Анодирование металла – это электрохимический процесс создания защитной оксидной пленки, которая защищает поверхность металла от воздействия окружающей среды. Отсюда и другое название, которое лучше всего отражает суть – анодное оксидирование. Технологию покрытия используют для обработки не только стали, но и большинства цветных металлов. Исключениями являются железо и медь. Данные элементы характеризуются образованием сразу двух оксидных соединений – это негативно сказывается на целостности пленки и ее адгезии к базовой поверхности.
За период развития анодирования было разработано несколько способов осуществления работ. Все они будут подробно рассмотрены в данной статье.
Что такое анодированная металлическая поверхность
Название анодирования носит процесс, протекающий при использовании электролита и электрического тока различной величины и позволяющий получить на изделии прочную оксидную пенку, которая повышает прочность стали и обеспечивает защиту от коррозии. Прочностные и механические характеристики меняются в зависимости от состава металла, плотности и вида электролита, величины анодного и катодного воздействия, рассчитываемых по специальным уравнениям.
Собственно защитное покрытие не наносится, а образуется из самого железа в процессе электрохимической реакции. Технология, используемая в домашних условиях, схематично выглядит так:
Схема процесса анодирования в домашних условиях
- В диэлектрическую (не проводящую ток) емкость заливается электролит.
- Берется блок питания, способный обеспечить необходимое напряжение постоянного тока на выходе (это может быть аккумулятор или несколько батареек, соединенных в электронные цепи).
- К обрабатываемому предмету подключается зажим «+», и предмет погружается в емкость с раствором.
- Зажим «–» крепится на пластинку из свинца или нержавеющей стали и тоже опускается в жидкость.
- Подключается электрический ток нужной величины, согласно электрохимическому уравнению. Благодаря ему на поверхности изделия начинает выделяться кислород, способствующий образованию прочной защитной пленки.
Применяемые устройства и оборудование
В промышленных масштабах для анодирования стали применяют раствор серной кислоты, который обеспечивает высокую скорость процесса и наибольшую глубину проникновения. Современные установки представляют собой полностью автоматические линии с минимальным количеством персонала, роль которого сводится к контролю над рабочим процессом.
Все оборудование можно разделить на три вида:
- Основное. К нему относят ванну и катод. Емкость должна быть изготовлена из инертного материала, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами – в этом случае электролит не будет слишком быстро нагреваться и прослужит намного дольше. Материал катода зависит от типа обрабатываемого металла. Например, для анодирования алюминия используют свинцовый лист, размер которого должен быть вдвое больше габаритов заготовки.
- Обслуживающее. Сюда относят узлы, которые отвечают за обеспечение работоспособности установки: приводные механизмы и устройства для передачи тока.
- Вспомогательное. Речь идет об оборудовании, на котором осуществляются работы по подготовке заготовок к анодированию. Сюда же относят механизмы для перемещения деталей и их складирования.
В процессе выбора подходящей установки необходимо принимать во внимание следующие особенности:
- Наиболее трудоемкими операциями являются погружение и выгрузка заготовки. Обращайте внимание на надежность и энергопотребление данных узлов.
- Производительность зависит от мощности энергетической установки. Как показывает практика, оптимальная мощность выпрямителя – 2,5 кВт. Наличие бесступенчатой регулировки уровня напряжения будет дополнительным преимуществом, облегчающим процесс анодирования стали.
Бесступенчатая регулировка будет после формирования защитного слоя средней толщины, когда для сохранения уровня тока будет необходимо плавно увеличивать напряжение.
- По кольцам емкости должны быть уставлены контактные площадки из гибкого материала. Лучше всего с этой задачей справятся элементы из меди.
Преимущества анодированного металла
Анодное оксидирование (анодирование) различных металлов, проведенное в домашних условиях, конечно, сильно уступает тому, что проводится с применением промышленного оборудования. Но, все же, оно способно обеспечить изделию ряд преимуществ:
- Повысить устойчивость к коррозии — благодаря тому, что оксидная пленка препятствует проникновению влаги к металлической основе, обеспечивая надежную защиту. Применение такого процесса на быстро ржавеющих предметах обихода или дисках и деталях бытовой техники способно значительно продлить срок их службы.
