Полное руководство по анодированию алюминиевых деталей – Aerospace Metals

Полное руководство по анодированию алюминиевых деталей

Независимо от того, работаете ли вы в автомобильной промышленности или являетесь архитектором, проектирующим высотные здания, вы уже слышали о процессе анодирования. Возможно, вы сталкивались с анодированными инструментами, работая стоматологом или занимаясь производством оборудования для приготовления пищи. Анодированные инструменты и устройства имеют широкий спектр применения, например, в морской промышленности, домашней мебели и деталях спортивного инвентаря. Например, если вы увлекаетесь ездой на велосипеде, то вы определенно с ней знакомы. Анодирование, однако, в основном используется в аэрокосмической и электронной промышленности, где некоторые детали должны быть защищены от коррозии. Существует множество процессов, которым могут подвергаться различные металлы, используемые в этих отраслях, и, поскольку анодирование может использоваться для многих различных металлов, от алюминия до титана, обычно это лучший способ защитить любую алюминиевую поверхность. Среди них алюминий является наиболее универсальным. Поэтому мы собираемся обсудить ключевые компоненты для анодирования алюминиевых деталей. Мы коснемся таких тем, как герметизация анодированного алюминия, светлое анодирование погружением, травление, напряжение и время, а также рассмотрим и сравним различные типы процессов анодирования, например, твердое покрытие.

Процесс коррозии

Прежде чем дать определение анодированию, нам необходимо обсудить некоторые естественные процессы и понять, почему некоторые из них должны быть аннулированы за счет применения анодирования. Общеизвестно, что необработанное железо будет ржаветь, если его оставить на воздухе. Ржавление — это химический процесс, называемый коррозией, когда очищенный металл имеет тенденцию превращаться в более стабильную форму, такую ​​как оксид, гидроксид или сульфид. Коррозия ухудшает полезные свойства материалов и влияет на их внешний вид, прочность и другие характеристики, связанные с их полезностью. Хотя в основном на материалы влияет влага в воздухе, иногда может развиться коррозия, если материал вступает в контакт с определенными веществами. Чтобы противодействовать тому, как материалы ведут себя при контакте с воздухом и другими веществами, были разработаны методы снижения реактивности открытых поверхностей для повышения коррозионной стойкости.

Процесс пассивации

Один из наиболее часто используемых методов называется пассивацией, а анодирование является одной из форм электролитической пассивации. Пассивация — это процесс, который в конечном итоге делает материал более устойчивым к окружающей среде, что делает его менее подверженным коррозии, истиранию и увеличивает усталостную долговечность. Материал становится пассивным, создавая внешний барьер из оксида алюминия посредством анодирования. Этот легкий слой анодированного алюминия является барьером против коррозии, который не только увеличивает прочность и долговечность объекта, но и сохраняет его внешний вид. Мы можем определить анодирование как процесс увеличения толщины пленки природного оксидного слоя на анодированной поверхности металлических деталей. Это процесс химической конверсии, который проникает в алюминиевый компонент и изменяет его стабильность.

Преимущества анодирования

Первоначально мы упомянули защиту от коррозии как одну из наиболее распространенных причин анодирования определенных деталей, инструментов и оборудования. Анодно-оксидные покрытия, наиболее часто используемые в промышленном анодировании, обеспечивают электрическую и тепловую изоляцию. Этот слой оксида алюминия состоит из гидратированного оксида алюминия, который считается непроницаемым для коррозии. Однако на этом преимущества анодирования алюминия не заканчиваются. Он также может добавить цельный цвет вашему объекту и действовать как защитный слой от агрессивных химических веществ, используемых для очистки.

Помимо устойчивости к износу и коррозии, этот процесс также улучшает адгезию грунтовок и клеев по сравнению с нанесением краски на голый металл. Это также очень полезно для предотвращения истирания резьбовых компонентов. Истирание – это форма износа, вызванная сцеплением между двумя поверхностями скольжения. Это комбинация трения и адгезии, за которой следует скольжение или разрыв кристаллической структуры под поверхностью. Алюминий довольно легко истирается, поэтому для его защиты повсеместно применяется анодирование.

