Каковы основные процессы анодирования алюминия?

Когда алюминиевый анод окисляется в кислом растворе под действием внешнего тока, одновременно происходят рост оксидной пленки и её растворение. Анодная оксидная пленка существует только в том случае, если скорость её образования превышает скорость растворения. К распространенным методам относятся анодирование в растворах серной, хромовой и щавелевой кислот. К другим методам относятся твёрдое и фарфороподобное анодирование.

Анодирование в серной кислоте

При анодировании в серной кислоте используется постоянный или переменный ток в электролите, содержащем 10%–20% H₂И Т. Д.₄ по массе. В результате образуется бесцветная, прозрачная пленка с высокой адсорбционной способностью толщиной от 5 до 20 мкм. Процесс прост, раствор стабилен, а работа с ним удобна.

Влияние концентрации серной кислоты

Высокая концентрация серной кислоты ускоряет химическое растворение и приводит к образованию тонкой, мягкой, высокопористой пленки, обладающей высокой адсорбционной способностью и хорошей окрашиваемостью. Более низкая концентрация увеличивает скорость роста пленки и приводит к снижению пористости, повышению твердости, хорошей износостойкости и хорошей отражательной способности.

Влияние температуры

Температура электролита существенно влияет на качество пленки. При температуре от 10 до 20 °C пленка получается пористой, адсорбирующей, эластичной и пригодной для окрашивания, но обладает более низкой твёрдостью и износостойкостью. При температуре выше 26 °C пленка становится рыхлой и мягкой. При температуре ниже 10 °C она становится более толстой, твёрдой и износостойкой, но менее пористой. Поэтому температуру необходимо строго контролировать.

Влияние плотности тока

Увеличение плотности тока ускоряет рост, сокращает время окисления, снижает степень химического растворения и позволяет получить более твёрдую и износостойкую плёнку. Чрезмерная плотность тока усиливает растворение за счёт джоулева нагрева и может снизить скорость роста. Очень низкая плотность тока требует длительного процесса и приводит к образованию рыхлой и более мягкой плёнки.

Влияние перемешивания

Перемешивание способствует конвекции и равномерному распределению температуры, предотвращая ухудшение качества пленки из-за локального нагрева металла. Для перемешивания используются системы сжатого воздуха и насосы.

Влияние состава сплава

Состав сплава существенно влияет на качество, толщину и цвет пленки. Другие элементы, как правило, ухудшают качество. Если содержание магния в сплаве Al-Mg превышает 5% по массе и он имеет неоднородную структуру, для сохранения прозрачности требуется соответствующая гомогенизирующая термообработка. По мере увеличения содержания кремния в сплавах Al-Mg-Si цвет пленки меняется от бесцветного и прозрачного через серый и фиолетовый до чёрного, что затрудняет получение однородного цвета. Медь повышает пористость и рыхлость, а также снижает качество в сплавах Al-Cu-Mg-Mn. При одинаковых условиях чистый алюминий даёт самую толстую и твёрдую плёнку с наилучшей коррозионной стойкостью.

Влияние времени окисления

Необходимое время зависит от концентрации электролита, температуры, плотности тока и требуемой толщины пленки. При одинаковых условиях увеличение толщины приводит к повышению пористости, окрашиваемости и коррозионной стойкости, однако в конечном итоге рост замедляется и прекращается. Для получения пленки заданной толщины и твёрдости требуется от 30 до 40 минут; для получения декоративной пленки с большей пористостью, предназначенной для окрашивания, требуется от 60 до 100 минут.

Влияние переменного тока

При анодировании переменным током каждая заготовка находится в анодном состоянии лишь в течение половины каждого цикла, поэтому концентрация серной кислоты должна быть ниже, а плотность тока — выше. Пленка обладает высокой прозрачностью и пористостью, но имеет более низкую твердость и износостойкость. Заготовки могут устанавливаться на оба электрода, если их площади равны. Для получения той же толщины пленки, что и при анодировании постоянным током, требуется вдвое больше времени окисления.

Анодирование в растворе хромовой кислоты

Пленки, полученные с использованием хромовой кислоты, значительно тоньше плёнок, полученных с использованием серной или щавелевой кислоты, и составляют от 2 до 5 мкм. Они обладают низкой пористостью, мягкими и эластичными свойствами, а также более низкой коррозионной стойкостью и износостойкостью по сравнению с пленками, полученными с использованием серной кислоты. Поскольку алюминий растворяется в незначительных количествах, детали сохраняют свою первоначальную точность и шероховатость поверхности, что делает данный процесс пригодным для изготовления прецизионных деталей. Пленка хорошо адгезирует к краске и широко используется в качестве основы для окраски, а также на деталях с резиновым покрытием.

Концентрация ангидрида хрома

Окислительная способность снижается, если содержание ангидрида хрома слишком высокое или слишком низкое, хотя небольшой избыток в пределах допустимого диапазона допустим. Электролит с недостаточным содержанием ангидрида хрома является нестабильным и ухудшает качество пленки.

Влияние примесей

Ионы хлорида, сульфата и трехвалентного хрома являются вредными примесями. Хлорид вызывает коррозию деталей. Увеличение содержания сульфата приводит к изменению прозрачности пленки с прозрачной на непрозрачную и сокращает срок службы раствора. Избыток трехвалентного хрома делает пленку тёмной и тусклой.

Влияние напряжения

В течение первых 15 минут напряжение постепенно повышается от 0 до 40 В с шагом не более 5 В, чтобы поддерживать силу тока в заданном диапазоне. После достижения напряжения 40 В оно поддерживается до завершения процесса окисления. В ходе анодирования напряжение должно постепенно повышаться для поддержания заданной плотности тока и достижения требуемой толщины пленки.

Анодирование с использованием щавелевой кислоты

Щавелевая кислота является слабой и воздействует на алюминий лишь в незначительной степени. Поэтому анодирование с использованием щавелевой кислоты позволяет получить относительно твёрдую толстую пленку толщиной до 60 мкм, обладающую хорошей коррозионной стойкостью и электрической изоляцией. Затраты высоки, поскольку электролит имеет более высокое сопротивление, чем серная или хромовая кислота, потребляет больше электроэнергии и легко нагревается, что требует эффективного охлаждения. Изменение условий процесса позволяет напрямую получать декоративные пленки различных цветов без последующего окрашивания, за исключением алюминия, содержащего медь.

Электролит на основе щавелевой кислоты чрезвычайно чувствителен к ионам хлорида. При концентрации выше 0,04 г/л на пленке появляются коррозионные пятна. Концентрация трехвалентных ионов алюминия не должна превышать 3 г/л.