Что такое анодирование алюминия: Что такое анодирование алюминия – процесс и технология цветной анодировки

Что такое анодированный алюминий? Применение, методики анодирования

Анодирование – технология обработки алюминия, в результате которой на поверхности металла образуется тонкая оксидная пленка. Она имеет большую прочность и предотвращает дальнейшее окисление металла, поэтому анодированные алюминиевые детали служат значительно дольше. Образование защитной пленки электрохимическим методом широко применяется для самых разных изделий, от бытовых предметов до деталей самолетов и автомобилей.

Как проводится анодирование?

Чтобы получить анодированный алюминий, металлическое изделие помещают в гальваническую ванну с 20-22% раствором серной кислоты. По краям емкости устанавливаются пластины, изготовленные из свинца или из химически чистого алюминия. Покрываемые детали в электрохимическом процессе играют роль анода, поэтому он получил такое название. Они закрепляются или подвешиваются в гальванической емкости, при этом между катодом и анодом должен присутствовать большой слой электролита – кислотного раствора.

На детали подается электрический ток со следующими параметрами: постоянный ток силой 1,0 – 2,5 А/дм2, переменный — 3,0 А/дм2. Продолжительность обработки зависит от размеров деталей. Мелкие предметы получают необходимый слой оксидной пленки толщиной 4-5 микрон уже за несколько минут, более крупные изделия необходимо держать под действием электрического тока в течение часа.

После завершения процесса детали извлекают из гальванической ванны и промывают под проточной водой, после этого они проходят нейтрализацию. Их погружают в отдельную емкость с 5%-ным аммиачным раствором. Дополнительно может быть проведена финишная обработка путем погружения в раствор бихромата калия. Он придает изделиям характерный зеленоватый оттенок и обеспечивает повышенную стойкость к коррозии.

Что дает анодирование алюминия?

В результате электрохимической обработки металл приобретает особые свойства и преимущества:

• Неподверженность коррозии. Обработанные изделия приобретают высокую стойкость к агрессивным воздействиям внешней среды.
• Долговечность. Пленки из хрома или цинка способны отслаиваться со временем, а оксидная пленка образуется непосредственно из самого металла, поэтому она не может отслоиться.
• Улучшение декоративных качеств. Металл долгое время сохраняет приятный блеск, на нем не появляются темные пятна. В процессе могут участвовать различные красители, благодаря чему покрытию придаются самые разнообразные оттенки.
• Пригодность для вторичной переработки. При анодировании не применяются дополнительные наслоения металлов и других химических веществ, поэтому детали можно перерабатывать и использовать вновь.

Все эти плюсы обеспечили методу широкое применение. Анодирование используется повсеместно для обеспечения долговечности металлических изделий и предотвращения коррозии. Метод считается относительно недорогим, поэтому он лишь незначительно увеличивает стоимость готовых изделий.

Возможности применения анодированного алюминия

Анодированные детали используются в самых разнообразных сферах. Этим способом обрабатываются предметы интерьера, посуда, поручни и другие изделия, которые используются каждый день. Также этот процесс используют для навесных алюминиевых фасадов – они приобретают повышенную стойкость к внешним атмосферным воздействиям.

Анодирование применяют для защиты от коррозии деталей различной техники. Это комплектующие автомобилей, самолетов, судов, всевозможных летательных аппаратов. Обработка увеличивает прочность и обеспечивает повышенную стойкость к нагрузкам.

Технология анодирования алюминиевых профилей — статья про фасадный профиль

Анодирование в обобщенном смысле – это электрохимический процесс образования стабильных оксидных покрытий на поверхности металлов. Анодные покрытия на алюминии могут формироваться с применением большого количества электролитов при постоянном токе, переменном токе или их комбинации. Для анодирования алюминиевых прессованных профилей обычно применяется электролиты только на основе серной кислоты, иногда с добавкой щавелевой кислоты [1].  

Различие между анодированием и окрашиванием

Анодное покрытие образуется в результате реакции алюминия с ионами электролита. Получаемое покрытие имеет больший объем, чем исходное алюминиевое основание. Поэтому после анодирования обычно происходит увеличение размеров изделия. При обычном сернокислом анодировании это увеличение размера составляет около одной трети толщины анодного покрытия.    

