Powłoka anodowana: co to jest, gdzie jest nakładana, jak jest wykonana

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Anodowanie to proces elektrolityczny, który służy do zwiększenia grubości warstwy naturalnych tlenków na powierzchni produktów. Technologia ta wzięła swoją nazwę ze względu na fakt, że przetworzony materiał jest używany jako anoda w elektrolicie. W wyniku tej operacji wzrasta odporność materiału na korozję i zużycie, a także przygotowywana jest powierzchnia do nałożenia podkładu i farby.

Nakładanie dodatkowych warstw ochronnych po anodowaniu metalu odbywa się znacznie lepiej niż w przypadku oryginalnego materiału. Sama powłoka anodowana, w zależności od sposobu jej zastosowania, może być porowata, dobrze absorbująca barwniki lub cienka i przezroczysta, podkreślając strukturę pierwotnego materiału i dobrze odbijając światło. Utworzona folia ochronna jest dielektrykiem, to znaczy nie przewodzi prądu elektrycznego.

Dlaczego to zrobione

Anodowane wykończenie używane tam, gdzie jest to wymaganezapewniają ochronę przed korozją i zapobiegają zwiększonemu zużyciu stykających się części mechanizmów i urządzeń. Wśród innych metod ochrony powierzchni metali, ta technologia jest jedną z najtańszych i najbardziej niezawodnych. Najczęstszym zastosowaniem anodowania jest ochrona aluminium i jego stopów. Jak wiadomo metal ten, mając tak wyjątkowe właściwości, jak połączenie lekkości i wytrzymałości, ma zwiększoną podatność na korozję. Technologia ta została również opracowana dla wielu innych metali nieżelaznych: tytanu, magnezu, cynku, cyrkonu i tantalu.

Niektóre funkcje

Badany proces, oprócz zmiany mikroskopijnej tekstury na powierzchni, zmienia również strukturę krystaliczną metalu na granicy z folią ochronną. Jednak przy dużej grubości powłoki anodowanej sama warstwa ochronna ma z reguły znaczną porowatość. Dlatego w celu uzyskania odporności materiału na korozję wymagane jest jego dodatkowe uszczelnienie. Jednocześnie gruba warstwa zapewnia zwiększoną odporność na zużycie, znacznie większą niż farby czy inne powłoki, takie jak natryskiwanie. Wraz ze wzrostem wytrzymałości powierzchni staje się ona bardziej krucha, to znaczy bardziej podatna na pękanie w wyniku pękania termicznego, chemicznego i udarowego. Pęknięcia powłoki anodowanej podczas tłoczenia nie są bynajmniej rzadkim zjawiskiem, a opracowane zalecenia nie zawsze w tym pomagają.

Wynalazek

Pierwsza udokumentowanaodnotowane użycie anodowania miało miejsce w 1923 roku w Anglii w celu ochrony części wodnosamolotów przed korozją. Początkowo stosowano kwas chromowy. Później kwas szczawiowy był używany w Japonii, ale dziś w większości przypadków do tworzenia anodowanej powłoki w składzie elektrolitu stosuje się w większości przypadków klasyczny kwas siarkowy, co znacznie obniża koszt procesu. Technologia jest stale ulepszana i rozwijana.

Aluminium

Anodowane w celu zwiększenia odporności na korozję i przygotowania do malowania. A także, w zależności od zastosowanej technologii, albo w celu zwiększenia chropowatości, albo stworzenia gładkiej powierzchni. Jednocześnie samo anodowanie nie jest w stanie znacząco zwiększyć wytrzymałości produktów wykonanych z tego metalu. Kiedy aluminium wchodzi w kontakt z powietrzem lub jakimkolwiek innym gazem zawierającym tlen, metal naturalnie tworzy na swojej powierzchni warstwę tlenku o grubości 2-3 nm, a na stopach jej wartość sięga 5-15 nm.

Grubość powłoki z anodyzowanego aluminium wynosi 15-20 mikronów, co oznacza, że różnica wynosi dwa rzędy wielkości (1 mikron jest równy 1000 nm). Jednocześnie ta wytworzona warstwa jest rozprowadzana w równych proporcjach, względnie mówiąc, wewnątrz i na zewnątrz powierzchni, to znaczy zwiększa grubość elementu o ½ wielkości warstwy ochronnej. Chociaż anodowanie zapewnia gęstą i jednolitą powłokę, występujące w niej mikroskopijne pęknięcia mogą prowadzić do korozji. Ponadto sama warstwa ochronna powierzchni ulega rozkładowi chemicznemu.z powodu narażenia na środowisko o wysokiej kwasowości. Do walki z tym zjawiskiem wykorzystywane są technologie, które zmniejszają liczbę mikropęknięć i wprowadzają do składu tlenkowego bardziej stabilne pierwiastki chemiczne.

