Механизм анодирования алюминия

Заказать СЕРЕБРИСТОЕ (БЕСЦВЕТНОЕ) АНОДИРОВАНИЕ алюминия

Заказать ЧЕРНОЕ АНОДИРОВАНИЕ алюминия

Заказать АНОДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ С ХРОМАТНЫМ НАПОЛНЕНИЕМ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ АНОДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЯ.

Поверхность алюминия и его сплавов ввиду склонности к пассивации постоянно покрыта естественной окисной пленкой, толщина которой зависит от температуры окружающей среды и составляет обычно 2-5 нм. Коррозионную стойкость и механическую прочность алюминия и его сплавов можно увеличить в десятки и сотни раз, подвергая поверхность металла электрохимическому оксидированию (анодированию).

Анодное оксидирование алюминия (обозначение: Ан.Окс.[тип оксидной пленки]) - процесс получения на алюминии оксидной пленки химически или электрохимически из растворов кислот и щелочей. В качестве электролита при электрохимическом анодировании применяются: серная, фосфорная, сульфосалициловая кислота, хромовый ангидрид и т.п. Анодирование в основном идет при повышенном напряжении, в зависимости от электролита от 12 до 120 В. При прохождении тока через электролит в зависимости от его состава образующиеся продукты реакции на алюминиевом аноде могут:

- полностью растворяться,

- образовывать на поверхности металла прочно сцепленное компактное и электроизоляционное оксидное покрытие толщиной 1,4 нм/,

- частично растворяться в электролите и образовывать пористое оксидное покрытие толщиной в десятки и сотни мкм.

Анодное оксидирование придает поверхности алюминия и его сплавов высокие коррозионную стойкость, твердость, износостойкость, термостойкость, каталитическую активность, декоративный вид.

Анодно-оксидные покрытия разделяют на следующие группы:

- защитные;

- защитно-декоративные;

- твердые;

- электроизоляционные;

- тонкослойные;

- эматаль;

- цветные или окрашенные.

Что касается состава анодно-оксидных покрытий, то тонкие беспористые пленки представляют собой в основном безводный оксид алюминия, который в чистом виде располагается у границы с металлом. В тонкие беспоритые анодные покрытия внедряются от 0,6 до 20 % борного ангидрида (для электролитов с борной кислотой), значительное количество других ионов.

На границе раздела оксид-электролит находят небольшую часть гидратированного оксида Al₂O₃*H₂O. (бемит).

Пористые анодно-оксидные покрытия состоят в основном из аморфного оксида алюминия и частично включают гамма-Al₂O₃. Содержание воды в покрытиях, полученных в сульфатных и оксалатных электролитах, достигает 15%. В зависимости от условий формирования вода в оксидном покрытии моет находиться в составе бемита (Al₂O₃*H₂O) или байерита (Al₂O₃*3H₂O). Покрытия содержит значительное количество анионов электролитов, массовая доля которых, %: до 14 сульфата, до 3 оксалата, менее 0,1 хрома. Наибольшее количество анионов находится в наружном слое покрытий. 50-60% анионов удерживаются капиллярными силами в порах, остальные прочно связаны с оксидами и распределены достаточно равномерно по толщине покрытия. Последние называют структурными анионами. Примеси металлов, содержащиеся в сплавах алюминия, в большинстве своем остаются в оксидной пленке (железо, медь, кремний, магний, кальций). Цинк и титан присутствуют в виде следов с содержанием 0,1%. В цветных анодно-оксидных пленках обнаруживаются включения углерода, серы и их оксидные соединения, которые и придают окраску.

С увеличением количества примесей в металле, повышением температуры электролитов и плотности анодного тока увеличивается нерегулярность микроструктуры оксидных покрытий (нарушается перпендикулярность роста ячеек и пор, их параметры становятся более неравномерными). Наиболее хаотичная структура наблюдается в пленках, сформированных на алюминиевых сплавах в растворах хромовой и ортофосфорной кислот.

2. ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЯ АНОДНООКСИДНОЙ ПЛЕНКИ.

Существуют две теории образования и роста анодно-оксидных покрытий: струткурно-геометрическая и коллоидно-электрохимическая.

С позиции первой теории при наложении на алюминиевый электрод анодного напряжения (т.е подключение его к (+) ) сначала формируется компактная оксидная пленка, наружная часть которой в электролитах, растворяющих оксид, начинает растворяться в дефектных местах и переходить в пористое покрытие. Дальнейший рост анодно-оксидного покрытия происходит на дне образовавшихся пор за счет превращения все более глубоких слоев металла в оксид. Покрытие состоит из гексагональных ячеек. Прилегающий к металлу барьерный слой толщиной 1-1,1 нм/В состоит из беспористых ячеек. Ячейки пористого слоя имеют в середине одну пору. Диаметр пор и их число зависят от природы электролита и режима анодирования. Под действием электролита оксид, образующий стенки ячеек, гидратируется. При этом происходит адсорбция воды, анионов электролита и продуктов анодной реакции.