Основное «размерное» отличие между анодным покрытием и слоем краски на алюминиевом изделии заключатся в следующем. Анодное покрытие образуется из самого алюминия, тогда как слой краски, например, жидкой, дополнительно наносится на поверхность алюминия (рисунок 1).  

Рисунок 1 – Размерные различия между анодным покрытием и слоем краски

Процесс анодирования алюминиевых профилей

Существует много способов анодирования алюминиевых изделий в зависимости от их размеров. Например, алюминиевые заклепки, можно анодировать насыпью с помощью специального вращающегося барабана. Прессованные алюминиевые профили, которые обычно имеют длину от 6 до 8 м, анодируют на специальных навесках. Конструкция навесок обеспечивает надежное закрепление профилей и плотный электрический контакт для всех профилей. На одной навеске может устанавливаться до нескольких десятков профилей в один, два или более рядов (рисунок 2).     

Рисунок 2 – Схема процесса анодирования навески алюминиевых профилей [2]

В качестве источника тока при анодировании алюминия могут применяться источники постоянного или переменного тока, а также их комбинация. В стандартном сернокислом анодировании обычно применяют выпрямители постоянного тока с напряжением 24 вольта.    

Структура анодного покрытия

Известно, что анодное покрытие состоит из двух слоев. Пористый слой оксида алюминия вырастает на относительно тонком сплошном слое, который называют барьерным слоем (рисунок 3). Толщина этого барьерного слоя зависит от состава электролита и технологических параметров анодирования.

Рисунок 3 – Структура анодной ячейки

При сернокислом анодировании скорость роста пористого слоя постоянна при постоянной плотности тока. При плотности тока 1,3 А/дм² она составляет 0,4 мкм/мин. Так как толщина барьерного слоя остается постоянной, то эта скорость роста должна соответствовать скорости растворения оксида алюминия внутри поры.    

Размеры оксидных ячеек анодного покрытия зависят от технологических параметров анодирования. Типичные размеры анодных ячеек для сернокислого анодного покрытия [2]:

• Диаметр пор: 14,5-18 нм
• Плотность размещения пор: 40-80·10⁹ пор/см²
• Диаметр ячейки: 40-53 нм
• Пористость: 15 %
• Толщина барьерного слоя: 14-18 нм
• Толщина пористого слоя: 5-25 мкм

Технологические параметры сернокислого анодирования

Сернокислый электролит

Для анодирования алюминиевых прессованных профилей во всем мире обычно применяют электролиты на основе серной кислоты.

Qualanod задает для сернокислого электролита следующие параметры [2]:

• Концентрация свободной серной кислоты должна быть не выше 200 г/л при колебании внутри интервала 10 г/л от заданной величины;
• Концентрация алюминия должна быть не выше 20 г/л, предпочтительно в интервале от 5 до 15 г/л.  

Температура ванны анодирования

Указания Qualanod по температуре ванны анодирования [2]:

• для заданной толщины анодного слоя 5 мкм и 10 мкм: не выше 21 ºС
• для заданной толщины анодного слоя толщины 15 мкм, 20 мкм и 25 мкм: не выше 20 ºС.

Плотность тока

Qualanod рекомендует среднюю плотность тока [2]:

• 1,2 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 5 мкм и 10 мкм
• 1,4 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 15 мкм
• 1,5 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 20 мкм
• 1,5 – 3,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 25 мкм.

Алюминиевые сплавы для анодированных профилей           

Для алюминиевых профилей, которые будут подвергаться анодированию, обычно применяют сплавы 6060 и 6063 с некоторыми ограничениями по содержанию магния и кремния, а также примесных элементов, таких как, железо, медь и цинк.

Обычно, чем чище алюминий и чем меньше в нем легирующих элементов, тем лучше он анодируется. Повышенное содержание примесей в сплаве приводит к образованию в анодном покрытии включений, которые неблагоприятно влияют на однородности его внешнего вида.   

См. о влиянии химического состава алюминиевых сплавов на качество анодированных профилей здесь.

Изменение толщины анодного покрытия в ходе анодирования

Толщина готового анодного покрытия зависит от общей длительности анодирования. Однако скорость роста толщины покрытия зависит от нескольких факторов, таких как, состав электролита, плотность тока и текущая длительность обработки.

В ходе анодирования происходят два конкурирующих процесса (рисунок 4):

• непрерывный рост толщины анодного покрытия и  
• растворение анодного покрытия под воздействием электролита.

