Анодирование алюминия в домашних условиях

Анодирование алюминия – процесс формирования прочного покрытия из оксидной пленки посредством подачи электрического тока в кислотной среде. Анодирование также называют анодным окислением и оксидированием. Процесс используется как в промышленных масштабах, так и в домашних условиях. Расскажем в статье, для чего нужно анодирование алюминия и как его провести. 

Анодирование алюминия – что это такое

Алюминий – мягкий металл серебристого цвета, который на воздухе буквально моментально покрывается оксидной пленкой. Она предназначена для защиты материала от окружающих воздействий. Однако пленка имеет малую толщину и прочность. Подсмотрев у природы естественный способ защиты металлов, специалисты придумали, как создавать более прочную оксидную пленку. Была разработана технология, по которой поверхность алюминиевого проката покрывается оксидом Al2O3. Такую же химическую структуру имеет корунд – минерал с высокой прочностью, которая уступает только алмазу. 

Кроме защитных свойств, анодирование имеет и дополнительную функцию – окрашивание поверхностей алюминия в минеральные или органические красители. Иными словами, полученные после такой металлообработки детали имеют более привлекательный цвет.

Оксидная пленка может быть разной толщины, в зависимости от назначения и климатических условий эксплуатации. Например, для внутренних деталей машин алюминиевые заготовки покрывают тонким оксидным слоем от 0,001 до 0,002 мм. А если деталь, например, двутавр, используется как часть конструкции, которая будет находиться на открытом воздухе, то толщина покрытия варьируется от 0,015 до 0,025 мм, в зависимости от климатических условий. Чем они экстремальнее, тем плотнее оксидный слой.

Что дает анодирование алюминия

Технология анодирования значительно увеличивает обычные возможности алюминия. Металл с дополнительным оксидным покрытием отличается: 

• увеличенной прочностью, защитой от истирания и других механических повреждений – такая пленка держится более 20 лет;
• ровной поверхностью – прочное покрытие сглаживает мелкие недостатки, царапины и небольшие вмятины;
• устойчивостью к коррозии – анодирование выступает даже вместо покраски, так как оксидный слой более устойчив к внешним воздействиям, чем ЛКП;
• отражающими свойствами – даже тончайшая пленка Al2O3 имеет прекрасные зеркальные характеристики, что используется, например, в фарах и прожекторах;
• диэлектрическими свойствами – оксидная пленка выступает как изолятор;
• долговечностью – за счет увеличения коррозийной устойчивости и стойкости к истиранию все детали из аодированного алюминий служат более длительный срок;
• интересным внешним видом – обычная оксидная пленка на алюминии делает металл из серебристого тускло-серым, в то время как покрытие после анодирования дает материалу самые разные необычные цвета с металлическим переливом;
• чистотой – если держать в руках алюминиевый пруток без перчаток, на коже останутся серые пятна, в то время как оксидное покрытие предотвращает реакцию алюминия с потом;
• жаропрочностью – пленка выдерживает высокую температуру до 1500 градусов.

Таким образом, анодирование алюминия дает множество положительных свойств, улучшает характеристики металла. Из-за этого технология применяется в самых разных сферах:

• в строительстве для возведения крупных металлоконструкций;
• в авиа-, судо- и машиностроении для изготовления прочных деталей;
• при изготовлении оконных рам, балконов, террас;
• при изготовлении конденсаторов и трансформаторов;
• в декоре и изготовлении сувениров;
• при ремонте и производстве мебели. 

Технология анодирования алюминия

Технология была впервые открыта в Англии. Разработка анодированного алюминия была необходима для нужд авиастроения, так как материал не теряет своей легкости, но приобретает повышенную прочность и устойчивость к высоким температурам. Со временем в авиастроении стандартизировали покрытие, получаемое путем анодного окисления. Стандарт DEF STAN 03-24/3 предопределяет, какие кислоты лежат в основе процесса, а также какой толщины и прочности должно быть покрытие алюминия в результате. 

Метод анодирования основан на химическом оксидировании, то есть образование пленки из оксидов производится посредством воздействия на металл электрического тока в кислотном растворе. Электролитом могут выступать кислоты: хромовая, сульфосалициловая, серная, щавелевая. В зависимости от кислотной среды, напряжение, при котором производится анодирование, выставляется в пределах от 12 до 120 В.

Химическое оксидирование проводят по двум технологиям, в зависимости от температуры электролита и детали, которая проходит обработку.

Теплое химическое анодирование

Производится при комнатной температуре или с нагревом электролита до 50 градусов. При анодировании возникает пористая оксидная пленка, которая подходит своими адгезивными свойствами для дальнейшего окрашивания детали. 

Предварительно алюминий обрабатывается от оксидной пленки. Слой можно снять механически или с помощью погружения в химический раствор. Очищенная деталь погружается в электролит, подается напряжение. Процедура проводится до того момента, как на алюминии образуется однородное покрытие молочного цвета. 

Оксидная пленка, полученная теплым анодированием, имеет недостаточную механическую прочность и коррозийную устойчивость, поэтому способ более распространен в быту, чем на производстве. 