Технологическое оборудование, выпрямители и охладители

Если вам интересно, какое оборудование необходимо для выполнения полного процесса анодирования, вы можете быть удивлены, узнав, что существуют небольшие комплекты для анодирования, предназначенные для домашнего использования. Тем не менее, эти «наборы для анодирования алюминия в домашних условиях» предназначены для очень небольших проектов, и они по-прежнему требуют глубоких знаний для обеспечения безопасного применения. Если вы хотите приобрести его для себя, чтобы придать красивый вид детали велосипеда, вам нужно будет поговорить с продавцами и провести тщательное исследование в Интернете. Мы рекомендуем вам посетить одно из наиболее известных предприятий по анодированию, у которого есть опыт, чтобы помочь вам. Эти предприятия обычно имеют большие промышленные здания, заполненные резервуарами для анодирования и оборудованием, предназначенным для анодирования различных деталей и материалов из алюминия и титана.

Оборудование может состоять из нескольких автоматических ванн для анодирования алюминия. Эти резервуары для анодирования оснащены встроенными станками с ЧПУ, которые помогают процессу. Как маленькие, так и большие системы анодирования должны иметь несколько резервуаров для завершения процесса анодирования. Типичная линия анодирования включает как минимум следующее: щелочная очистка, промывка, травление, промывка, раскисление, промывка, анодирование, промывка, окрашивание, промывка, уплотнение, промывка, погружение в горячую воду. Обычно между каждым технологическим резервуаром должно быть два промывочных резервуара, и следует использовать деионизированную воду. Также необходимы системы вентиляции над резервуарами для кислоты и травления.

Чиллеры

Химическая ванна, используемая в процессе анодирования, будет выделять значительное количество тепла. Это тепло необходимо устранить для успешного анодирования детали, а это означает, что необходимо принять жизненно важные меры для поддержания температуры на оптимальном уровне. Охладители используются для выравнивания отложений оксидов металлов, а процессу охлаждения способствуют водяные или воздушные охладители. Чиллеры используют датчики температуры и клапаны для поддержания необходимой температуры.

Выпрямители

Чтобы осуществить процесс анодирования, вам нужно будет подать ток на раствор электролита. Система, управляющая током, находится в выпрямителе. Процесс анодирования является деликатным, поэтому для поддержания температуры и напряжения на оптимальном уровне необходимы как охладители, так и выпрямители. Также толщина анодированного слоя будет сильно зависеть от количества времени, которое объект проводит в резервуаре, подключенном к электрическому току.

Время и напряжение

Этот процесс лучше всего объяснен в двухминутном отчете Ларри Честерфилда о зависимости плотности тока анодирования от напряжения: В процессе анодирования ток (сила тока) создает анодное покрытие. По мере того, как покрытие накапливается на деталях, оно препятствует прохождению тока к деталям. Если вы зафиксируете силу тока на протяжении всего цикла анодирования, можно предсказать время, необходимое для создания желаемой толщины покрытия.[…] При использовании контроля силы тока («анодирование по плотности тока») сила тока фиксируется для всего цикла анодирования, что обеспечивает «постоянная плотность тока» на протяжении всего цикла .” Он предлагает несколько математических формул, которые помогут вам рассчитать адекватное напряжение и время, которые необходимо использовать в зависимости от размера анодируемого объекта.

Раствор макияжа

Пришло время заняться химической частью этого электрохимического процесса. Мы обсудили химические ванны, используемые в этих специальных резервуарах, а также большие машины, участвующие в этом процессе. Мы еще не обсуждали компоненты химических ванн. Если вы хотите выполнить анодирование в домашних условиях, вам необходимо знать формулу расчета того, что входит в раствор. Прежде чем мы обсудим математику, найдите минутку, чтобы взглянуть на формулу в ее письменной форме: 2H2O + выбрать ➝ O2 + 2H2 ; 2Al + 3O2 ➝ 2AlO3

Анодирующий раствор, который чаще всего используется для анодирования алюминия, представляет собой серную кислоту. Перед началом процесса следует рассчитать необходимое количество литров или галлонов раствора, принимая во внимание рекомендуемое соотношение кислоты в ванне анодирования (от 15% до 18%). Имейте в виду, что эта формула по-разному применяется к разным видам серной кислоты. Приведем пример оценки:

Галлоны H2SO4, необходимые для 500-галлонной 15-процентной ванны анодирования по весу = 100 x 15 x 0.625 x (500/100) = 47 галлонов.

