Алюминий. Ан окс покрытие. Покрытие металла чернью. Технология анодирования алюминия. Покрытие ан окс упл что это. Алюминий покрыт оксидной пленкой.
Полное меню
Основные ссылки
Вернуться в «Каталог СНиП»
ГОСТ 9.306-85* ЕСЗКС. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения.
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Единая система защиты от коррозии и старения
ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ
Unified system of corrosion and ageing protection.
Metal and non-metal inorganic coatings.
Symbols
Дата введения для вновь разрабатываемых изделий 01.01.87
Настоящий стандарт устанавливает обозначения металлических и неметаллических неорганических покрытий в технической документации.
1. Обозначения способов обработки основного металла приведены в табл. 1.
Способ обработки основного металла
Способ обработки основного металла
Обработка «под жемчуг»
Нанесение дугообразных линий
Нанесение волосяных линий
2. Обозначения способов получения покрытия приведены в табл. 2.
Способ получения покрытия
Способ получения покрытия
* Способ получения покрытий, окрашивающихся в процессе анодного окисления алюминия и его сплавов, магния и его сплавов, титановых сплавов, обозначают «Аноцвет».
** Способ получения покрытий термическим разложением металлорганических соединений обозначают Мос Тр
Таблица 2 (Измененная редакция, Изм. № 3).
3. Материал покрытия, состоящий из металла, обозначают символами в виде одной или двух букв, входящих в русское наименование соответствующего металла.
Обозначения материала покрытия, состоящего из металла, приведены в табл. 3.
Наименование металла покрытия
Наименование металла покрытия
4. Обозначения никелевых и хромовых покрытий приведены в обязательном приложении 1.
5. Материал покрытия, состоящий из сплава, обозначают символами компонентов, входящих в состав сплава, разделяя их знаком дефис, и в скобках указывают максимальную массовую долю первого или второго (в случае трехкомпонентного сплава) компонентов в сплаве, отделяя их точкой с запятой. Например, покрытие сплавом медь-цинк с массовой долей меди 50-60% и цинка 40-50% обозначают М-Ц (60); покрытие сплавом медь-олово-свинец с массовой долей меди 70-78%, олова 10-18%, свинца 4-20% обозначают М-О-С (78; 18).
В обозначении материала покрытия сплавом при необходимости допускается указывать минимальную и максимальную массовую доли компонентов, например, покрытие сплавом золото-никель с массовой долей золота 93,0-95,0%, никеля 5,0-7,0% обозначают Зл-Н (93,0-95,0).
В обозначении покрытия сплавами на основе драгоценных металлов деталей часов и ювелирных изделий допускается указывать среднюю массовую долю компонентов.
Для вновь разрабатываемых сплавов обозначение компонентов производят в порядке уменьшения их массовой доли.
(Измененная редакция, Изм. № 2).
6. Обозначения покрытий сплавами приведены в табл. 4.
Наименование материала покрытия сплавами
Наименование материала покрытия сплавами
Таблица 4 (Измененная редакция, Изм. № 3).
7. В обозначении материала покрытия, получаемого способом вжигания, указывают марку исходного материала (пасты) в соответствии с нормативно-технической документацией.
8. В обозначении покрытия припоем, получаемого горячим способом, указывают марку припоя по ГОСТ 21930-76, ГОСТ 21931-76.
9. Обозначения неметаллических неорганических покрытий приведены в табл. 5.
Наименование неметаллического неорганического покрытия
10. При необходимости указания электролита (раствора), из которого требуется получить покрытие, используют обозначения, приведенные в обязательных приложениях 2, 3.
Электролиты (растворы), не указанные в приложениях, обозначают полным наименованием, например, Ц9. хлористоаммонийный. хр, М15. пирофосфатный.
11. Обозначения функциональных свойств покрытий приведены в табл. 6.
Наименование неметаллического неорганического покрытия
12. Обозначения декоративных свойств покрытий приведены в табл. 7.
