Оксидирование алюминия и его сплавов
Изделия из алюминия и его сплавов для повышения коррозионной стойкости подвергают специальной обработке — оксидированию как химическим, так и электрохимическим методом (анодирование алюминия).
Оксидирование не только повышает коррозионную стойкость изделий из алюминия и его сплавов, но и благоприятно влияет на эксплуатационные характеристики обрабатываемых деталей, повышая их твердость и износостойкость, жаростойкость и теплостойкость, придавая им разнообразные электрические свойства и т. д. Коэффициент теплового излучения оксидированного алюминия достигает 80 % его величины для абсолютно черного тела. Оксидный слой в большинстве случаев имеет микропористую структуру и вследствие этого обладает высокой адсорбционной способностью, что может влиять как положительно, так и отрицательно на качество покрытия.
Для получения качественных оксидных покрытий необходим жесткий, пружинящий контакт обрабатываемых изделий с подвешивающим приспособлением. Подвески для оксидирования изготовляются из алюминия, дюралюминия или титана.
Наша организация предлагает услуги в Киеве по анодированию и химическому оксидированию алюминия в такие цвета как: черный, бесцветный, салатовый и бледно-оранжевый.
Химическое оксидирование алюминия
Химическое оксидирование алюминия и его сплавов проводят с целью защиты изделий от коррозии или в качестве грунта под окраску. Толщина оксидных пленок при этом составляет 0,5-4,0 мкм.
Пленки, получаемые при химическом оксидировании, по своим защитным и физико-механическим свойствам значительно уступают полученным при электрохимическом оксидировании алюминия. Химическое оксидирование применяют главным образом в тех случаях, когда процесс анодирования затруднен и экономически нецелесообразенпри покрытии сложных и крупногабаритных деталей, внутренних поверхностей длинных и тонкостенных труб, больших сварных конструкций, а также для оксидирования деталей малоответственного назначения. При этом следует учитывать, что процесс химического оксидирования весьма прост в эксплуатации и экономичнее электрохимического оксидирования.
Химическое оксидирование алюминия и его сплавов проводят в ще-лочно-хроматном, фосфатно-хроматном и хроматно-фторидном растворах.
Щелочно-хроматные растворы образуют оксидные пленки толщиной 2 мкм с низкими механическими свойствами. Эти пленки применяют, главным образом как грунт под окраску.
Фосфатно-хроматные растворы формируют оксидные пленки большей толщины до 3-4 мкм с более высокими защитными и физико-механическими свойствами. Эти покрытия применяются для защиты изделий от коррозии, а также как грунт под лакокрасочное покрытие.
Пленки из хроматно-фторидных растворов тонкие, но плотные, имеют низкое электросопротивление. Их используют для получения токопроводного оксидного покрытия. Цвет – оранжевый с коричнево-рыжеватым оттетком. Такое покрытие называют токопроводным или фторидным.
Электрохимическое оксидирование (анодирование алюминия)
Электрохимическое оксидирование алюминия, и его сплавов — один из наиболее распространенных процессов современном гальваническом производстве. Данный процесс получил название анодирования. Анодирование позволяет широко изменять свойства поверхности, такие как коррозионную стойкость, твердость, износостойкость, электрические свойства.
При анодном оксидировании происходит одновременно два процесса: образование оксидной пленки на аноде и растворение ее электролитом анодирования. Если образовавшаяся пленка не растворяется в электролите, то образуются тонкие компактные пленки, практически беспористые с высоким электросопротивлением, рост которых прекращается, когда весь анод покрывается пленкой. Для образования толстых анодных пленок необходимо обеспечить доступ ионов кислорода к поверхности анода в течение всего времени электролиза. Это происходит в электролитах, оказывающих определенное растворяющее действие на оксидную пленку. При этом скорость роста пленки определяется соотношением двух одновременных процессов — ее формирования в результате электрохимического окисления металла у основания пор и химического растворения пленки в электролите.
Для получения практически используемых анодных пленок на алюминии и его сплавах подбирают такие электролиты и условия электролиза, при которых скорость образования пленки превышает скорость ее растворения.
Алюминий и его сплавы анодируют в растворах серной, хромовой, щавелевой, сульфосалициловой кислот и их смесях.
