Анодирование алюминия: способы проведения процедуры (+25 фото)

Как почернить алюминий в домашних условиях — Металлы, оборудование, инструкции

Сущностью процесса анодирования является наращивание оксидного покрытия, которое на алюминии и его сплавах выполняет защитную функцию от воздействий среды. Другое название – анодное оксидирование. Кроме того, оксидирование применяют для повышения эстетичности внешнего вида изделий.

Устраняются поверхностные дефекты– небольшие царапины, мелкие сколы. Можно имитировать покрытие драгоценными металлами или повысить адгезивные свойства. Покрытие можно наносить не только на производстве, но и дома.

Анодирование алюминия в домашних условиях пользуется большой популярностью у домашних умельцев. В изделиях, подвергнутых анодному оксидированию, повышается стойкость защитного покрытия.

Анодирование алюминия

Общие сведения о технологии анодирования

Технология анодирования алюминия схожа с гальванической обработкой. Оседание ионов оксидов раствора на заготовке происходит в жидком электролите при высоких или низких температурах. Использование нагретого раствора возможно в промышленных установках, где есть возможность тщательного контроля и регулирования напряжения и силы тока в автоматическом режиме.

В домашних условиях обычно пользуются холодным методом. Данный способ достаточно прост, не требует постоянного контроля, а оборудование и расходные материалы — доступны. Для приготовления раствора можно использовать электролит, применяемый в свинцовых автомобильных аккумуляторах. Он продается в каждом автомагазине.

Высокая прочность защитной оксидной пленки зависит от ее толщины, которая в домашних условиях получается при обработке в холодном растворе. Наращивание производится ступенчатым регулированием рабочего тока.

Результат анодирования алюминияЧерное анодирование алюминия

Оксидирование алюминия в черный цвет относится к цветному анодированию. Черный цвет получают в два этапа.

Черный алюминий широко используется в строительстве и отделке.

Подготовка электролита

Растворы кислот считаются небезопасными реактивами, поэтому для проведения анодирования алюминия в домашних условиях прибегают к другому типу раствора. Для его приготовления используют соль и соду, которые всегда есть под рукой.

Для приготовления электролита берут две пластмассовые емкости. В них наводят солевой и содовый составы, соблюдая пропорцию: на порцию соли или соды 9 порций дистиллированной воды.

Анодирование в домашних условиях

После растворения компонентов раствор выдерживается с целью оседания не растворившихся частиц на дно. При переливании в емкость для анодирования его необходимо процедить.

Способы анодирования алюминия

Разработано несколько способов обработки алюминиевых сплавов, но широкое применение нашел химический способ в среде электролита. Для получения раствора используют кислоты:

серную;
хромовую;
щавелевую;
сульфосалициловую.

Для придания дополнительных свойств в раствор добавляют соли или органические кислоты. В домашних условиях в основном используют серную кислоту, но при обработке деталей сложной конфигурации предпочтительнее использовать хромовую кислоту.

Процесс происходит при температурах от 0°С до 50°С. При низких температурах на поверхности алюминия образуется твердое покрытие. При повышении температуры процесс протекает значительно быстрее, но покрытие обладает высокой мягкостью и пористостью.

Технология твердого анодирования алюминия

Кроме химического метода в некоторых случаях используются следующие методы анодирования алюминия:

микродуговое;
цветное:
1. адсорбцией;
2. опусканием в электролит;
3. опусканием в красящий раствор;
4. гальваникой;

интерферентное;
интегральное.

Теплое анодирование

Способ теплого анодирования используется для получения основы под покраску. Покрытие пористое, но за счет этого обладает высокой адгезией. Нанесенная сверху эпоксидная краска надежно защитит алюминий от внешних воздействий.

Недостатком считается низкая механическая прочность и коррозионная стойкость покрытия. Оно разрушается при контакте с морской водой и активными металлами. Данный способ можно произвести в домашних условиях.

Процесс протекает при комнатной температуре или выше (не более 50°С). После обезжиривания заготовки устанавливаются на подвесе, который удерживает их в растворе электролита.

Анодирование продолжается до тех пор, пока на поверхности не появится покрытие молочного цвета. После снятия напряжения заготовки промываются в холодной воде. Затем детали подлежат окрашиванию. Красят их путем помещения в емкость с горячим красителем. После чего полученный результат закрепляют на протяжении 1 часа.

Общие сведения об анодировании (анодном оксидировании) алюминия.