- Увеличить прочность металла и стали: оксидированное покрытие намного устойчивее к механическим и химическим повреждениям.
- Обработанная таким образом посуда нетоксична, устойчива к длительному нагреву, пища на ней не пригорает.
- Металлические изделия после анодированной обработки приобретают диэлектрические свойства (совсем или почти не проводят ток).
- Возможность провести гальваническое напыление другого металла (хромовое, титановое). Выполненное своими руками, оно способно значительно увеличить прочностно-механические характеристики или повысить декоративные качества (напыление под золото).
Кроме того, процесс дает возможность декорирования. Можно сделать цветное анодное оксидирование. Такой результат можно получить, изменяя уравнения силы подаваемого тока и плотности электролита (это возможно, когда проводится анодирование титана и других твердых материалов) или с использованием краски (чаще для алюминия и других мягких металлов, но этот процесс применяется и на твердых основах). Окрашенные таким образом предметы имеют более ровный и глубокий цвет.
Промышленный метод дает более высокую прочность покрытия, возможность провести глубокое анодирование с одновременным нанесением катодной электрохимической пенки, дающей дополнительную защиту от коррозии. Но, даже проведенная в домашних условиях анодно-катодная обработка поможет сделать диски или другие детали движущихся механизмов более прочными, износостойкими.
Анодирование нержавеющей стали
Одной из важных задач по сохранению металлических конструкций является борьба с вредным воздействием окружающей среды. Повышенная влажность, наличие в воздухе химически активных элементов, способных разрушать целостность металла, особенно стали, приводит к ухудшению таких показателей как надёжность и прочность.
Для решения этой задачи готовые изделия покрывают различными видами защитных покрытий.
Оксидирование стали
Существуют различные методы повышения поверхностной устойчивости и антикоррозийности.
Одним из таких методов является создание на поверхности стали защитной плёнки, используя специальные способы обработки.
Понимание сущности назначения этого процесса требует ответа на вопрос — что такое оксидирование?
Сущность заключается в использовании свойств окислительно — восстановительной реакции, в результате чего на поверхности стали образуется защитная плёнка. Так же производится оксидирование стали.
Этот процесс позволяет решить следующие задачи:
- Защитить стальные конструкции от образования коррозии (особенно это актуально в современном строительстве, где применяются металлические конструкции).
- Ограничить воздействие агрессивных составляющих внешней среды (растворов кислот, щелочей, химических элементов, разрушающих целостность стали).
- Создать поверхностный слой, обладающий хорошими электроизоляционными характеристиками.
- Придать деталям, отдельным элементам, конструкции в целом оригинальные декоративные и эстетические свойства.
Оксидирование металла производится следующими методами:
- С применением химических реакций (химическое оксидирование стали).
- Использование электрохимических процессов (анодное оксидирование).
- Проведением термической обработки (термический метод).
- Создание низкотемпературной плазмы (плазменный метод).
- Лазерным (применяются специальные лазерные установки).
Анодированная сталь
Рассмотрим каждый метод подробнее.
Разные способы
Провести процесс оксидированной обработки стали в домашних условиях можно двумя способами. Каждый из них имеет свои недостатки и преимущества.
Теплый метод
Наиболее легкий процесс для проведения своими руками. Успешно протекает при комнатной температуре, при использовании органической краски, позволяет создавать удивительно красивые вещи. Для этой цели можно использовать как готовые краски, так и аптечные красители (зеленку, йод, марганец).
Твердое анодирование по такой технологии получить не удастся, оксидная пенка получается непрочная, дает слабую защиту от коррозии, легко повреждается. Но, если сделать окрашивание поверхности после такой методики, то сцепление (адгезия) покрытия с основой будет очень высокой, нитроэмали или другие краски будут держаться прочно, не облезут, обеспечат высокую степень защиты от коррозии.