Aplikacja

Materiały obrobione są szeroko stosowane. Na przykład w lotnictwie wiele elementów konstrukcyjnych zawiera badane stopy aluminium, podobnie jest w przemyśle stoczniowym. Właściwości dielektryczne powłoki anodowanej determinowały jej zastosowanie w produktach elektrycznych. Produkty wykonane z przetworzonego materiału można znaleźć w różnych sprzętach gospodarstwa domowego, m.in. odtwarzaczach, światłach, aparatach fotograficznych, smartfonach. W życiu codziennym stosuje się anodowaną powłokę żelazną, a dokładniej jej podeszwy, co znacznie poprawia jej właściwości konsumenckie. Podczas gotowania można stosować specjalne powłoki teflonowe, aby uniknąć przypalenia żywności. Zazwyczaj takie przybory kuchenne są dość drogie. Jednak nieanodowana patelnia aluminiowa może zapewnić rozwiązanie tego samego problemu. Jednocześnie niższym kosztem. W budownictwie anodowana powłoka profili stosowana jest do montażu okien i innych potrzeb. Dodatkowo kolorowe detale przyciągają uwagę projektantów i artystów, są wykorzystywane w różnych obiektach kulturalnych i artystycznych na całym świecie, a także w produkcji biżuterii.

Technologia

Specjalne sklepy galwaniczne ibranż uważanych za „brudne” i szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Dlatego rekomendacje dotyczące procesu w domu, reklamowane w niektórych źródłach, należy podchodzić ze szczególną ostrożnością, pomimo pozornej prostoty opisywanych technologii.

Powłokę anodowaną można stworzyć na kilka sposobów, ale ogólna zasada i kolejność prac pozostają klasyczne. Jednocześnie wytrzymałość i właściwości mechaniczne otrzymanego materiału zależą w rzeczywistości od samego metalu wyjściowego, od właściwości katody, natężenia prądu i składu użytego elektrolitu. Należy podkreślić, że w wyniku zabiegu na powierzchnię nie są nakładane żadne dodatkowe substancje, a warstwa ochronna powstaje poprzez przekształcenie samego materiału źródłowego. Istotą galwanizacji jest wpływ prądu elektrycznego na reakcje chemiczne. Cały proces podzielony jest na trzy główne etapy.

Pierwszy etap - przygotowanie

Na tym etapie produkt jest dokładnie czyszczony. Powierzchnia jest odtłuszczona i wypolerowana. Potem jest tak zwane trawienie. Odbywa się to poprzez umieszczenie produktu w roztworze alkalicznym, a następnie przeniesienie go do roztworu kwaśnego. Uzupełnieniem tych procedur jest płukanie, podczas którego niezwykle ważne jest usunięcie wszelkich pozostałości chemicznych, w tym trudno dostępnych miejsc. Ostateczny wynik w dużej mierze zależy od jakości pierwszego etapu.

Drugi etap - elektrochemia

Na tym etapie faktycznie powstaje powłoka z anodyzowanego aluminium. Starannie przygotowany przedmiotzawieszone na wspornikach i opuszczone do wanny z elektrolitem, umieszczone między dwiema katodami. W przypadku aluminium i jego stopów stosuje się katody wykonane z ołowiu. Zwykle skład elektrolitu zawiera kwas siarkowy, ale można zastosować inne kwasy, na przykład szczawiowy, chromowy, w zależności od przyszłego przeznaczenia obrabianej części. Kwas szczawiowy służy do tworzenia powłok izolacyjnych w różnych kolorach, kwas chromowy służy do obróbki części o złożonym kształcie geometrycznym z otworami o małej średnicy.

Czas potrzebny do wytworzenia powłoki ochronnej zależy od temperatury elektrolitu i natężenia prądu. Im wyższa temperatura i niższy prąd, tym szybszy proces. Jednak w tym przypadku folia powierzchniowa jest dość porowata i miękka. Aby uzyskać twardą i gęstą powierzchnię, wymagane są niskie temperatury i wysoka gęstość prądu. W przypadku elektrolitu siarczanowego zakres temperatur wynosi od 0 do 50 stopni, a właściwa siła prądu wynosi od 1 do 3 amperów na decymetr kwadratowy. Wszystkie parametry tej procedury zostały opracowane przez lata i są zawarte w odpowiednich instrukcjach i normach.

Trzeci etap - konsolidacja

Po zakończeniu elektrolizy anodowany produkt jest utrwalany, to znaczy pory w folii ochronnej zostają zamknięte. Można to zrobić umieszczając obrabianą powierzchnię w wodzie lub w specjalnym roztworze. Przed tym etapem możliwe jest skuteczne malowanie części, ponieważ obecność porów pozwoli na dobrą absorpcję.barwnik.

Rozwój technologii anodowania

Aby uzyskać wytrzymałą warstwę tlenku na powierzchni aluminium, opracowano metodę wykorzystującą złożoną kompozycję różnych elektrolitów w określonej proporcji, w połączeniu ze stopniowym wzrostem gęstości prądu elektrycznego. Stosuje się rodzaj „koktajlu” kwasu siarkowego, winowego, szczawiowego, cytrynowego i borowego, a siła prądu w procesie stopniowo wzrasta pięciokrotnie. W wyniku tego efektu zmienia się struktura porowatej komórki ochronnej warstwy tlenkowej.

Na szczególną uwagę zasługuje technologia zmiany koloru anodowanego przedmiotu, którą można wykonać na różne sposoby. Najprościej jest umieścić detal w roztworze z gorącym barwnikiem bezpośrednio po anodowaniu, czyli przed trzecim etapem procesu. Nieco bardziej skomplikowany jest proces barwienia z użyciem dodatków bezpośrednio do elektrolitu. Dodatki to najczęściej sole różnych metali lub kwasów organicznych, pozwalające na uzyskanie najróżniejszej gamy kolorystycznej – od absolutnie czarnej po niemal każdy kolor z palety.