Структура оксидного покрытия

Если вы задаетесь вопросом, почему анодирование является одним из лучших вариантов отделки поверхности, мы позволим anodizing.org объяснить: ” Структура анодного оксида происходит от алюминиевой подложки и полностью состоит из оксида алюминия. Этот оксид алюминия не наносится на поверхность, как краска или гальваническое покрытие, а полностью интегрируется с подстилающим слоем. алюминиевая подложка , поэтому он не может отколоться или отслаиваться . ”

По мере того как алюминиевая деталь погружается в химическую ванну и через нее проходит ток, атомы алюминия медленно извлекаются с поверхности металла. При этом на поверхности образуются так называемые «ямки». Приложенное напряжение влияет на размер этих ямок, и они образуют пористую структуру, которая допускает вторичные процессы, такие как окрашивание и запечатывание.

Структура пор

Другие характеристики также зависят от напряжения. Толщина слоя оксидно-алюминиевого покрытия сильно зависит от напряжения, которому подвергается ванна, и времени, в течение которого объект находится в ней. Более высокое напряжение увеличивает скорость окисления, а продолжительность процесса влияет на покрытие. Другие аспекты, такие как температура и характеристики электролита, влияют на скорость растворения поверхности металла.

Устойчивость к истиранию является одной из важнейших целей анодирования. Однако сейчас мы обсуждаем, как размер и плотность пор или ямок влияют на указанную цель. Более высокая плотность и меньшие ямки означают большую устойчивость к истиранию. Некоторые другие характеристики также могут влиять на целостность покрытия.

Виды анодирования

Наиболее часто упоминаемыми типами анодирования являются анодирование серной кислотой типа II и анодирование с твердым покрытием типа III. Это связано с тем, что один (тип II) широко известен как «обычное» анодирование, а другой (тип III) — как «жесткое» анодирование. Так что же стало с Типом I и есть ли другие процессы, не включенные в исходное различие? Мы здесь, чтобы разбить их для вас поровну и сделать их более понятными.

Хромовая кислота Тип I Анодирование

Анодирование хромовой кислотой типа 1 стало менее популярным из-за некоторых правил безопасности, касающихся хрома и загрязнения воздуха, с которыми другие новые типы кислот не противоречили. Это самый старый тип анодирования, и он образует более мягкую анодированную пленку, намного тоньше, чем обычное или твердое анодированное покрытие. Его более тонкое оксидное покрытие обычно выражается в микродюймах, максимум от 20 до 100. Однако, несмотря на то, что он тонкий по своей природе, он по-прежнему обеспечивает равную защиту от коррозии и износостойкость при правильном уплотнении. Хромовая кислота типа I не может использоваться для цветного анодирования, так как имеет светло-серый цвет и меньше поглощает краску при окрашивании. Его применение не в декоративных целях, так как он в основном окрашен в черный цвет и используется для изготовления неотражающих поверхностей в аэрокосмической промышленности или для компонентов прецизионных машин.

Анодирование борно-серной кислотой подтипа I

Этот подтип является альтернативой анодированию хромовой кислотой, поскольку он позволяет избежать экологических проблем. Он соответствует стандарту MIL-A-8625 и в основном используется для защиты от коррозии и прилипания краски. Он также более энергоэффективен, чем его аналог с хромовым анодированием.