Холодный метод
Эта методика при проведении в домашних условиях требует внимательного контроля за температурой, допуская ее колебания от –10 до +10°C (оптимальная температура для проведения электрохимической реакции согласно уравнению – 0°C). Именно при таком температурном режиме анодная и катодная обработка поверхности протекает наиболее полно, медленно создавая прочную защитную оксидную пленку. Это позволяет домашнему умельцу своими руками провести твердое анодирование, обеспечив стали максимальную защиту от коррозии.
По этой методике можно сделать гальваническое напыление, нанеся на изделие медь, хром или золото, рассчитав силу тока по специальным уравнениям. После такой обработки повредить деталь или диски из стали очень сложно. Защита от коррозии эффективно действует на протяжении многих лет даже при контакте с морской водой, может использоваться для продления срока службы подводного снаряжения.
Маленьким минусом служит то, что краска на такой поверхности не держится. Для придания металлу цвета используется метод напыления (медь, золото) или электрохимическое изменение цвета под воздействием электрического тока (сила тока и плотность электролита высчитываются по специальному уравнению).
Технология анодного оксидирования
Весь процесс, проводимый своими руками, можно разделить на этапы:
- Поверхности дисков и других деталей из металла хорошо очищаются от загрязнений, моются, шлифуются.
- Проводится обезжиривание Уайт-спиритом или ацетоном.
- Выдерживается необходимое время в щелочном растворе (оно рассчитывается по уравнению, исходя из структуры материала).
- После этого диски или другие металлические изделия погружаются в электролит, где проводится анодная и катодная реакция наращивания оксидной пленки.
- Если проводилось холодное обрабатывание изделия, то после извлечения его из емкости следует тщательно промыть от кислоты, просушить. После завершения этого процесса ему обеспечена долгая надежная защита от коррозии.
- При тепловом процессе пленка будет пористая, мягкая, требующая дополнительного закрепления, проводимого путем окунания в чистую кипящую воду или посредством воздействия горячего пара. Потом ее нужно хорошо промыть.
Как закрепить результат
Качество анодирование такого металла, как алюминия, будет зависеть от финального этапа – закрепления покрытия. Для этого после нанесения покрытия и промывания элемента помещают на ¼ часа в марганцовый раствор. После выемки следует промывать детали под горячей и холодной водой, чтобы удалить из пор остатки раствора. До начала окрашивания следует закупорить микроскопические поры на пленке, и для этого изделия кипятят в дистиллированной воде примерно 30-40 минут.
Источник
Разновидности электролитов
В домашних условиях применяют не только промышленные химические кислотные растворы, но и простые средства, которые можно найти на любой кухне:
- Проводя анодирования титана, можно брать натрия хлорид, серную или ортофосфорную кислоты.
- Для алюминия применяют щавелевую, хромовую или серную кислоты.
- Вместо кислот для анодной и катодной обработки дисков или других предметов из стали можно использовать поваренную соль с пищевой содой. Сделать необходимый электролит можно, смешав 9 частей концентрированного содового раствора с одной частью солевого.
Время выдержки дисков, пластин, других металлических предметов в электролитной емкости под током рассчитывается по уравнению, исходя из физико-химических параметров.
Опасные моменты
При использовании кислот в качестве электролита необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. Пренебрежение ими может привести к несчастным случаям:
- При попадании на кожу из-за того, что используется разбавленный препарат, возможны небольшие ожоги. Но для глаз такая концентрация опасна, поэтому не следует пренебрегать защитными очками и перчатками.
- Под воздействием тока выделяются кислородные и водородные пары, которые при смешивании образуют гремучий газ. Работая в плохо вентилируемом помещении, можно получить взрыв от любой искры, который может привести к смертельному исходу.
Соблюдая технику безопасности и этапы технологической обработки, можно получать прочные красивые вещи: хромировать автомобильные диски, создавать ювелирные украшения «под золото», добавлять прочности деталям бытовых механизмов в зависимости от применяемых технологий.