Наименование декоративного свойства
Декоративный признак покрытия
* Цвет покрытия, соответствующий естественному цвету осажденного металла (цинка, меди, хрома, золота и др.) не служит основанием для отнесения покрытия к окрашенным.
Цвет покрытия обозначают полным наименованием, за исключением черного покрытия – ч.
13. Обозначения дополнительной обработки покрытия приведены в табл. 8.
Наименование дополнительной обработки покрытия
Наполнение в растворе хроматов
Нанесение лакокрасочного покрытия
Пропитка (лаком, клеем, эмульсией и др.)
Химическое окрашивание, в том числе наполнение в растворе красителя
эл. Наименование цвета
* При необходимости обозначают цвет хроматной пленки: хаки – хаки, бесцветной – бцв; цвет радужной пленки – без обозначения.
14. Обозначение дополнительной обработки покрытия пропиткой, гидрофобизированием, нанесением лакокрасочного покрытия допускается заменять обозначением марки материала, применяемого для дополнительной обработки.
Марку материала, применяемого для дополнительной обработки покрытия, обозначают в соответствии с нормативно-технической документацией на материал.
Обозначение конкретного лакокрасочного покрытия, применяемого в качестве дополнительной обработки, производят по ГОСТ 9.032-74.
15. Способы получения, материал покрытия, обозначение электролита (раствора), свойства и цвет покрытия, дополнительную обработку, не приведенные в настоящем стандарте, обозначают по технической документации или записывают полным наименованием.
(Измененная редакция, Изм. № 2).
16. Порядок обозначения покрытия в технической документации:
обозначение способа обработки основного металла (при необходимости);
обозначение способа получения покрытия;
обозначение материала покрытия;
минимальная толщина покрытия;
обозначение электролита (раствора), из которого требуется получить покрытие (при необходимости);
обозначение функциональных или декоративных свойств покрытия (при необходимости);
обозначение дополнительной обработки (при необходимости).
В обозначении покрытия не обязательно наличие всех перечисленных составляющих.
При необходимости в обозначении покрытия допускается указывать минимальную и максимальную толщины через дефис.
Допускается в обозначении покрытия указывать способ получения, материал и толщину покрытия, при этом остальные составляющие условного обозначения указывают в технических требованиях чертежа.
(Измененная редакция, Изм. № 2).
17. Толщину покрытия, равную или менее 1 мкм, в обозначении не указывают, если нет технической необходимости (за исключением драгоценных металлов).
18. Покрытия, используемые в качестве технологических (например, цинковое при цинкатной обработке алюминия и его сплавов, никелевое на коррозионно-стойкой стали, медное на сплавах меди, медное на стали из цианистого электролита перед кислым меднением) допускается в обозначении не указывать.
19. Если покрытие подвергается нескольким видам дополнительной обработки, их указывают в технологической последовательности.
20. Запись обозначения покрытия производят в строчку. Все составляющие обозначения отделяют друг от друга точками, за исключением материала покрытия и толщины, а также обозначения дополнительной обработки лакокрасочным покрытием, которое отделяют от обозначения металлического или неметаллического неорганического покрытия чертой дроби.
Обозначение способа получения и материала покрытия следует писать с прописной буквы, остальных составляющих – со строчных.
Примеры записи обозначения покрытий приведены в приложении 4.
(Измененная редакция, Изм. № 1, 2, 3).
21. Порядок обозначения покрытий по международным стандартам приведен в приложении 5.
21. Введен дополнительно (Измененная редакция, Изм. № 3).
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ОБОЗНАЧЕНИЯ НИКЕЛЕВЫХ И ХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ
Оксидирование алюминиевых сплавов
Общая информация
Многим известно, что поверхность алюминия и его сплавов склона к пассивации, на ней образуется естественная оксидная пленка, которая очень тонкая и поэтому она не способна обеспечить должной коррозионной и механической защиты металла. Для повышения свойств коррозионной стойкости и механической прочности алюминия и его сплавов, поверхность металла подвергают анодному оксидированию, иначе говоря анодированию, в растворах кислот и щелочей, что повышает данные параметры в десятки, а при определенных условиях, и в сотни раз.