Серная кислота Тип II Анодирование

Наиболее распространенным типом анодирования является тип II или обычное анодирование. Тип II имеет наиболее широко применяемый раствор, содержащий серную кислоту, обеспечивающий умеренно толстое покрытие. Это также гораздо более твердое покрытие, чем хромовое анодирование. Его пористая поверхность способствует окрашиванию поверхности алюминия и алюминиевых сплавов. Эти эффекты цветного анодирования могут давать такие цвета, как черный, красный, синий, зеленый, городской серый, коричневый койот и золотой. Перед анодированием изделия могут быть обработаны для придания им матового вида. Окрашенные анодированные пленки не теряют цвет быстро, особенно если они были правильно запечатаны. Анодирование серной кислотой типа II в целом является наименее дорогим процессом, и оно обеспечивает широкий спектр анодирования алюминиевых сплавов и доступно во многих цветах. Кроме того, его обработку отходов гораздо легче контролировать, чем хромовое анодирование.

Серная кислота, тип III, твердое анодирование

Анодирование типа III, также известное как анодирование с твердым покрытием, также достигается с помощью электролита на основе серной кислоты, но продукт представляет собой гораздо более толстое и плотное покрытие из оксида алюминия. Этот процесс предназначен для компонентов, подверженных экстремальному износу или сильно коррозионным средам. В таких вещах, как противовзрывные экраны, шарнирные механизмы, клапаны и соединения, требуется более прочное покрытие. Тип III применяется для повышенной электрической изоляции.

Другие виды анодирования

• Фосфорная кислота: анодирование фосфорной кислотой повышает производительность в условиях высокой влажности. Он также известен как процесс Боинга и применяется в основном в авиационной промышленности.
• Анодирование титана : в основном используется для окрашивания титана и поиска трещин от напряжения в основном материале. Он в основном используется в медицинском сообществе, а также в частях самолетов и космических кораблей. Обладает высокой адгезией к сухой пленочной смазке и краске.
• Архитектурное анодирование : этот процесс анодирования используется в промышленности, где важны как внешний вид, так и долговечность. Если вам нужен слой оксида алюминия на компоненте, который будет постоянно поддерживать внешний вид здания, архитектурное анодирование алюминия — единственный выход.
• Яркое анодирование погружением : Этот процесс анодирования алюминия использует фосфорную и азотную кислоты для придания блестящему, почти зеркальному виду. Лучше всего работает с алюминием серий 5000 и 6000. Чем тверже покрытие из оксида алюминия, тем ярче оно будет. Он популярен в производстве автомобильных запчастей и фонарей. Aerospace Metals специализируется на светлом анодировании погружением.

Травление и запечатывание

Травление — это процесс предварительной обработки, используемый для достижения превосходной визуальной привлекательности. Крайне важно, чтобы вся грязь, жир и масло были удалены с поверхности металла, чтобы остался чистый внешний слой, который превратится в анодированное покрытие алюминия. Для устранения поверхностных дефектов применяют два вида травления. В одном используется каустическая сода, а в другом — кислотное травление, обработка поверхности ионами на основе фтора и устранение дефектов.

Процесс герметизации является одним из завершающих этапов анодирования и, по мнению многих, является самым важным. Герметизация обеспечивает максимальную коррозионную стойкость, но сводит к минимуму стойкость к истиранию. Тремя наиболее распространенными типами герметизации являются герметизация горячей деионизированной водой, среднетемпературная герметизация и холодная герметизация. Типы используемых герметиков различаются в зависимости от используемого процесса анодирования, некоторые из которых требуют кипячения деионизированной воды. Для других, таких как те, которые содержат детали, окрашенные красителем, этот шаг не требуется. Холодная запайка обеспечивает наивысшее качество продукта, но ее выполнение, вероятно, несколько сложнее.

Заключение

Как видите, анодирование имеет невероятно широкое применение во многих отраслях промышленности. Без него самолеты не были бы такими безопасными, космические путешествия были бы почти невозможны, а наши жилые и рабочие помещения были бы менее прочными и гладкими. Процесс может различаться по своей сложности и стоимости, но конечный продукт работает и выглядит лучше, чем исходный компонент. Многие, от владельца мелкого бизнеса ключевого магазина до компаний, разрабатывающих детали для военных авианосцев, могут извлечь выгоду из использования анодированных компонентов.

