электролита

Не удивляйтесь, если вы не смогли получить необходимой вам плотности тока на изделии при установленной вами температуре ниже минус десяти градусов по Цельсию, т.к. при такой температуре это просто невозможно. Не спасет ситуацию даже, выкрученный на максимум реостат и напряжение, что идет с блока питания. В итоге мы получим бесцветное покрытие, которое, к тому же, будет иметь тенденцию к медленному росту.

Все дело в том, что сопротивление электролита кратно увеличивается при достаточно низкой температуре. Именно поэтому напряжения для нужной плотности тока может оказаться недостаточно. И тут у вас есть два варианта. Первый вариант – это попытаться поднять напряжение хотя бы до ста вольт (весьма небезопасно). Второй вариант – это прогревание электролита до минус десяти градусов по Цельсию.

Если же вы решите поставить температуру от десяти градусов и выше, то, на первый взгляд, вы получите правильную плотность тока, но вот сам слой образуется крайне слабым. К тому же, окраски также вам не видать. Как результат – оттенок молочного цвета. Знайте, что превышение порога от допустимой температуры влечет за собой изменение анодирование в качественную сторону, превращая его из холодного в теплый. Но и холодный слой со временем начнет разрыхляться и растворяться. Хотя на первый взгляд будет казаться, что окраска не теряется и, что причин для беспокойства нет.

Плотность катодная

Что необходимо знать о плотности катодной, так это то, что если ее плотность крайне высока и выходит за все разумные пределы, то это абсолютно не является какой-либо серьезной проблемой при обработке мелких и незначительных деталей, которые располагаются в абсолютно разных концах емкости подальше от самого катода. Но. Не забывайте, если вам необходимо провести анодирование для очень большого и габаритного изделия, то наверняка у вас возникнут проблемы и всяческого рода осложнения. Например, повышенная склонность к прогару.

Держите в уме: если вы хотите, чтобы в процессе анодирования ток распределялся исключительно равномерно, то необходимо, чтобы площадь катода была по меньшей мере в два раза больше, чем площадь самой детали.

Рассмотрим, как подвеска может взаимодействовать с деталью

Невозможно достичь нужной силы тока, если наша деталь имеет ограниченный или недостаточный контакт с подвеской. Наличие слабого зажима даст нам в итоге пару серьезным проблем. К примеру, во время подачи тока на изделие есть большая вероятность того, что пузырьки газа кислорода начнут улетучиваться с поверхности зажима, в то время как это должно происходить с ее поверхности. Так же есть вероятность того, что пузырьки вообще не смогут или не будут формироваться.

Всякие возможные варианты, суть которых состоит в обматывании детали алюминиевой проволокой, на данный момент не есть абсолютно надежными или безопасными. Необходимо, чтобы зажим был с резьбовой контактной шпилькой исключительно из алюминия и только. Именно подобные конструкции позволят в полной мере прижать электрод к нашему изделию с необходимой силой, тем самым это даст нам крайне надежный и уверенный электрический контакт.

Теперь после того, как вы ознакомились с данным материалом, вы знаете в полной мере, что из себя представляет процесс анодирования алюминия, а также то, для каких металлов он все еще подходит. К тому же, ознакомились с требованиями, которые необходимы при работе с оборудованием. Навскидку добавим, что на данный момент в мире есть пара видов данного процесса –  первый из них – это холодное анодирование, второй — это теплое. Последний уже много лет не актуален. Поэтому, перед началом работы настоятельно рекомендуем ознакомиться с самыми распространёнными ошибками, чтобы избежать и в будущем их не повторять.

Заключение

В заключении мы хотим выразить Вам благодарность за то, что зашли именно на наш сайт. Мы искренне надеемся, что эта статья хоть как-то, хоть чуточку помогла вам разобраться в процессе анодирования, и что здесь вы нашли именно то, что искали. Если у вас остались вопросы или же вам что-то не ясно, задавайте ваши вопросы прямо в комментариях под этой статьей. Мы постараемся максимально оперативно и максимально информативно на них ответить.

Хорошего вам дня.