Помимо повышения коррозионной стойкости, анодное оксидирование также придает поверхности алюминия и его сплавам такие свойства как твердость, износостойкость, термостойкость, каталитическую активность, декоративный вид и др.
Как и все гальванические покрытия, анодирование алюминия подразделяется на несколько групп, которые имеют производственные сокращения, все они представлены ниже:
1. Твердое – Ан. Окс. Тв.
2. Электроизоляционное – Ан. Окс. Из.
3. Защитное – Ан. Окс.
4. Эматаль – Ан. Окс. Этм.
5. Цветное – Аноцвет
6. Защитно – декоративное, наполненное красителем – Ан. Окс. (цвет красителя)
7. Наполнение в хроматном растворе – Ан. Окс. Нхр.
8. Эматаль, наполненное красителем – Ан. Окс. Эмт (цвет красителя)
Отличительной особенностью твердого анодно – оксидного покрытия, является то, что покрытия должны иметь толщину не менее 40 мкм. Такая толщина покрытия придает поверхности алюминия высокую твердость, износостойкость и антифрикционные свойства. Также не менее важно, что при большой нагрузке и деформации, покрытие хоть и растрескивается, но не отслаивается.
Электроизоляционными свойствами обладают все представленные группы анодно – оксидных покрытий алюминия и его сплавов. Но электроизоляционное анодирование обладает важной особенностью: покрытие получается беспористым, толщина пленки за-за этого небольшая, до 0,4 мкм. В связи с этим, наибольшее применение данное покрытие пользуется в радиоэлектронной промышленности.
Защитные и защитно – декоративные покрытия анодирования алюминия обладают рядом характерных свойств: покрытия являются прозрачными или полупрозрачными (снежно – белого цвета), достаточно пористыми, имеют хорошие защитные свойства, твердость сравнима с твердостью корунда, жаростойкость до 2000 о С и не отслаивается от металла, также легко окрашивается, хорошо сохраняя фактуру металла и чистоту цвета красителя.
Эматаль-покрытия – это защитно – декоративные непрозрачные анодно – оксидные покрытия, имеющие молочно-эмалевый вид. Такие покрытия отличаются высокой коррозионо-, износо-, термостойкостью, обладают хорошими электроизоляционными свойствами. Они коррозионностойки в пищевых средах и таких средах, как ацетон, нефтяные масла, спирты, минеральные и растительные жиры. Эматаль-покрытие легко поддается окрашиванию, несмотря на то, что имеет пористость сравнительно меньшую, чем у других анодно-оксидных покрытий.
Анодирование в хроматном растворе используется в основном при анодном оксидировании алюминиевой проволоки, тонкой ленты и т.п. Получаемое покрытие обладает малой пористостью, хорошо сохраняет блеск полированной поверхности, практически не изменяет размеры детали, также обладает высокими защитными свойствами и эластичностью. Стоит обратить внимание, что покрытие получается бесцветным, имеющее небольшую толщину, до 5-6 мкм.
Механизм и технология анодирования Ан.окс. Структура и свойства оксида алюминия в покрытии.
Содержание:
1. Общие сведения об анодном оксидировании (анодировании) алюминия.
Поверхность алюминия и его сплавов ввиду склонности к пассивации постоянно покрыта естественной окисной пленкой. Толщина пленки зависит от температуры окружающей среды и составляет обычно 2-5 нм. Коррозионную и механическую прочность алюминия можно увеличить в десятки и сотни раз, подвергая его электрохимическому оксидированию (анодированию).