Поверхность алюминия и его сплавов ввиду склонности к пассивации постоянно покрыта естественной окисной пленкой. Толщина пленки зависит от температуры окружающей среды и составляет обычно 2-5 нм. Коррозионную и механическую прочность алюминия можно увеличить в десятки и сотни раз, подвергая его электрохимическому оксидированию (анодированию). Примеры анодированных деталей приведены на рисунке 1.

Анодирование — это процесс получения из алюминия оксидной пленки электрохимически из водных растворов. Плотность такого покрытия составляет 2,9-3,8 г/см3, в зависимости от режима получения.

Обозначение	Ан. Окс — анодирование металла без дополнительных требований; Ан. Окс. нв — анодирование алюминия с наполнением в воде; Ан. Окс. нхр — анодирование с наполнением в растворах хроматах; Ан. Окс. (цвет красителя) — анодирование с наполнением в красителе, пример — Ан.окс.ч; Аноцвет — цветное анодирование, полученное непосредственно из ванны анодирования; Ан. Окс. тв — твердое анодирование; Ан. Окс. из — электроизоляционное анодирование; Ан. Окс. эмт — эматаль; Ан. Окс. эмт. (цвет красителя) — эматаль с наполнением в красителях, пример — Ан.окс.эмт.ч; Ан. Окс. хр — анодирование из хромовокислого электролита.
Оптимальная толщина покрытия	6-40мкм (возможна и большая толщина)
Микротвердость (зависит от марки сплава алюминия)	1960-2450 МПа — Д1, Д16, В95. 2940-4900 МПа — А5, А7, А99, АД1, АМг2, АМг2с, АМг3, АМг5, АМг6, АМц. 4900 МПа — для эматалиевого покрытия.
Удельное электрическое сопротивление при 18оC	1012 Ом⋅м
Допустимая рабочая температура	100о C (возможно увеличение при наполнении красителями)

Анодно-оксидные покрытия разделяют на следующие группы:

• защитные (9-40 мкм) — предъявляются требования только по коррозионной стойкости;

• защитно-декоративные (9-40 мкм) — важна не только коррозионная стойкость, но и внешний вид (сюда же можно отнести цветные и окрашенные покрытия);

• твердые (обычно >90 мкм) — в первую очередь нужна повышенная микротвердость поверхности. Могут также выполнять функцию электроизооляционных);

• электроизоляционные (40-90 мкм) — оценивается величина пробивного напряжения;

• тонкослойные (до 9-15 мкм) — используются, как правило, под окраску, либо для сохранения глянца поверхности после покрытия;

• эматаль.

• покрытия с комбинированными свойствами.

Рисунок 1 — Анодирование металла. Примеры.

В качестве электролитов при анодировании применяются:

• Малоагрессивные фосфорная, лимонная, борная кислота; • Агрессивные серная, сульфосалициловая кислота, хромовый ангидрид.

Анодирование металла всегда идет при повышенном напряжении, чаще всего от 12 до 120 В. Иногда напряжение может достигать огромных для гальваники значений — до 600В.

Выделяющиеся на аноде продукты реакции могут:

• полностью растворяться (покрытие не образуется);

• создавать на поверхности металла прочно сцепленное тончайшее (десятки нанометров) компактное электроизоляционное оксидное покрытие;

• частично растворяться в электролите и образовывать пористое оксидное покрытие толщиной в десятки и сотни микрометров.

После анодирования пористое покрытие может оставаться «как есть», уплотняться в воде, либо наполняться. В первом случае покрытие прекрасно подходит под нанесение лакокрасочных материалов и оклеивание. Во втором покрытие сохраняет серебристый цвет и становится более коррозионно-стойким. В третьем случае покрытию можно придать цвет без нанесения лакокрасочных материалов. Подробнее об этом написано в разделе 6.

Оборудование для анодирования алюминия в домашних условиях

Теперь вам стало известно, что собой представляет анодирование. Пришло время выяснить, какое именно оборудование необходимо для этого. Итак, для работы потребуется несколько ванночек для деталей с разными размерами. Они должны быть сделаны из алюминия. В качестве альтернативы можно воспользоваться полиэтиленом или пластмассой. Стенки и дно пластиковой ванны должны быть покрыты листами алюминиевой фольги. Это необходимо для создания катодно-анодной установки.

У ванны также должны быть высокие теплоизоляционные характеристики. Лишь в этом случае электролит не нагреется сильно, и вам не нужно будет его регулярно менять.