Рисунок 4 – Изменение толщины покрытия в ходе анодирования [2]

Теоретическая величина толщины покрытия при постоянной плотности тока подчиняется известному закону Фарадея. Из этого закона следует, что оксид алюминия растет пропорционально количеству электричества, которое проходит через анод (алюминиевый профиль).

Влияние температуры электролита

Увеличение температуры электролита приводит к пропорциональному увеличению  скорости растворения образующегося анодного покрытия. В результате анодное покрытие становится более тонким, более пористым и более мягким.  

Влияние плотности тока

Интервал плотности тока, который применяется в стандартном анодировании составляет от 1 до 2 А/дм² и в некоторых случая — до 3 А/дм². Плотность тока ниже 1 А/дм² дает мягкие, пористые и тонкие покрытия. С увеличением плотности тока анодное покрытие формируется быстрее и с относительно меньшим растворением электролитом. Поэтому покрытие получается более твердым и менее пористым. 

Влияние концентрации серной кислоты

Влияние повышенной концентрации серной кислоты на формирование анодного покрытия аналогично повышению температуры, хотя влияние температуры является более существенным. Высокая концентрация серной кислоты может ограничивать возможность получения анодного покрытия большой толщины из-за повышенной способности электролита растворять формирующийся пористый оксид алюминия.       

Цветное анодирование

Для получения цветного анодного покрытия на алюминиевых профилях применяют два основных метода окрашивания (рисунок 5) :

• Адсорбционное окрашивание
• Электролитическое окрашивание

Адсорбционное окрашивание

Алюминиевые профили с бесцветным анодным  покрытием без наполнения пор погружают в водный раствор органического или неорганического красителя. Поглощение красителя производится только на 3-4 микрона в глубину пор анодного покрытия (рисунок 5). Затем покрытие подвергают наполнению. Обычно применяют горячие растворы красителей – от 55 до 75 ºС, а длительность окрашивания – от 5 до 15 минут, иногда – 30 минут. Оптимальный диапазон величины рН раствора обычно составляет от 5 до 6.  

Рисунок 5 – Основные методы окрашивания
анодированных алюминиевых профилей [2]

Электролитическое окрашивание

Электролитическое окрашивание заключается в погружении анодированного изделия в раствор, содержащий соли металлов и приложении к нему переменного и постоянного электрического тока. В таких условиях на дне пор образуется металлический осадок. Цвет анодного покрытия зависит от состава электролита. Такие металлы, как олово, никель и кобальт, дают цвета от бронзового до черного, медь дает красный цвет.     

Цвет в определенной степени не зависит от толщины анодного покрытия, а зависит в основном от количества осажденного в поры металла. Так, 200 мг олова на квадратный метр поверхности дает светлую бронзу, 2000 мг – черный цвет [2]. 

Свойства анодного покрытия после электролитического окрашивания в целом аналогичны обычному (бесцветному) анодному покрытию. Стойкость цвета к воздействию солнечного света для большинства электролитов значительно выше, чем для адсорбционного окрашивания.  

Наполнение анодных покрытий

Наполнение анодного покрытия – бесцветного и цветного – это последний технологический этап процесса анодирования. Этот этап является очень важным для долговечности анодного покрытия, в том числе, его внешнего вида.

Гидротермическое наполнение

Наполнение анодного покрытия в горячей воде обеспечивает полное блокирование анодных пор за счет образования различных видов гидратированного оксида алюминия,  в основном, богемита [2].  

Наполнение пор обычно производят путем погружения в воду при температуре 96-100 ºС при величине рН от 5,5 до 6,5. Длительность операции наполнения обычно составляет 2-3 минуты на каждый микрометр номинальной толщины анодного покрытия. Качество воды в ванне наполнения должно быть очень высокое. Такие загрязнители воды, как фосфаты, силикаты и фториды могут замедлять процесс наполнения пор.

Холодное наполнение

Известны так называемые «холодные» методы наполнения анодных покрытий, которые выполняются при температуре 25-30 ºС. В этом случае применяются растворы на основе фторидных соединения в присутствии солей никеля или кобальта [1, 2]. Применение этих методов требует высокой культуры производства и жесткого контроля качества наполнения. Кроме того, они требуют эффективной очистки стоков, содержащих тяжелые металлы.     

