Анодное оксидирование алюминия и его сплавов

Xенли В.

Металлургия, 1986 г.

Листовой алюминий

В процессе производства листового алюминия методом прокатки образуется ориентированная в долевом направлении зеренная структура, изменяющаяся а зависимости от типа сплава и степени уменьшении толщины в процессе прокатки. Технически трудно получить листовой алюминий, который после анодирования будет иметь равномерное покрытие без таких нежелательных дефектов как включения от прокатки или непривлекательная зеренная структура. Однако некоторые производители листового алюминия могут предложить качественные листы для анодирования с обеспечением получения качественного покрытия от партии к партии. Листы из алюминиевых сплавов повышенной прочности иногда производятся с плакировкой относительно чистым алюминием, обеспечивающим поверхность хорошего качества. Однако во избежание нарушения плакирующего слоя в процессе полирования или травления обработка таких листов требует осторожности и внимания.

Материалы, приведенные в табл. 3, представляют собой листовые алюминиевые сплавы, содержащие 99,7 % алюминия и легирующие элементы в указанных пределах. Такие специально разработанные сплавы могут анодироваться после механической полировки и химического глянцевания с обеспечением получения очень ярких покрытий, аналогичных хромированным. Эти покрытия нашли самое широкое применение в автомобильной промышленности и пользуются заслуженной популярностью у потребителя в качестве декоративных компонентов.

Сплавы 1080А, 5657 и 5252 обычно производятся для блестящего анодирования. Сплав 1080А применяется при производстве небольших рефлекторов, прочность которых не имеет существенного значения, или в тех случаях, когда без жесткой формовки обойтись нельзя. Сплав 5657, содержащий 0,8 % магния в алюминии высокой чистоты, выпускается в различных состояниях и обеспечивает получение очень ярких покрытий. Аналогичную чистоту имеет и сплав 5252, однако содержание магния в этом сплаве составляет 2,4 %, что придает сплаву дополнительную прочность, особенно в нагартованных состояниях. Этому сплаву оказывается особое предпочтение при отделке автомобилей.

Сплав 5005 также хорошо поддается анодированию и широко используется для получения глянцевых и полублестящих покрытий. В архитектуре этот сплав дает хорошие сочетания с анодированными прессованными профилями марки 6063.

Сплав 6463, имеющий высокочистую основу, является1 вариантом сплава 6063 и представляет собой материал, специально разработанный для химического глянцевания и анодирования.

Усовершенствование процессов анодирования в промышленности, обеспечивающих получение цветных анодных покрытий, привело к возможности производства специального тонколистового алюминия; леги рующие добавки позволяют производить бронзовые и черные покрытия удовлетворительного качества с гарантированным получением равномерных покрытий от партии к партии.

Прессованные полуфабрикаты

Наиболее часто подвергаются анодированию прессованные полуфабрикаты. Сплав 6063, обладающий достаточными механическими свойствами, является предпочтительным. При его анодировании не возникает затруднений.

Для сокращения количества анодируемого материала многие прессованные полуфабрикаты отбираются стандартной длины, затем разрезаются и обрабатываются. При этом необходимо учитывать отсутствие анодно-оксидной пленки на обрабатываемых поверхностях.

Поставщиков прессованных полуфабрикатов необходимо информировать о предполагаемом анодировании их продукции. Особое внимание следует обратить на производство и содержание прессового инструмента для того, чтобы избежать рисок на полуфабрикатах и, соответственно, непривлекательного внешнего вида после окончательной отделки. Риски можно удалить шлифовкой или полированием, однако расходы на выполнение такой работы могут оказаться весьма существенными.

Поковки

Алюминиевые поковки обычно изготавливаются из прочных сплавов, отвечающих требованиям технических условий, что исключает изменение сплава или его замену с целью выполнения анодирования в соответствии с предъявляемыми требованиями. Если анодирование рассчитано только на выявление трещин, используется процесс с применением хромовой кислоты .

Отливки

Помимо рекомендаций, предложенных в табл. 2, следует также учитывать применяемый метод отливки, т.е. литье в песчаную форму, литье в постоянную литейную форму или литье под давлением.

Поверхность отливок, подлежащих анодированию, особенно цветному, должна быть доброкачественной. Пренебрежительное отношение к состоянию поверхности приводит к серьезным последствиям. Так, при пористой поверхности в результате задержки в порах электролита на цветных анодированных покрытиях появляются пятна и другие дефекты. В связи с этим литейщик должен быть заблаговременно проинформирован о предполагаемом декоративном анодировании той или иной отливки, с тем чтобы он обратил особое внимание на качество поверхности.

Выбор метода литья зависит в значительной степени от объема предполагаемой работы. Выбранный метод в свою очередь ограничивает число используемых сплавов. Эффективность анодирования зависит -как от метода литья, так и от состава сплава.