Анодирование алюминия 101: как анодировать алюминиевые детали

Процесс анодирования идеально подходит для нескольких материалов, однако наиболее важным и широко используемым является алюминий. Если вы новичок в механической обработке, возможно, вы не знакомы с анодированием. Процесс анодирования может создать слой оксида на металлических деталях и оказаться полезным для улучшения визуальных качеств металлических деталей.

В этом руководстве вы узнаете все, что вам нужно знать об анодировании алюминия. Мы обсудим, что такое анодирование алюминия, как анодировать алюминий и преимущества анодирования алюминия. Давайте проверим больше.

Что такое анодированный алюминий?

Анодированный алюминий был обработан электролитическим способом для упрочнения и защиты металла. Этот процесс создает слой оксида на поверхности алюминия, который является более прочным и устойчивым к коррозии, чем сам металл. Этот оксидный слой может обеспечить защиту от коррозии металлических деталей.

Анодированный алюминий часто используется в тех случаях, когда металл должен быть прочным и устойчивым к внешним воздействиям. Процесс анодирования также можно использовать для изменения цвета алюминия, придавая ему уникальную отделку, которая одновременно прочная и стильная.

Как работает анодирование алюминия?

Анодировать алюминиевую деталь можно независимо от способа изготовления. Процесс анодирования алюминия является экономичным и простым методом, поэтому он имеет широкий спектр применения в различных отраслях промышленности.

Прежде чем понять, как работает анодированный алюминий, мы должны сначала узнать о выборе материалов для анодирования и о подготовке, которую необходимо выполнить перед анодированием деталей.

Материалы для процесса анодирования

Процесс анодирования – это электрохимический процесс, придающий металлической поверхности прочность, декоративный вид и защиту от коррозии. Алюминий подходит для токопроводящих материалов и является одним из наиболее подходящих для анодирования. Некоторые другие цветные металлы, такие как титан и магний, также могут быть анодированы.

Процесс анодирования не подходит для нержавеющей стали и стали из-за образования ржавчины. Ржавчина не может создать прочное и коррозионно-стойкое покрытие на стали, в то время как алюминий содержит естественный оксидный слой для защиты нижних металлических частей.

Оксид алюминия нельзя наносить на гальваническую или окрашенную поверхность, а оксид алюминия может полностью интегрироваться с основной алюминиевой подложкой. Он не отслаивается и имеет высокопористую структуру для вторичной обработки окраски и запечатывания.

Зеркальные характеристики и особенности анодированной поверхности и отделки доказали, что алюминий является одним из наиболее предпочтительных материалов для различных секторов. Некоторые основные преимущества анодирования алюминия делают его широко используемым материалом для производства тысяч промышленных товаров.

Его можно использовать для создания самых высоких строительных конструкций, таких как Иллинойс и Уиллис-Тауэр в Чикаго.

Он требует меньше ухода и обеспечивает прочную поверхность.

Он считается экологически чистым материалом и защищает спутники от агрессивной среды.

Советы по подготовке поверхности перед анодированием

При необходимости используйте методы механической отделки. Одного травления недостаточно для исправления уже существующих дефектов поверхности, таких как царапины и вмятины. Если эти следы очевидны на поверхности детали, вы можете также использовать методы механической полировки, такие как шлифовка, полировка и пескоструйная обработка.

Помните о своей упаковке. Прежде чем отправлять детали для анодирования, убедитесь, что вы упаковали их так, чтобы они были защищены от вмятин и хорошо амортизировались. Кроме того, избегайте наклеивания ленты непосредственно на анодируемую поверхность.

Убедитесь, что ваши детали должным образом очищены и обезжирены. Обращайте внимание на неочищенную стружку, осевшую на глухих отверстиях, отпечатки пальцев на поверхности (избегайте касания деталей голыми руками!)

Удалите стальные вставки, такие как заклепки и штифты, на деталях, подлежащих анодированию, поскольку они могут подвергаться коррозии по-разному в ходе различных процессов обработки.

Как анодировать алюминиевые детали: шаг за шагом

Принцип работы анодированных алюминиевых деталей заключается в том, чтобы вызвать окисление алюминия путем погружения его в электропроводящий кислый раствор электролита, при котором высвобождаются ионы кислорода. Этот метод использует анодные пленки для получения эстетических эффектов.