Наиболее распространен сернокислотный электролит. По сравнению с другими электролитами анодирования он отличается дешевизной и возможностью использования при низком напряжении. Оксидные пленки, полученные в сернокислотном электролите, обладают высокими защитными и декоративными свойствами, легко окрашиваются, имеют высокую твердость, особенно при получении толстых слоев, высокими термоизоляционными и электроизоляционными свойствами, хорошей адгезией к лакокрасочным покрытиям. Сернокислотный электролит можно использовать для всех алюминиевых сплавов, имеющих промышленное применение. Однако травящее действие этого электролита высоко, и поэтому : он непригоден для анодирования деталей сложной конфигурации, изделий, имеющих сварные и клепаные конструкции. Травящее действие этого электролита с повышением температуры раствора, особенно при получении толстых покрытий, резко возрастает.
Электрохимическое оксидирование в щавелевой кислоте позволяет получать на алюминии и большинстве его сплавов толстые пленки с высокими электроизоляционными свойствами. Однако твердость таких пленок ниже, чем получаемых в сернокислотном электролите.
Цвет оксидных пленок, получаемых в щавелевокислотном электролите, зависит от толщины покрытия и состава обрабатываемого сплава. Так, при толщине оксидной пленки 5 мкм цвет ее серовато-белый, при 15 мкм — желтый, при 50 мкм — золотисто-желтый, а при < 100 мкм — коричнево-желтый. Естественно окрашенные пленки можно использовать в декоративных целях. Кроме того, в электролите можно получать пленки разных степеней прозрачности: прозрачные, полупрозрачные, опалесцирующие, молочные, а при введении некоторых добавок и непрозрачные типа эматаль).
Анодирование в щавелевокислотном электролите проводят при постоянном и переменном токе. При оксидировании на переменном токе покрытия получаются более мягкими и эластичными, чем при постоянном токе. В качестве материала катода используют свинец или сталь марки 12Х18Н9Т.
Анодирование алюминия в Киеве еще производят в электролитах на основе сульфосалициловой кислоты позволяет получать твердые, электроизоляционные, защитные и защитно-декоративные покрытия. Эти электролиты образуют плотные пленки разных цветов — от серо-черного до коричнево-бронзового в зависимости от состава сплава, что используется для получения декоративных покрытий.
Сульфосалициловые электролиты анодирования могут содержать серную кислоту (двухкомпонентные электролиты) или серную и щавелевую кислоты одновременно (трехкомпонентные электролиты). Преимуществом этих электролитов является формирование оксидных пленок большой толщины без глубокого охлаждения. Кроме того, скорость растворения оксидных пленок в этих электролитах по сравнению с сернокислотными в 10 раз меньше, а алюминий почти не растворяется.
Наполнение оксидных покрытий на алюминии и его сплавах
Микропористая структура оксидных покрытий на алюминии, в особенности полученных в сернокислом электролите, весьма неблагоприятно сказывается на их защитной способности. Это обстоятельство делает необходимым принятие мер по уменьшению пористости путем уплотнения, наполнения пор. В зависимости от назначения оксидированных изделий, наполнение можно осуществить несколькими способами.
Обработка оксидных покрытий горячей водой или паром сопровождается переходом безводного оксида алюминия, в первую очередь его внешнего слоя в гидроксид, занимающий больший объём и закрывающий благодаря этому значительную часть сечения пор пленки. Для повышения эффективности обработки предлагается проводить ее в растворах солей никеля, кобальта, кадмия, способствующих при определенных значениях рН и температуры раствора образованию труднорастворимых гидроксидов или основных солей в порах оксидной пленки.
Одним из широко используемых в промышленности способов наполнения оксидных покрытий является обработка их в растворах хроматов, что, по-видимому, способствует окислению металла у основания пор и повышению таким путем защитных свойств покрытия. При этом оксидные пленки приобретают лимонно-желтую окраску, что делает такую обработку неприемлемой для изделий, подвергавшихся декоративной отделке, окрашенных органическими красителями или минеральными пигментами.
В тех случаях, когда оксидированием преследуют цель получения на поверхности изделия электроизоляционного слоя, оксидные покрытия пропитывают специальными лаками с последующей их полимеризацией. Качество электроизоляции, в особенности ее стабильность во времени, улучшаются после пропитки под вакуумом.