Справочник по анодированию

Аверьянов Е.Е.

Машиностроение, 1988 г.

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПЕРЕД АНОДИРОВАНИЕМ

Общие сведения

Способы подготовки поверхностей деталей зависят от вида анодирования. Они почти идентичны для анодирования в водных растворах электролитов, в расплавах солей и плазменно-электролитического. При плазменном анодировании обычно окисляются поверхности напыленных в вакууме металлических пленок. Их микрогеометрия определяется микрогеометрией подложки. Дополнительная обработка поверхности металла при плазменном анодировании применяется сравнительно редко, например, при разрыхлении повер хности напыленного металла для увеличения емкости конденсаторов [1, 3, 7, 10, 12, 21, 25, 31, 35, 36].

Последовательность технологических операций подготовки поверхности под анодирование определяется исходным состоянием поверхности, требуемой шероховатостью поверхности, имеющимся оборудованием и материалами.

Все подготовительные операции делят на четыре группы:

1) предварительная обработка (грубая очистка, грубое травление, обдувка кварцевой крошкой и дробью);

2) основная обработка (галтовка, крацевание, гидропескоструйная обработка, шлифование, nbsp; травление);

3) окончательная обработка (полирование механическое, химическое, электрохимическое);

4) очистка (обезжиривание химическое , электрохимическое; ультразвуковая очистка; удаление пассивной пленки).

Операции четвертой группы практически не изменяют размеров изделий.

Предварительная обработка

Обычно операциям предварительной обработки подвергают детали, изготовленные методом литья, когда необходимо удалить остатки формовочной смеси, литейной корки, грубых поверхностных дефектов.

Для грубого травления применяют растворы с большой концентрацией веществ и, соответственно, большой скоростью травления металла (табл. 2.1)-

При щелочном травлении алюминиевых сплавов, содержащих железо и медь, поверхность после травления приобретает темный цвет. Удалить этот налет можно, погрузив деталь на несколько минут в 20— 40 %-ный водный раствор азотной кислоты (операция осветления). Для сплавов, содержащих кремний, рекомендуется раствор с фтористоводородной кислотой.

Для операций грубого травления алюминиевых сплавов в щелочных ваннах характерно активное стравливание металла, которое обычно составляет 3— 20 мкм/мин. Так как продукты коррозии защитными свойствами не обладают, то глубина стравливания почти пропорциональна времени нахождения детали в ванне. Повышение температуры очень резко интенсифицирует процесс. Операции предварительной обработки

обеспечивают параметр шероховатости поверхности Rz < 80 мкм.

Основная обработка

На стадии основной обработки деталь приобретает размеры, близкие к заданным. Часто для деталей со сравнительно гладкой поверхностью обработка начинается с этих операций.

Гидропескоструйную и дробеструйную обработку выполняют воздействием на поверхность струи песка или дроби. Диаметр зерен песка обычно составляет 0,1— 0,3 мм, давление сжатого воздуха 0,1 — 0,5 МПа. В последнее время пескоструйная обработка практически полностью заменена гидропескоструйной.

Очистку изделий обычно выполняют в шкафах или гидропескоструйных аппаратах. Наблюдают за обрабатываемыми деталями через смотровые стекла. Гидропескоструйные установки имеют специальный бункер для смешения абразива с водой. Гидропескоструйную обработку деталей из алюминиевых сплавов рекомендуется проводить в камере из алюминиевых листов. При обработке в стальных камерах поверхностный слой алюминия может насытиться частицами железа. Пескоструйная или гидропескоструйная обработка не рекомендуется для мягких сплавов алюминия, так как частицы кварцевого песка внедряются в поверхностный слой.

Небольшие заусенцы и травильный шлам удаляют с поверхности изделий крацееанием щетками из стальной или латунной проволоки диаметром от 0,05 до 0,5 мм на станках или вручную. Линейная скорость рабочей части щетки обычно не превышает 1000 м/мин. Иногда крацевание проводят с применением смачивающей жидкости (воды, содовых или мыльных растворов).

При галтовке обрабатываемые детали загружают во вращающийся барабан или колокол. Вместе с деталями загружают полирующие элементы (стальные шарики или цилиндрики. речной песок, фарфоровый бой и т. д.). Детали обрабатываются в результате взаимного трения и трения о полирующие элементы. При сухой галтовке в качестве полирующих материалов применяют древесные опилки несмолистых пород деревьев . Мокрую галтовку часто проводят с применением обессоленной воды, в которую добавлено 3—5 г/л хозяйственного мыла. Ее также можно совмещать с процессами травления и обезжиривания. Для этого применяют обычные травильные и обезжиривающие сильно разбавленные растворы.