С позиции второй теории образование анодно-оксидных покрытий начинается с возникновения мельчайших частиц оксида, происходящего в результате встречи потока ионов. Адсорбция анионов и воды обуславливает отрицательный заряд частиц. С увеличением числа частиц они превращаются в полиионы - палочкообразные мицеллы, которые образуют скелет ориентированного геля оксида алюминия. В него внедряются анионы электролита. Под действие м отрицательного заряда мицеллы подходят к поверхности и сращиваются с металлом. Наряду с процессами образования мицеллярных слоев с участием анионов протекают сопряженные процессы растворения образующегося оксида. Состав и свойства анодно-оксидных покрытий Тонкие и беспористые анодно-оксидные покрытия представляют собой в основном безводный оксид алюминия, который в чистом виде располагается у границы с металлом. В тонкие беспористые покрытия внедряются от 0,6 до 20% борного ангидрида (электролиты с борной кислотой), значительное количество других ионов. На границе раздела оксид-электролит находят небольшую часть гидратированного оксида алюминия Al₂O₃*H₂O (бемит). Пористые анодно-оксидные покрытия состоят в основном из аморфного оксида алюминия и частично включают гамма-Al₂O₃ . Содержание воды в покрытиях, полученных в сульфатных и оксалатных электролитах, достигает 15%. В зависимости от условий формирования вода в оксидном покрытии может находиться в составе бемита или байерита (Al₂O₃*3H₂O). Покрытия содержат значительное количество анионов электролитов.

3. ЦВЕТНЫЕ АНОДНООКСИДНЫЕ ПОКРЫТИЯ.

Аноднооксидные покрытия могут окрашиваться как напрямую в электролитах, так и путем наполнения в красителях органической и неорганической природы.

Покрытия, полученные в некоторых нестандартных типах электролитов, имеют обычно желтоватый оттенок. Если в этих электролитах алюминий и его сплавы анодируются вначале переменным, а затем постоянным током, покрытия получаются окрашенными в цвет от светло-соломенного до золотистого и бронзового.

Окрашивание анодных пленок может происходить также при получении пористого покрытия с наполнением в отдельном растворе. Данный способ можно считать классическим. Прозрачные и полупрозрачные защитно-декоративные покрытия алюминия и его сплавов окрашивают в водных прямых кислотных органических красителей. Содержание красителей в растворах колеблется от 0,1-0,5 г/л для светлых тонов до 5 для интенсивного и 10-15 для черного цвета. Температура растворов 50-70, время окрашивания от 300 до 1800 с. Окраска покрытий, полученных в различных электролитах, различается из-за различия свойств пористости и естественного цвета покрытия. Для получения необходимых цветов используют смеси анилиновых красителей. Некачественная окраска удаляется в растворе перманганата калия и азотной кислоты. Кроме органических красителей применяются и неорганические. Так, ограниченную цветовую гамму, но более светостойкую окраску анодно-оксидных покрытий получают реакцией двойного обмена в растворах неорганических солей.

4. УПЛОТНЕНИЕ АНОДНЫХ ПЛЕНОК.

Коррозионная стойкость алюминия и его сплавов (особенно в воде и водных средах), может быть повышена уплотнением в растворе хромовых солей. Обычно используется натриевая соль ввиду экономической целесообразности. Составы для уплотнения анодно-оксидного покрытия в бихроматах регламентируются техническими условиями DEF151 и основаны на работах, первоначально выполненных в СССР и США.

Различают составы на основе бихромата натрия с карбонатом или гидроксидом натрия и на основе бихромата натрия. Оба раствора работают при температуре 96^о С. Обработка в первом растворе для уплотнения анодированного алюминия длится 5-10 минут. Данное время недостаточно для проведения полного уплотнения оксидной анодной пленки гидратацией, но оно обеспечивает поглощение значительного количества хроматов. Анодное покрытие окрашивается после этого в желтый цвет. Интенсивность окрашивания в желтый цвет повышается в зависимости от толщины покрытия. Процесс уплотнения позволяет выявить некачественно анодированное покрытие.

Второй состав для уплотнения анодированного алюминия в бихромате без других добавок подразумевает обработку на протяжении времени, которое было потрачено на само анодирование. Этот состав обеспечивает удовлетворительную степень гидратации, но не обязательно полное уплотнение.

Коррозионная стойкость анодированного алюминия возрастает в ряду: 1. анодированный алюминий --> 2. анодированный алюминий с уплотнением --> 3. анодированный алюминий с наполнением в красителях и уплотнением в воде--> 4. анодированный с уплотнением в хроматах.

5. ОБОЗНАЧЕНИЕ АНОДНЫХ ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИИ.

Обозначение анодных покрытий:

Ан.Окс. - простое анодирование алюминия;

Ан.Окс.нв  - анодирование алюминия с наполнением в воде;

Ан.Окс.тв - твердое;

Ан.Окс.из - электроизоляционное;

Ан.Окс.эмт - эматаль;

Аноцвет - цветное, полученное непосредственно из ванны анодирования;

Ан.Окс. (цвет красителя) - анодирование с наполнением в красителе;

Ан.окс.нхр (иногда хр, хотя это не совсем точно) - анодирование с наполнением в растворах хроматах;

Ан.Окс.эмт. (цвет красителя) - эматаль с наполнением в красителях.

Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"