После этого делают катод, для чего применяют свинец. Делается эта деталь исключительно из листового материала. Стоит отметить, что площадь катода обязательно должна быть вдвое больше площади обрабатываемой детали. В катоде должны быть специальные отверстия, предназначенные для выпуска газов.

После подготовки катода, необходимо изготовить электролит, поместить его внутрь ванны, положить туда элемент и подсоединить к «плюсу» источник электрического тока. Пластину из свинца нужно подключить к «минусу». Для того чтобы металлический сплав начал анодировать, сгодится источник электропитания на полтора ампера и двенадцать ватт. Что касается затрачиваемого времени, то для элементов небольшого размера процедура займет примерно тридцать минут. Чтобы произвести полноценный профиль из алюминия, понадобится три-четыре часа.

Расцветка изделия может различаться. Тут все зависит от применяемой методики анодирования в домашних условиях. С применением анилиновых красок детали металла можно выкрасить даже в черные оттенки.

Процесс анодирования алюминия

Насыщенные растворы готовят отдельно друг от друга следующим образом: в теплой воде растворяют соду и соль при интенсивном перемешивании, после насыщения растворов (соль и сода перестают растворяться и выпадают в виде осадка) им дают отстоятся в течение 10-15 минут и отфильтровывают в гальваническую емкость. Соотношение компонентов: на 9 частей раствора соды 1 часть раствора соли.

Качество оксидной пленки во многом зависит от степени правильно выполненной подготовки детали к нанесению покрытия (см. «Подготовка изделий к нанесению гальванических покрытий»). Деталь очищают от загрязнений, обрабатывают поверхность мелкой шкуркой и обезжиривают. В качестве раствора для обезжиривания подойдет ацетон.

В качестве гальванической ванны в данном случае лучше использовать емкость достаточного объема из алюминия. К емкости подключаем отрицательную клемму источника тока – она будет выполнять роль катода. Анодом является сама обрабатываемая деталь (положительная клемма источника тока). Если нет подходящей алюминиевой емкости можно использовать стеклянную емкость. В этом случае потребуются алюминиевые пластины или полосы, которые должны располагаться по периметру емкости, желательно дно емкости также покрыть алюминием. Погруженная в гальваническую ванну деталь не должна соприкасаться с катодами, необходимо выдержать расстояние не менее 15 мм.

В качестве источника постоянного тока можно использовать обычный выпрямитель или аккумулятор. Для регулировки силы тока подключаем резистор.

Далее необходимо рассчитать площадь поверхности обрабатываемых деталей (см. «Расчет площади поверхности сложных деталей», «Пример расчета площади поверхности сложной детали»). Ток анодирования задаем в пределах 10-20 мА на квадратный сантиметр площади поверхности детали.

Процесс анодирования продолжается полтора часа. Поверхность алюминиевой детали покрывается ровной серо-голубой пленкой. По окончании процесса извлекаем деталь из емкости, промываем под струей воды, затем очищаем поверхность детали раствором марганцовки с помощью ватного тампона, снова промываем и сушим.

Цель анодирования алюминия и его дальнейшее использование

Анодирование алюминиевых профилей и других деталей имеет большой смысл

Важно, что все характеристики металла остаются неизменными, но сама поверхность изделий приобретает дополнительные качества:

По всей поверхности образуется механически прочный слой оксида, который не позволяет разрушаться металлу под воздействием влаги и кислорода.
Мелкие повреждения в виде точечных дефектов либо незначительные царапины скрываются под слоем, и металл становится более однородным.
При нанесении лакокрасочных покрытий последние распределяются более равномерно, хорошо ложатся на алюминий.
Детали из анодированного алюминия приобретают презентабельный вид, на различных механизмах они смотрятся выигрышно.
В процессе анодирования можно передать алюминию совершенно иной оттенок, например, посеребрить или позолотить его либо сделать отлив жемчужным блеском.

Обработанные запчасти из алюминия можно дальше пускать на производство различных узлов, механизмов машин, каркасов.

Выбор электролита анодирования

Как указывалось выше, на свойства оксидной пленки, полученной методом анодирования оказывает влияние множество факторов – тип алюминиевого сплава, способ предварительной обработки поверхности детали, режим анодирования и тип финишных операций. Определяющее значение имеет и состав электролита. В основном используются кислотные электролиты (щелочные могут быть применены в отдельных случаях при специальных видах анодирования). Основной кислотой является серная, на ее основе готовится подавляющее большинство электролитов анодирования. Для получения специальных видов покрытий используются другие кислоты.