Частота вращения галтовочных барабанов обычно составляет 10—60 об/мин. Стальные барабаны часто имеют шести или восьмигранную форму, футерованы изнутри деревом или пластмассами. Галтовка является длительным процессом (от нескольких часов до нескольких суток).

Мокрая галтовка дает очень хорошие результаты при обработке средних и мелких деталей и позволяет на одном и том же оборудовании выполнять Операции травления, обезжиривания, полирования и глянцевания.

Разновидностью галтовки является виброгалтовка (18). Особенностью этого метода является то, что детали, абразив и наполнитель загружаются в барабан, которому сообщают колебания переменной частоты и амплитуды. Амплитуда колебаний обычно составляет 7— 15 мм; частота колебаний лежит в пределах 1000—1500 Гц. В качестве абразивного материала применяют шлифпорошок зернистостью 4 (см. табл. 2,3). Продолжительность процесса составляет 2—3 ч. Виброгалтовку выполняют, например, в установках ПР-376А и ПР-355А. Последние могут быть составной частью автоматических и механизированных линий.

Виброгалтовка может быть осуществлена с применением растворов, ускоряющих процесс В качестве рабочей жидкости для шлифования алюминиевых и магниевых сплавов может быть рекомендован 0,8 %-ный водный раствор тринатрийфосфата, для полирования — 1 %-ный водный раствор хромового ангидрида или 2 %-ная мыльная эмульсия.

Виброгалтовку следует применять для обработки мелких легкодеформируемых деталей, а также когда требуется обеспечить высокостабильную точность съема металла.

Шлифование — абразивная обработка, при которой инструмент совершает только вращательное движение, которое является главным движением резания, а заготовка — любое движение. Для обдирочного шлифования обычно применяют круги, изготовленные из абразивного материала, скрепленного керамической, минеральной или растительной связкой, смолами или жидким стеклом. Направление обработки при различных переходах рекомендуется изменять под углом 30—90°. В этом случае уменьшается вероятность появления длинных рисок. Для быстрого удаления рисок от предыдущего перехода зернистость шлифовального круга должна быть меньше. Обычно

при шлифовании выполняют четыре — семь переходов со сменой кругов на круги с более мелкой зернистостью.

Для изготовления абразивных инструментов часто применяют электрокорунд, состоящий в основном из оксида алюминия. Так, нормальный электрокорунд содержит 92—95 % оксида алюминия. В белом электрокорунде количество оксида алюминия составляет 97—99 %. Для увеличения шлифующие способности абразивных кругов в электрокорунд вводят оксид титана, циркония, хрома. Например, применение хромистого электрокорунда увеличивает производительность на 20—30% по сравнению с белым электрокорундом. Циркониевый электрокорунд обладает высокой прочностью. Шлифовальные круги из него имеют стойкость при обдирочном шлифовании в 10—40 раз выше стойкости инструмента из нормального электрокорунда.

Для обработки мягких и вязких материалов (пластмасс, цветных металлов и других) применяют сферокорунд. В процессе шлифования его сферические зерна разрушаются, образуя острые режущие кромки, что обеспечивает высокопроизводительную обработку при малом выделении теплоты.

Анодирование может быть применено для получения покрытий на меди, латуни, бронзе. Пленки, полученные в электролите 1, имеют черный цвет и коррозионно-стойки. Их толщина может быть 0.8—24 мкм. В качестве катодов применяют стальные или никелевые пластины. Начальная плотность тока составляет 0,1 —0,5 А/дм2. Затем ее повышают до заданного значения.

При анодировании тантала пленки могут достигать значительной толщины (20 мкм в электролите 1 и до 100 мкм в электролите 2). Катод выполняют из свинца.

Электролит 1 применяют для анодирования цинковых гальванических покрытий. Электролит 2 предназначен для анодирования сплавов цинка. Сплав, содержащий 2 % алюминия, анодируют 10—15 мин. Сплавы с высоким содержанием меди и алюминия анодируют 40—60 мин. Отношение площади катода к площади анода берется равным двум. Покрытие имеет черный цвет. При анодировании цинка катоды выполняют из свинца. Оксиды на цинке антикоррозионными свойствами не обладают.

Пленки на хроме имеют черный цвет. катоды выполняют из коррозионно-стойкой стали. Покрытие предназначено для применения главным образом в оптике как светопоглощаю-щее.

Покрытия на кадмии имеют белый цвет. Анодирование ведут с применением катодов из коррозионно-стойкой стали. Оксиды на кадмии не защищают от коррозии, и их рекомендуется покрывать лаком или пропитывать минеральными маслами.