Холодное химическое анодирование

Холодное анодирование происходит по аналогичному принципу, но кислота охлаждается до температуры, не превышающей 5 градусов. Такой температурный режим обуславливает ускоренную передачу электронов – оксидная пленка образуется быстрее.

Деталь помещается в электролит в подвешенном состоянии, к ней подсоединяют анод. Катод находится в свободном состоянии в электролите. Пропускают ток с напряжением 12 В. Процесс занимает от 30 до 60 минут, в зависимости от размера заготовки. 

В результате получается пленка с более высокой устойчивостью к коррозии и механическим воздействием. Однако из-за отсутствия пор адгезия с эпоксидным красителем ниже, чем у деталей, прошедших теплое анодирование. 

Микродуговое оксидирование алюминия

Представляет собой наиболее дорогой и трудоемкий метод анодирования, однако он дает самую прочную оксидную пленку. Получаемое покрытие внешне похоже на керамический слой. Основное отличие заключается в том, какой ток подается в ванну с электролитом. Напряжение достигает 600-1000 В, плотность тока – до 30 А/дм2. Это значительно больше, чем при химическом анодировании.

В основном для ванны используются слабощелочные электролиты, а ток подается переменный. За счет такого высокого тока на поверхности изделия образуются микроразряды, которые выглядят как свечение. В результате пленка получается бурого, черного, коричневого, синего и белого цвета. Оттенок зависит от того, какие элементы находятся в составе алюминиевого сплава и вступают в реакцию. Например, марка АК12 дает серый цвет, а АМг – бежевый.

Также интересно то, что микродуговое оксидирование подходит не только для алюминия, но также и для титанового проката.  

Цветное оксидирование алюминия

Цветные анодооксидные покрытия можно получить как добавлением красителя, так и изменением условий подачи тока. Например, если подавать сперва переменный, а затем постоянный ток на алюминиевую трубу, то она покроется оттенком золотого или бронзового цветов. 

Но чаще применяют растворы минеральных красителей с концентрацией от 0,2 до 10 г/л. Их растворяют в воде, реже в спиртовом растворе. Для адсорбции красителя важно поддерживать рН раствора в пределах 5-6 единиц. Уже анодированную деталь с бесцветной оксидной пленкой погружают в раствор с красителем на время от 5 до 30 минут, от этого зависит интенсивность цвета. Краситель проникает в поры анодного покрытия, полностью окрашивая поверхность детали. 

Чтобы получить красный, бронзовый и черный цвета, применяют электролитическое окрашивание. Деталь с оксидной пленкой помещают в кислотный раствор с солями олова, никеля или кобальта, затем пропускают ток. 

Анодирование алюминия в домашних условиях

Несмотря на то, что процесс связан с проведением опасных химических реакций, анодирование можно провести дома. Чаще всего его проводят, когда нужно получить небольшие элементы в декоративных целях. Например, изменить цвет алюминиевых уголков или дверных петель. Дома можно реализовать самый простой метод – теплое химическое анодирование. 

Что для этого понадобится: 

• дистиллированная вода для приготовления раствора;
• водный раствор серной кислоты, можно просто купить готовый электролит для аккумуляторов;
• сода пищевая;
• электрод – алюминиевый или свинцовый;
• источник питания с напряжением 12-15В;
• сухие анилиновые органические красители – их часто используют для покраски тканей;
• натриевая щелочь – можно использовать недорогое средство для прочистки канализационных труб;
• емкость – стеклянная (если вы используете свинцовый электрод) или алюминиевая;
• средства защиты – это обязательный пункт, позаботьтесь о респираторе, очках, перчатках. 

Этапы работы: 

• Смешать в пропорциях 1:1 воду и электролит. 
• Сделать 3% водный раствор соды.
• Подвесить деталь на алюминиевой проволоке.
• Промыть деталь средством для прочистки труб, опустить ее в чистую воду, а затем – в приготовленный электролит.
• Подключить на датель плюс, а на электрод (или алюминиевую емкость) минус. Включить источник питания при параметрах: напряжение 10-15В, ток 0.8-2 А/дм2.
• Продолжительность анодирования – 15-25 минут.
• Отключить питание, вытащить детали из электролита, поместить ее для нейтрализации кислоты в содовый раствор, затем ополоснуть водой.
• Приготовить красящий раствор: краситель добавляется в воду, нагретую до 70 градусов. 
• Выдерживать деталь в красящем растворе 5-10 минут.
• Ополоснуть окрашенную деталь и поместить ее в дистиллированную воду, кипятить полчаса. 

При соблюдении всех правил в конце при кипячении вода должна оставаться прозрачной. Это делается только для того, чтобы краситель лучше «запечатался» в порах. 

При домашнем анодировании очень важно соблюдать все меры безопасности. Обратите внимание, что при этом вырабатываются газы, опасные для здоровья. Поэтому очень важно выбрать хорошо проветриваемое место и не забыть про респиратор. 

Детали из анодированного алюминия имеют небольшой блеск и равномерное гладкое покрытие. Они не только защищают металл, но и делают его эстетически привлекательным.