Детали, отлитые в песчаную форму и обычно производимые небольшими партиями, имеют относительно неровную поверхность и требуют существенной предварительной обработки для получения гладкого анодированного покрытия. поверхность отливок, полученных литьем в постоянную форму, более ровная, однако наиболее гладкая поверхность обеспечивается при литье под давлением. Но после анодирования на таких отливках выявляются линии потока металла. Независимо от используемого метода, на участке, отведенном первоначально под летник или стояк, могут остаться следы даже после тщательно выполненной предварительной полировки.

В защитных целях могут анодироваться практически все питейные сплавы, а окрашиваться и полироваться только некоторые. Обычные сплавы, отливаемые под давлением, обогащены кремнием, в результате чего их поверхность после анодирования окрашивается в серый цвет.

При анодировании отливок в яркий цвет рекомендуется гомогенизация или другая термическая обработка.

Износостойкость

Обычный процесс с применением серной кислоты позволяет получить покрытия с удовлетворительной износостойкостью, однако применение твердого анодирования в холодной (-5°С до +5 °С) серной кислоте с использованием щавелевой кислоты или одного из интегральных электролитов позволяет улучшить эту весьма ценную характеристику. Покрытие в хромовой кислоте хотя и обладает присущей для него повышенной твердостью, но является слишком тонким, чтобы обеспечить износостойкость, отвечающую предъявляемым требованиям.

Тепловое излучение и поглощение

Эмиссионная способность большинства металлов обычно составляет < 10 % от абсолютно черного тела. Образование анодного-оксидного покрытия независимо от применяемого процесса анодирования, вызывает быстрое повышение коэффициента излучения, составляющее приблизительно 80 % при толщине покрытия 2,5 мкм или более. На практике используется анодирование как в серной кислоте, так и с самоокрашиванием.

Отражение тепла

С увеличением толщины покрытия инфракрасная отражательная способность анодированного алюминия резко падает. Вот почему максимум толщины покрытия ограничивается величиной 0,8 мкм, что обеспечивает отражательную способность > 80 %. Если требуется получить высоко зеркальную инфракрасную отражающую поверхность, процесс блестящего анодирования проводится на соответствующем, предварительно отполированном металле высокой чистоты. Для выполнения этой работы обычно рекомендуется применение анодирования в серной кислоте.

Электрическая изоляция

Хотя пористость анодного покрытия обеспечивает непрерывную электропроводимость 8 процессе анодирования, сухое покрытие, уплотненное гидратацией или органическим наполнителем является эффективным электроизолятором. Покрытия большой толщины, полученные на базе серной кислоты в специальных условиях, являются надежными изоляторами. анодирование в щавелевой кислоте также способствует получению таких покрытий. Специально разработанные электролиты применяются для непрерывного анодирования алюминиевой проволоки, используемой в электрообмотках.

Процессы предварительной механической обработки

При обеспечении соприкосновения полировальных кругов с обрабатываемыми поверхностями с помощью механической полировки они выравниваются одинаково, независимо от типа алюминия. Это не означает, что после анодирования поверхности останутся такими же гладкими. Потеря глянца после анодирования листов и профилей весьма незначительна, однако анодирование отливок вызывает появление ярко выраженной и иногда неприглядной зеренной структуры, а при анодировании поковок выявляется рисунок течения металла при деформации.

Использование информации, представленной в табл. 1—3, обеспечивает производство полированных декоративных покрытий. Получение поверхностей, образованных металлическими листами, профилями и отливками может потребовать регламентации толщины покрытий на различных материалах.

Полирующий состав для алюминия не должен содержать зеленый оксид хрома или красный полировальный порошок. Такие цветовые компоненты остаются в металле и образуют зеленые и красные пятна на анодном покрытии.

Пескоструйная очистка и жидкостное хонингование

Как пескоструйная очистка, так и жидкостное хонингование рассчитаны на обработку поверхности металла с получением матовой поверхности, изменяющейся в зависимости от размера используемого абразива. Жидкостное хонингование с использованием струи влажной абразивной смеси позволяет получить наиболее привлекательный внешний вид покрытия. Использование анодных покрытий после пескоструйной очистки частицами размером от 5 до 10 мкм обеспечивает достаточное выравнивание внешнего вида всех типов алюминиевых полуфабрикатов за исключением полученных питьем под давлением.

Пескоструйная очистка проводится в камере, величина которой ограничивает размеры обрабатываемого металла. Проектировщик должен своевременно учесть это.

Шлифование, обработка абразивной лентой и щеточными кругами

Применение абразивных полировальных кругов, непрерывных абразивных лент или щеточных полировальных кругов позволяет получить поверхность алюминия с направленной выравненной структурой. Непрерывная абразивная лента пригодна для плоских поверхностей, а для неровных поверхностей используются эластичные полировальные и щеточные круги. Все три метода обеспечивают выравнивание поверхностей между деформированными и литыми деталями из алюминия.