Окрашивание анодных оксидов

Окрашивание производят уже готовых анодных оксидов или оксидов в процессе их формирования. В первом случае окрашивание возможно за счет адсорбции в порах пленки органических красителей или неорганических пигментов; за счет последовательной обработки пленки в двух растворах, содержащих анион и катион окрашивающего вещества, и образования в порах пленки окрашивающих химических соединений; за счет осаждения в порах окрашивающих веществ из солей металлов при электролизе. Во втором случае окрашивание происходит за счет включения в состав оксида составляющих сплава или адсорбции продуктов разложения составляющих электролита.

Качество окрашивания в значительной мере определяется материалом сплава, состоянием поверхности детали, толщиной пленки и методом анодирования. Окраску чистых тонов невозможно получить на высоколегированных сплавах. Наиболее подходят для окрашивания оксиды, полученные на техническом алюминии или сплавах алюминия с магнием и марганцем. На литейных сплавах с высоким содержанием кремния сложно получить однородную окраску светлых тонов. Для адсорбционного окрашивания хорошо подходят оксиды, полученные в серной кислоте; они бесцветны, прозрачны и хорошо впитывают и удерживают красители.

Органические красители позволяют получить широкую гамму чистых и ярких цветов, но их светостойкость невелика. Возможности неорганических пигментов беднее. Некоторые неорганические пигменты также обладают невысокой светостойкостью. Анодированный алюминий часто окрашивают в декоративных целях, имитируя золото, бронзу, медь. Окраска несколько повышает коррозионную стойкость.

Установки для анодирования

Схема установки для плазменно-электролитического анодирования приведена на рис. 5.1

При разработке конкретных конструкций следует исходить из того, что установка должна:

1) содержать зажимы для крепления и микрометрического перемещения анода и катода; в связи с небольшой величиной межэлектродного промежутка к точности установления электродов предъявляются повышенные требования;

2) обеспечивать постоянную температуру электролита;

3) предусматривать возможность временного закорачивания межэлектродного промежутка. Это можно реализовать введением капли электролита в межэлектродный промежуток или, что лучше, подъемом уровня электролита. Если анодирование ведется при пониженном давлении (ниже 1000 Па), то указанный пункт может отсутствовать, так как условия для возникновения разряда при пониженном давлении лучше;

4) если предусматривается Анодирование при пониженном давлении, то должна быть

обеспечена герметизация электрических соединителей и вводов для передачи механического движения.

Для плазменно-электролитического анодирования предъявляются повышенные требования к стойкости катода против эрозии и к распылению. На практике Катод лучше выполнять из того же металла, что и анод, или из алюминия.

Для изоляции неокисляемых участков изделия необходимо применять защитное покрытие, выдерживающее температуру 80—100 С и стойкое по отношению к электролиту.

Конструкция установки, позволяющая проводить анодирование как при нормальном, так и при пониженном давлении, обычно состоит из ванны, помещенной в специальную герметизированную камеру в стенках которой имеются вводы для передачи механического движения и вмонтированы электрические соединители

На верхней панели электролитической ячейки размещают сильфон для управления механизмом подъема уровня электролита и закорачивания электродов в начальный момент анодирования.

Область применения анодных оксидов очень широка. В соответствии с этим для каждого конкретного случая основными становятся вполне определенные электрофизические параметры пленок. Однако в соответствии с требованиями ГОСТов и других стандартов предусмотрен обязательный контроль некоторых характеристик покрытия: внешнего вида, адгезии покрытия к основному металлу, микротвердости, толщины, равномерности покрытия, пористости. В некоторых случаях требования распространяются и на контроль других электрофизических параметров 11, 7, 10, 25].

В зависимости от контролируемого показателя и специфики получения покрытий контроль может быть сплошным или выборочным. При сплошном контроле качество партии определяют по результатам контроля всех деталей. При выборочном контроле испытания проводят для определенного процента деталей; обычно контролируют 2—5 % от партии, но не менее трех деталей, а для единичного производства контролю подвергают каждую деталь. В случае, если будут получены неудовлетворительные результаты, проводят повторный контроль на удвоенном количестве деталей и при получении неудовлетворительных результатов хотя бы для одной детали всю партию бракуют.

Когда анодируют крупные и тяжелые детали или детали единичного производства, контроль допускается проводить на образце-свидетеле. Образцы-свидетели выполняют из того же материала и по той же конструкторской и технологической документации, что и детали из контролируемой партии. В случае, если производится наполнение анодного оксида, детали контролируют после наполнения. Защитные свойства анодных оксидов обычно проверяют не позднее чем через 3 ч после анодирования. Толщину, пористость, прочность сцепления и защитные свойства оксидов исследуют на участках, не имеющих дефектов поверхности, накатки и удаленных не менее чем на 5 мм от кромок, ребер, отверстий, мест контакта детали с прижимным приспособлением.