Источники:

1. Specifications for the QUALANOD Quality Label for Sulfuric Acid-Based Anodizing of Aluminium, Edition 01. 01.2017.

2. TALAT Lecture 5203 – European Aluminium Association, 1994.  

Смотрите также — навесные вентилируемые фасады Алюком.

Что такое анодированный алюминий? — Lorin Industries Мировой лидер в области анодирования алюминия

Что такое анодированный алюминий?

Анодированный алюминий — это алюминий, обработанный для получения исключительно прочного покрытия. Чтобы создать анодированный алюминий, вы используете электрохимический процесс, при котором металл погружается в серию резервуаров, при этом один из резервуаров, анодный слой, выращивается из самого металла.

Поскольку этот анодированный слой создается из самого алюминия, а не окрашивается или наносится, этот анодированный алюминий никогда не будет скалываться, отслаиваться или отслаиваться, и он намного более долговечен, чем любой другой аналогичный материал на рынке. Анодированный алюминий в три раза тверже исходного материала и на 60 процентов легче других конкурирующих металлов, таких как нержавеющая сталь и медь.

Чем отличается рулонный анодированный алюминий?

В Lorin Industries мы производим анодированный алюминий, используя строго контролируемый процесс анодирования рулонов, который обеспечивает более высокое качество продукта при более низких затратах на обработку.

Необработанный алюминий в рулонах разматывается и протягивается через ряд резервуаров, которые очищают, анодируют, окрашивают, герметизируют и, наконец, перематывают рулон одним непрерывным движением. В конце процесса у нас остается анодированный рулонный алюминий исключительного качества, который является прочным, универсальным и имеет постоянное соответствие цвета в соответствии с конкретным запросом нашего клиента. Уже прокатанный анодированный алюминий готов к отправке по назначению.

Процесс анодирования алюминия в рулонах исключает несколько этапов, которые являются частью более традиционного процесса пакетного анодирования алюминия, что увеличивает стоимость и несоответствия в отделке. В процессе периодического анодирования необходимо создать точку электрического контакта, чтобы электрический ток работал и способствовал росту анодного слоя. Это делается путем прикрепления каждой детали, подвергаемой анодированию, с помощью металлического крючка или стойки, которая часто оставляет на материале следы ожогов, также известные как следы стойки, которые необходимо обрезать, добавляя дополнительные отходы и стоимость.

Поскольку каждый квадратный дюйм материала в форме рулона тратит одинаковое количество времени на каждой стадии процесса, вы можете быть уверены, что цвет будет постоянным. В отличие от процесса анодирования в рулонах, во время пакетной обработки алюминиевые детали или панели по отдельности погружаются в каждый резервуар, что приводит к тому, что некоторые части металла проводят больше времени в каждой части процесса и вызывают непостоянство цвета и толщины анодированного слоя. Кроме того, поскольку каждый кусок металла должен быть отдельно установлен на стеллажах, чтобы их можно было погрузить в резервуары, возможны повреждения при обработке, которые увеличивают стоимость. Анодирование рулонов — это непрерывный процесс, который практически не требует обработки, что снижает вероятность повреждения и экономит деньги.

Узнайте больше об отдельных этапах процесса анодирования рулонов здесь. Алюминий, анодированный в рулонах, предлагает одинаковый цвет и отделку и превращает стандартный алюминий в удивительно универсальный продукт с превосходной функциональностью.

Каковы преимущества анодированного алюминия?

Долговечность

Алюминий изначально является прочным материалом, но после процесса анодирования его поверхность становится еще прочнее, чем основной алюминий. Анодированный алюминий создает поверхность, которая в три раза прочнее стандартного алюминия, и не будет трескаться, отслаиваться или отслаиваться даже при обработке для добавления цвета. Поскольку процесс анодирования контролируется окислением алюминия, продукт также никогда не ржавеет, не покрывается патиной и не подвергается атмосферным воздействиям. Анодированный алюминий является одним из самых прочных и универсальных металлических изделий на рынке.

Внешний вид

Внешний вид анодированного алюминия придает красоту любому изделию. Когда анодированный алюминий остается естественным, он приобретает новый ярко-серебристый цвет и может быть анодирован таким образом, что оставляет матовую или блестящую поверхность. У вас также есть возможность выбрать индивидуальную текстуру, такую ​​как штукатурка, матовый оттенок или оттенок гальки, чтобы придать вашему продукту уникальный внешний вид.

