Печать
Категория: Технологии Технологии
Опубликовано: 05 декабря 2014 05 декабря 2014
Просмотров: 16967 16967

   Анодирование металла - это процесс электрохимического наращивания оксидной пленки путем анодного окисления.

 Оксидная плёнка, полученная путем анодирования, прочно держится на поверхности своего металла. Возможно формирование оксидной пленки на поверхности металла другим способом - за счет повышения температуры. Но данный процесс возможен только до некоторой толщины, выше которой оксидная пленка трескается, ломается и отслаивается. При анодировании можно получать более толстые оксидные пленки, сохраняющие защитные свойства и прекрасную адгезию к субстрату.

  Анодирование возможно практически для любого металла. Однако при анодировании есть ряд требований к росту пленки и ее адгезии. Во-первых, анодируемый металл должен образовывать только один устойчивый оксид. Образование двух различных оксидов ухудшает адгезию и повышает вероятность растрескивания пленки. По этой причине анодирование железа и меди крайне затруднительно. Во-вторых, при хорошей адгезии к металлу оксидная плёнка должна вместе с тем оставаться пористой, чтобы обеспечить беспрепятственный доступ электролита к поверхности металла для лучшего окисления и ее более быстрого роста. Этим требованием удовлетворяет очень мало металлов. Фактически, анодированию подвергают только алюминий, титан и тантал. Наиболее широко распространено анодирование алюминия.

 Окисление алюминия на аноде сопровождается выделением кислорода. Наиболее распространёнными являются ванны с серной кислотой. В особых случаях применяют ванны с хромовой или щавелевой кислотой. Разряжаемый кислород частично реагирует с алюминием анода, а частично теряется в виде газа. По этой причине образующаяся оксидная плёнка содержит массу микроканалов, через которые к поверхности металла может поступать электролит. В результате толщина оксидной плёнки может достигать довольно больших значений. Данный механизм иллюстрирует рис. 1.

 

 

 

1 - гидратированный Al2O3; 2.- Al2O3; 3 - основной металл алюминий; 4 - микроканалы внутри плёнки; 5 - электролит (присутствует и внутри микроканалов)

 Рис. 1. Механизм роста оксидной пленки алюминия.

 В начале анодирования толщина пленки мала, ее сопротивление невелико и для поддержания необходимой плотности тока требуется небольшое напряжение. По мере роста толщины пленки и возрастания ее сопротивления, ток падает. При слишком большой толщине пленки она даже может начать растворяться. По закону Фарадея скорость образования пленки зависит от тока. Поэтому необходимо поддерживать требуемую плотность тока на протяжении всего процесса анодирования. Этого можно достичь постепенно увеличивая прикладываемое напряжение по мере анодирования.

 Другой способ состоит в использовании менее крепкой кислоты. Однако ниже определенного значения крепость кислоты уменьшать нельзя. Поскольку в процессе анодирования кислота расходуется, при этом она должна обладать достаточной электропроводностью, иначе повышение прикладываемого напряжения вызовет ее разогрев.

 Рабочие параметры процесса анодирования металлов приведены в табл. 1.

 Таблица 1. Рабочие параметры процесса анодирования металлов.

Рабочие параметры

Ванна на основе хромовой кислоты

Ванна на основе серной кислоты

Ванна на основе щавелевой кислоты

Крепость

3%

10-30%

3-8%

Температура, °С

40-45

20-25

25-30

Напряжение, В

0-40

10-20

50-100

Плотность тока, мА/см2

3-10

4-15

50

Описание плёнки

Полупрозрачная

Прозрачная

Прозрачная

Растворимость плёнки

Слабо растворима

Умеренно растворима

Практически нерастворима

Рассеивающая способность

Почти 100%

Меньше

Ещё меньше

Время процесса, мин

10-30

10-120

~40

 

Ванна не должна содержать более 1% хлоридов. Превышение этого порога повышает риск питтингообразования. По мере протекания процесса нарастает концентрация ионов алюминия. Считается, что эта величина не должна превышать 20 г/л, так как повышение содержания ионов алюминия повышает вязкость. Анод н катод должны отстоять друг or друга как можно дальше. Обычно катод размещают вблизи стенки ванны, а анод - по центру. Получаемая в процессе анодирования оксидная плёнка алюминия пористая, внутри пор накапливаются гидратированные гидроксид и сульфат алюминия, вода и некоторое количество свободной кислоты. После извлечения изделия из кислотной ванны его следует тщательно промыть, чтобы на его поверхности не осталось свободной кислоты.

 Важно, чтобы поры в оксидной плёнке оказались в итоге заполненными. Оксидная плёнка алюминия способна поглотить самые разные вещества, которые могут придать ей тот или иной цвет. Заполнение пустот выполняется в водяной ванне при температуре около 80°С в течение нескольких минут в ванну добавляют около 1% карбоната натрия, который должен нейтрализовать свободную кислоту, если она осталась внутри пленки после промывки. Если не требуется дополнительного окрашивания, то анодированную поверхность обрабатывают ацетатом никеля. Он гидролизуется внутри пор пленки, давая осадок белого цвета.

 В случае дополнительного окрашивания, после завершения требуется заполнить поры пленок. Состав ванн для окрашивания приведен в табл. 2.

 Таблица. 2. Красители, применяемые для окрашивания оксидных плёнок

Первый раствор

Второй раствор

Образующийся краситель

Внешний вид получающейся плёнки

Вода (деионизованная)

Прозрачная

Аммоний-железа оксалат

Fe304

Золотистая

Оксалат хрома

Сr203

Зелёная

Ацетат кобальта

КМn04

СоО

Бронзового цвета

Ацетат свинца

Аммония гидросульфат

PbS

Коричнево-чёрная

 

 Эффективность полученных защитных покрытий чаще всего проверяют испытанием в соляном тумане.

 Толщина оксидной пленки зависит от цели применения анодированного алюминия:

 Архитектурное применение          2-5 мкм

 Автомобильное применение         8-10 мкм

 Внешние поверхности без регулярного ухода 20 мкм

 Твердое анодирование       50 мкм

 

Литература:

Р. Ангал. Коррозия и защита от коррозии. Изд-во «Интеллект», 2013. – 344 с.
Source: http://worldofmaterials.ru/spravochnik/tests/148-korrozionnye-ispytaniya-obshchie-svedeniya