6-40мкм (для Ан.окс.тв толщина выше)
Микротвердость (зависит от марки сплава алюминия)
Удельное электрическое сопротивление при 18 о C
Допустимая рабочая температура
100 о C (возможно увеличение при наполнении красителями)
Анодно-оксидные покрытия разделяют на следующие группы:
В качестве электролитов применяются:
Выделяющиеся на аноде продукты реакции могут:
После нанесения пористое покрытие может оставаться «как есть», уплотняться в воде, либо наполняться. В первом случае покрытие прекрасно подходит под нанесение лакокрасочных материалов и оклеивание. Во втором покрытие сохраняет серебристый цвет и становится более коррозионно-стойким. В третьем случае покрытию можно придать цвет без нанесения лакокрасочных материалов. Подробнее об этом написано в разделе 6.
2. Состав и структура оксида алюминия в покрытии после покрытия.
Аноднооксдные покрытия на алюминии могут быть тонкими беспористыми и толстыми пористыми.
При получении тонких покрытий в слабых малоагрессивных электролитах, на поверхности металла образуется оксид по реакции:
Иллюстрация реакции приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема образования тонкой оксидной плёнки в малоагрессивных электролитах.
Структура толстого пористого аноднооксидного покрытия подтверждается результатами электрохимической импедансной спектроскопии (рисунок 4).
На графиках модуля Боде прослеживается следующие области:
Эквивалентная электрическая схема пористого аноднооксидного покрытия с уплотнением в воде приведена на рисунке 5.
Что касается состава анодно-оксидных покрытий, то тонкие беспористые пленки представляют собой в основном безводный оксид алюминия, который в чистом виде располагается у границы с металлом. В покрытия такого типа внедряется от 0,6 до 20% борного ангидрида (электролиты с борной кислотой), а также значительное количество других ионов. На границе раздела оксид-электролит находят небольшую часть гидратированного оксида Al2O3*H2O (бемит).
Толстые пористые анодно-оксидные покрытия состоят в основном из аморфного оксида алюминия и, частично, γ-Al2O3. В ходе гидратации оксида, за счет поступления электролита по порам к их дну, может происходить как физическая адсорбция воды, так и образование фазы бемита Al2O3*H2O или байерита Al2O3*3H2O. Общее содержание воды в покрытиях, полученных из сульфатных электролитов, достигает 15%, барьерный слой при этом может содержать воды до 2%. Гидратация стенок усиливается от дна к устью. Большинство исследователей склоняется к мнению, что вода в покрытии химически не связана, за исключением поверхностных слоев, где она входит в состав бемита.
Примеси металлов, содержащиеся в сплавах алюминия, в большинстве своем остаются в оксидной пленке (железо, медь, кремний, магний, кальций). Цинк и титан присутствуют в виде следов с содержанием 0,1%.
В цветных оксидных пленках обнаруживаются включения углерода, серы и их оксидные соединения, которые и придают окраску.
Большая часть ионов не удаляется из покрытия ни длительной промывкой водой при высокой температуре, ни использованием других растворителей. Такая высокая прочность связи ионов с веществом анодной пленки при отсутствии простых стехиометрических соотношений между внедрившимся ионом и оксидом алюминия свидетельствует о внедрении ионов в элементарные образования пленки. По-видимому, часть анионов удерживается капиллярными силами в порах покрытия, другая часть химически связана со стенками пористого слоя.
Как видно из рисунков 4 и 5 после анодирования на поверхности алюминия исчезают микронеровности, вызванные механической обработкой. При этом формируется плотная пористая оксидная пленка.