Чтобы лучше понять процесс анодирования алюминиевых деталей, рассмотрим 4 основных этапа:

Шаг 1: Предварительная обработка

Процесс предварительной обработки включает в себя достижение видимой отделки и чистую рабочую часть.

Очистка: Предварительная очистка важна для удаления остатков смазки, масел и других загрязнений из предыдущего производственного процесса, такого как экструзия или обработка алюминия с ЧПУ, чтобы избежать загрязнений и несоответствий в готовой детали.

Офорт: Поверхностная обработка детали перед анодированием важна, поскольку от нее будет зависеть качество конечного результата. Изменить желаемую отделку поверхности можно с помощью травления, при котором мелкие дефекты на поверхности исправляются при подготовке к анодированию.

Шаг 2: Анодный оксид

После того, как поверхность подготовлена, детали проходят стадию анодирования, погружаясь в ванну с раствором электролита серной кислоты (которая может варьироваться в зависимости от выбранного типа процесса анодирования). Раствор электролита имеет много положительных и отрицательных ионов и является электропроводным раствором.

Положительные ионы могут притягивать отрицательные пластины и отрицательные ионы к положительному аноду. Электрический ток вызывает его в цепи. Отрицательный ион притягивает алюминиевые детали, которые являются положительным анодом. Алюминиевые детали будут служить анодом.

В то же время внутри бака установлен катод, обеспечивающий активное прохождение электрического тока через систему и вызывающий выделение ионов кислорода из раствора электролита. Этот процесс создаст оксид алюминия в подложке, который также называется барьерным слоем. Но она более шероховатая, чем алюминиевая поверхность.

Шаг 3: Раскрашивание

Анодное покрытие, образующееся на поверхностном слое, по структуре является пористым, что позволяет придать изделию цвет. Различные способы добавления цвета к анодированной детали включают погружение ее в красители или растворенные соли металлов. Этот процесс обеспечивает такие отделки, как черный анодированный алюминий, золото, никель и нержавеющая сталь.

Шаг 4: Герметизация

Чтобы закрыть пористую поверхность, созданную при анодировании, и обеспечить однородную поверхность, детали подвергаются последнему этапу, при котором их погружают в раствор ацетата никеля. Герметизация обеспечивает долговечность цвета и предотвращает дальнейшую коррозию анодированной детали.

Различные типы процесса анодирования алюминия

Итак, чем отличается анодирование алюминия от других видов отделки, так это его процесс. Большинство защитных покрытий добавляются в материал, в то время как в анодированном алюминии покрытие формируется за счет удаления положительных ионов с поверхности алюминиевых деталей. Существует три основных типа процесса анодирования алюминиевых деталей, что приводит к различным покрытиям и внешнему виду, которые мы видим на некоторых продуктах.

Анодирование хромовой кислотой типа I

Этот тип использует раствор хромовой кислоты для создания тонкого покрытия (от 0.5 до 2.5 мкм) на деталях. Анодирование хромовой кислотой дает самое тонкое покрытие и наименьшее поглощение цвета среди трех основных типов. Хотя покрытие относительно тонкое, оно защищает алюминиевую деталь от коррозии и является эффективным первым слоем для порошковой или окрашенной отделки.

Сернокислотное анодирование типа II

Анодирование типа II является наиболее часто используемым методом анодирования алюминиевых деталей, где он используется в качестве раствора для анодирования. Он производит анодированный слой от 2.5 до 25 микрон. Пористая природа этого процесса идеально подходит для хорошего впитывания красителей. Тип II не подходит для деталей с жесткими допусками.

Анодирование твердого покрытия типа III (твердое анодирование)

Этот процесс твердого анодирования также выполняется в растворе серной кислоты. Однако полученный слой намного толще и плотнее, чем при обычном сернокислотном анодировании. Твердость оксида алюминия типа III эквивалентна, а разница в толщине твердого покрытия может изменить внешний вид поверхности подложки. Он используется в тяжелых условиях, где требуется превосходная стойкость к истиранию и коррозии, например, в медицинских устройствах.