Индивидуальные варианты цвета

Благодаря открытой структуре пор анодного слоя перед герметизацией анодированный алюминий может быть окрашен практически в любой фирменный цвет или образец Pantone, который вы можете себе представить. Универсальность материала также означает, что его можно сделать таким, чтобы он отражал внешний вид других металлов, придавая вам вид золота, бронзы, меди, нержавеющей стали, латуни и т. д. без риска выветривания. Однако, если вам нравится состаренный вид, у Lorin есть множество вариантов отделки состаренного вида на выбор. Из-за природы анодированного алюминия любой цвет, который вы выберете, не будет отслаиваться, отслаиваться или отслаиваться и останется неизменным на протяжении всего срока службы продукта. И если вы выберете цвета от Lorin, указанные как устойчивые к УФ-излучению, вы можете рассчитывать на то, что эти цвета прослужат долго.

Легкий вес

Анодированный алюминий — это легкий металл, вес которого примерно на 60% меньше, чем у нержавеющей стали, меди или латуни. Это делает доставку материала намного более рентабельной и может решить множество проблем с дизайном. Анодированный алюминий предлагает универсальное решение — от архитектуры до проектирования потребительских товаров, везде, где необходим легкий, прочный и привлекательный материал.

Стоимость

Поскольку анодированный алюминий намного легче других металлических изделий, его доставка на место работы или на производственное предприятие обходится значительно дешевле. Благодаря высокому соотношению прочности и веса анодированный алюминий имеет более низкую общую стоимость квадратного фута для использования в проектах, чем такие материалы, как сталь, цинк, бронза, латунь и медь, при этом обеспечивая тот же визуальный эффект. Поскольку алюминий широко распространен и возобновляем, а также является единственным металлом, который на 100% подлежит вторичной переработке, в сочетании с тем, что процесс создания анодированного алюминия настолько безвреден для окружающей среды, его воздействие на окружающую среду намного меньше, чем у других продуктов. Все эти факторы создают универсальный, прочный продукт, который прослужит дольше, чем другие материалы на рынке.

Где используется анодированный алюминий?

Анодированный алюминий можно использовать в любом приложении, в котором уже используется другой металлический материал. В Lorin Industries мы производим анодированный алюминий для следующих отраслей:

Архитектура

Анодированный алюминий никогда не ржавеет, не покрывается патиной и не подвергается атмосферным воздействиям, что делает его привлекательным выбором для красивых, современных зданий и строительных конструкций снаружи или внутри. Поскольку анодированный алюминий может быть изготовлен на заказ в любом цвете, отделке или текстуре, он также является привлекательным, легким и доступным вариантом для внутренней отделки, такой как потолочные панели, вывески магазинов и панели лифтов.

Транспортировка

В три раза прочнее исходного материала, анодированный алюминий работает на любой скорости. Анодированный алюминий обеспечивает долговечность и устойчивость к атмосферным воздействиям, необходимые транспортным средствам, а также исключительный стиль, который они желают, от интерьеров коммерческих самолетов до панелей железнодорожных вагонов и яркой внешней отделки спортивных автомобилей.

Товары народного потребления

Потребителям нужны привлекательные, долговечные товары, отражающие их эстетику и образ жизни. Независимо от внешнего вида, текстуры или цвета, которые вы ищете, анодированный алюминий может вам подойти. От кухонных фартуков до микроволновых печей, кофеварок и других потребительских товаров, анодированный алюминий предлагает универсальность и качество, которого требуют ваши потребители.

Независимо от того, создаете ли вы впечатляющие здания и конструкции, произведения искусства, новейшую линейку роскошных автомобилей или высокотехнологичную технику, анодированный алюминий может стать прекрасной частью вашего проекта или продукта. Процесс анодирования является экологически чистым и позволяет получить покрытие с непревзойденной динамичной красотой, долговечностью и долговечностью.

Свяжитесь с нами, чтобы обсудить, как вы можете творить без ограничений с помощью услуг анодирования алюминия Lorin. Красота и универсальность делают анодированный алюминий Lorin идеальным практически для любого применения — не сдерживайтесь, отражайте свое видение с помощью анодированного алюминия в рулонах.

Что такое анодирование? Отделка на выбор