Если разделить пористый и барьерные слои, то можно увидеть седующую картину (рисунок 8):
Серебристо-белый ковкий легкий металл. Алюми́ний — химический элемент 13-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы третьей группы, IIIA). покрытие металла чернью — ответ на кроссворд / сканворд, слово из 9 (девяти) букв. Для анодирования алюминиевых прессованных изделий во всем мире обычно применяют электролиты на основе серной кислоты. Qualanod задает для сернокислого электролита следующие параметры [2]: Концентрация свободной серной кислоты должна быть не выше 200 г/л при колебании внутри интервала 10 г/л от заданной величины; Анодирование — процесс создания оксидной плёнки на поверхности некоторых металлов и сплавов путём их анодной поляризации в проводящей среде. Концентрация алюминия должна быть не выше 20 г/л, предпочтительно в интервале от 5 до 15 г/л. 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. Анодирование алюминия и зачем оно нужно, где применяют анодированный металл, технологии твердого, теплого и холодного анодирования, различия методов и характеристик получаемых покрытий. Анодирование алюминия обычно выполняется с помощью процесса электролиза, в котором оксиды из электролита осаждаются на алюминиевую заготовку. Алюминиевая заготовка соединяется с анодом, а такие материалы, как нержавеющая сталь, свинец или графит, соединяются с катодом, и вся система погружается в электролит, например, серную кислоту. 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. Предварительно алюминий обрабатывается от оксидной пленки. Слой можно снять механически или с помощью погружения в химический раствор. Очищенная деталь погружается в электролит, подается напряжение. Что дает анодирование алюминия. Поверхность алюминия и его сплавов ввиду склонности к пассивации постоянно покрыта естественной окидной пленкой. Толщина пленки зависит от температуры окружающей среды и составляет обычно 2-5 нм. Коррозионную и механическую прочность алюминия можно увеличить в десятки и сотни раз, подвергая его электрохимическому оксидированию (анодированию). Анодирование — это процесс получения из алюминия защитной оксидной пленки. Производится электрохимическим методом в водных растворах. Плотность такого покрытия составляет 2,9-3,8 г/см3, в зависимости от режима получения. Прохождение высоковольтного электрического тока через эту систему приводит к разложению электролита. Анодирование алюминия: каким бывает и какие результаты дает. Содержание. Что называют анодированием и зачем его применяют. Температура ванны анодирования. Алюминий имеет плотность ниже, чем у других распространенных металлов, примерно на треть больше, чем у стали. Чернь, или ниелло (итал. niello, от лат. nigellus — тёмный, черноватый) — техника изобразительного и декоративно-прикладного, в частности ювелирного, искусства. Анодное оксидирование алюминия — процесс получения на алюминии оксидной пленки химически или электрохимически из растворов кислот и щелочей. В качестве электролита при электрохимическом анодировании применяются: серная, фосфорная, щавелевая, сульфосалициловая кислота и хромовый ангидрид. Анодирование в основном идет при повышенном напряжении, в зависимости от электролита от 24 до 120 В. Металлиза́ция, нанесение тонких слоёв (плёнок) металла или сплава на поверхность изделий, которые придают ей физико-химические и механические свойства, отличные от свойств исходного (металлизируемого) материала. Применяется для защиты изделий от коррозии, износа, в декоративных и других целях. Металлизируют изделия из металлов, сплавов, полимеров, стёкол, керамики и др. Если покрытие изготовлено из менее активного металла, оно называется катодным. Неметаллические покрытия – это различные эмали, лаки, краски, резиновые, битумные и полимерные покрытия. По отношению к железу анодными покрытиями будут цинковые, хромовые, алюминиевые покрытия. Заключается в чернении углублённого (предварительно награвированного) рисунка на металле, главным образом на меди или серебре, смесью сульфидов серебра, свинца, меди, олова и серы с последующим прокаливанием, в результате чего «чернь» прочно сплавляется с основой, и последующей полировкой. Алюминий – самый распространённый металл и четвёртый по распространённости (после кислорода, водорода и кремния) из всех химических элементов. Содержание в земной коре 8,8 % по массе. Вследствие высокой химической активности в свободном виде не встречается. Известно несколько сотен минералов алюминия, преимущественно алюмосиликатов (нефелин, каолинит и др.). Наиболее богатые алюминием породы (бокситы и др.) являются алюминиевыми рудами. Анодное окисление (Ан.