Технология анодирования металла и ее особенности

Привлекательный внешний вид и повышенные свойства прочности металлической поверхности можно достигнуть путем применения специальных электрохимических реакций. Одним из таких способов является анодирование металла, в процессе которого на плоскости образуется защитная оксидная пленка, наделяющая материал дополнительными качествами.

Методика процедуры в домашних условиях

Приступая к самостоятельному анодированию в домашних условиях, необходимо предварительно подготовить все инструменты:

контейнер для помещения изделия;
батареи емкостью в 9 в (несколько штук, в зависимости от желаемого результата);
алюминиевая фольга;
кабель с хорошей изоляцией;
раствор электролита;
клещи.

В качестве экспериментального опыта можно попробовать обработать болты. Толщина готового покрытия – приблизительно 0,05 мм. Изделия необходимо предварительно подготовить. Если были выбраны элементы из нержавеющей стали, заранее обезжирьте их и зашлифуйте.

Приготовьте электролитический раствор. Для этого понадобится серная кислота и дистиллированная вода. Приобрести кислоту для электролита можно в автомагазинах, специализирующихся на ремонте аккумуляторов. Пропорции воды и кислоты должны быть одинаковыми, однако не стоит использовать неразбавленное вещество.

Для того, чтобы получить черный цвет металла, понадобится больше времени, чем для светлого или бронзового результата.

Для начала протравите деталь в щелочи для ее подготовки. После этого поместите деталь в раствор с электролитом и подключите ток

Важно использовать термометр для контроля температуры и следить за тем, чтоб показатели не снижались. Когда уровень достигнет нижних отметок, необходимо закончить процесс. На видео: анодирование в растворе щелочи

На видео: анодирование в растворе щелочи.

Меры предосторожности и технические советы

Для получения анодной пленки самостоятельно важно соблюдать некоторые меры безопасности, которые помогут сохранить здоровье и осуществить процедуру правильно:

При работе используйте индивидуальные средства защиты кожи – перчатки, маску. Закрывайте глаза защитными очками при необходимости: в процессе получения анодированного металла происходит большая отдача тепла, и раствор может брызгать, попадая на тело.
Подбирайте контейнер для обработки правильно: это может быть пластиковая емкость или старая эмалированная ванна без сколов.
После травления изделия, поместите его в чистую воду для того, чтоб успеть подготовиться к следующему этапу.
Используйте алюминиевые токопроводы для работы: серебро, сталь или детали из меди необходимо подвешивать на специальную планку для того, чтоб вынимать изделия было легче.
Толщина кабеля должна соответствовать силе тока. Если показатели были подобраны неправильно, твердая вариация процедуры пройдет безуспешно, вследствие чего металл просто растворится.
Для достижения чёрного цвета стали используют нитрат натрия, детали в растворе выдерживают при температуре от 100 до 140 градусов.

Чтобы получить различные цвета металлов также применяют соляную кислоту, гидросернистый натрий, азотную кислоту, этиловый спирт. При данном анодировании образуется не только оксидная пленка, но и достигается определенная цветовая гамма.

Осуществление процедуры в домашних условиях рекомендуется проводить только после изучения техники безопасности по работе с кислотами. Анодированные поверхности имеют долгий срок эксплуатации и отличаются прочностью и стойкостью к повреждениям.

Статья по теме: Фосфатирование — надежная защита металла от коррозии

Анодирование в сернокислом электролите

Анодирование в серной кислоте позволяет получить полупрозрачные, бесцветные покрытия толщиной около 35 мк. Если процессу анодирования предшествует процесс глянцевания поверхности деталей, покрытия получают высокие декоративные качества (блестящее анодирование). В серной кислоте получают также пластичные анодные пленки, которые не разрушаются при формовке изделий.

Концентрация серной кислоты и температура электролита

Концентрация серной кислоты для анодирования в промышленных условиях принимается в диапазоне 8-35% (по массе). В концентрированном растворе анодная пленка получается мягкой и пористой, эластичность пленки высокая. Классической является концентрация 15% (по массе). Температуру в процессе анодирования задают в пределах от 18С до 25С. В большинстве случаев принимается температура в 20С. С применением серной кислоты получают также твердые анодные пленки, в этом случае процесс анодирования проводится при низких значениях температур (от -5 до +5 С).

Контроль температуры в процессе анодирования является обязательным, от температуры зависит плотность тока и скорость растворения пленки, что в свою очередь оказывает прямое влияние на качество и характеристики покрытия. Для того, чтобы избежать локального перегрева раствора электролита используют специальные перемешивающие устройства.

Напряжение и плотность тока

При анодировании в серной кислоте используется стандартный выпрямитель с выходным напряжением до 24 вольта. При стандартном режиме сила тока составляет 16 вольт при плотности тока 1,5 а/дм2. Для получения коррозионностойких пленок большой толщины напряжение силу тока поднимают до 18 вольт, а при обработке сплавов алюминия с кремнием до 22 вольт. В отдельных случаях, например, при анодировании рулонного материала или проволоки используется переменный ток. Использование пониженной плотности тока позволяет получать тонкие, прозрачные окисные пленки, превосходящие по прозрачности пленки аналогичной толщины, полученные при стандартных значениях плотности тока.

Длительность процесса

Продолжительность процесса анодирования зависит от требуемых значений толщины пленки, а также используемой плотности тока. Для чистого алюминия это соотношение можно предложить в виде:

Толщина пленки, мк. = (Плотность тока, а/дм2 Х Время, мин.)/3

Соотношение является приблизительным, т. к. на продолжительность процесса может зависеть от типа сплава и режима обработки.

Рабочий процесс

Технологический процесс анодирования отличается от процессов нанесения гальванических покрытий прежде всего тем, что рассеивающая способность электролитов анодирования значительно выше, чем у электролитов, использующихся при процессах хромирования, меднения, цинкования или никелирования металла. Эффективная рассеивающая способность при активном перемешивании позволяет получать равномерные по толщине пленки на всей поверхности изделий, включая внутренние поверхности отверстий и пазов.

В остальном технологический процесс анодирования аналогичен процессам электрохимического нанесения покрытий – изделия погружают в предварительно нагретый электролит на подвесах или зажимах, детали не соприкасаются друг с другом, расстояние до катода должно быть не менее 15 см. (для габаритных изделий значения выше). Затем включается перемешивание раствора и подается ток. В обычных условиях площадь катода должна быть равна площади анода, сечение катода должно быть достаточным для обеспечения требуемой плотности тока.

По окончании процесса прекращают подачу тока и незамедлительно извлекают изделия из гальванической ванны. Изделия промывают в проточной воде и сушат.

Способы анодирования алюминия

хромовой;
сульфосалициловой;
серной;
щавелевой.

Кроме химического, анодирование бывает интегральным, микродуговым, интерферентным, также используют цветное оксидирование. При добавлении красителя можно получить любой цвет пленки, например черный.

Теплое анодирование

Применяют этот способ анодирования алюминия тогда, когда после необходимо красить изделие. Пленка имеет пористую структуру, что является положительным моментом для адгезии покрытия с эпоксидным красителем. Серьезным минусом можно считать недостаточную прочность механического и коррозионного характера. Активные металлы и морская вода способны легко разрушить покрытие. Такой способ анодирования можно использовать дома.

Нет четко установленной температуры, при которой создают условия образования кристаллического оксида по теплому методу анодирования алюминия. Известно, что он должен протекать в помещении, где поддерживается комфортная для организма температура либо она повышена, но не более чем до 50 °C. Процесс протекает в растворе электролита под воздействием напряжения.

Холодная технология

Что происходит при анодировании холодным способом:

Емкость наполняют электролитом.
В электролит опускают деталь, подвешивая ее, и соединяют с анодом.
Катодную пластину также опускают в раствор и подают постоянное напряжение 12 В с плотностью тока 4–1,6 А/дм².
При покрытии маленьких изделий ждут 30 минут, крупных – 60 минут, после чего снимают напряжение с электродов.

Преимущество холодного способа: получается высокопрочная оксидная пленка, стойкая к любым видам воздействия. Недостаток – плохая адгезия с красителями.

Механическая обработка алюминия: с какими проблемами можно столкнуться

Мягкий и пластичный алюминий отлично поддается механообработке, но иногда при этом можно столкнуться и с негативными эффектами. У некоторых сплавов отмечается высокая вязкость. В этом случае при фрезеровке или сверлении может формироваться длинная стружка, которая будет наматываться на рабочий инструмент, приводя его к поломке. Чтобы минимизировать риск такой неприятности, инструменты для механообработки алюминиевых сплавов следует выбирать с большими стружечными канавками – пусть это ограничит максимальное количество зубцов на фрезе, зато облегчит ход стружки, частично решая проблему.