Окс) — это способ нанесения гальванического покрытия на алюминий и его сплавы. Он обеспечивает защитное покрытие поверхности изделий, а также высокую износостойкость и хорошие электроизоляционные свойства. Виды покрытий Ан.Окс: — Ан.Окс.нв. — анодное окисление алюминия с наполнением в воде; — Ан.Окс.нхр. — анодное окисление с наполнением в растворах хроматов; — Ан.Окс.черн. — анодное окисление с наполнением в чёрном красителе; — Ан.Окс.твердый — анодное окисление алюминия при пониженной температуре. В настоящее время согласно ГОСТ 9.306-85 покрытие должно обозначаться шифром Ан.окс.нхр. — неверно! 2) Разница — в результатах: есть полное закрытие поры или нет — верно только частично! 3) Ан.окс.хром.- это обычное анодирование дюралюминов типа Д16 в серной кислоте с последующим наполнением окисной пленки в растворе хромпика. Используется как декоративное и антикоррозионное покрытие. Игнорирование процедуры формирования покрытия Ан.окс.нхр. может привести к значительным финансовым затратам. Алюминий и его оксидная плёнка. Поиск. Смотреть позже. Ан.окс.тв — это твердое анодирование алюминия, которое отличается от стандартного покрытия Ан.Окс высокой толщиной и особенностями процесса нанесения. В ряде случаев у твердого покрытия толщина достигает сотен микрометров, тогда как в обычном покрытии она измеряется десятками. Высокая толщина и твердоть Ан.Окс.тв обеспечивает непревзойденную износостойкость поверхности алюминия. Если, например, важная алюминиевая деталь в приборе перестанет работать из-за воздействия коррозии, придётся менять или разбирать весь механизм. Окс. эмт 5. Цветное – Аноцвет 6. Защитно – декоративное, наполненное красителем – Ан.Окс (цвет красителя) 7. Наполнение в хроматном растворе – Ан. Окс.нхр, Ан. Окс.хр 8. Эматаль, наполненное красителем – Ан. Покрытие «Ан.окс» означает «анодное оксидирование». Это покрытие наносится не поверх материала-основы, а из него. На поверхности образуется тонкий слой оксидов материала с хорошими защитными свойствами. Анодное оксидирование обычно производят для алюминиевых или титановых изделий. Оно осуществляется под действием электрического тока. (Ан.Окс.эмт) Оксидирование алюминия с эматалированием. (Ан.Окс.тв) Поверхность алюминия покрыта прочной оксидной плёнкой, которая предохраняет алюминий от окисления и придаёт ему коррозионную стойкость. Лишённый оксидной плёнки, алюминий бурно реагирует с водой с выделением водорода. Оксид и гидроксид алюминия проявляют амфотерные свойства и реагируют как с кислотами, так и с основаниями. Твёрдое оксидирование алюминия (холодное). (Аноцвет, Ан.Окс) Оксидирование титана. (Хим.Окс.э) Химическое оксидирование алюминия. Эматаль-покрытие легко поддается окрашиванию, несмотря на то, что имеет пористость сравнительно меньшую, чем у других анодно-оксидных покрытий. Анодирование в хроматном растворе используется в основном при анодном оксидировании алюминиевой проволоки, тонкой ленты и т.п. Получаемое покрытие обладает малой пористостью, хорошо сохраняет блеск полированной поверхности, практически не изменяет размеры детали, также обладает высокими защитными свойствами и эластичностью. Если нанести покрытие Ан.окс.нхр. на алюминий, он будет способен выдержать температуру до +2000 градусов Цельсия. Цвет покрытия Ан.окс.нхр полупрозрачный или прозрачный (до наполнения пор). Из-за высокой пористости на этом этапе легко поддаётся окрашиванию в любые цвета. После наполнения – окрашивание практически невозможно. Теперь отметим негативные моменты.
3. Теории образования пленок оксида алюминия при анодировании.
Существуют две теории образования и роста анодно-оксидных покрытий: структурно-геометрическая и коллоидно-электрохимическая.
3.1 Структурно-геометрическая теория (ячейки Келлера).
С позиции этой теории при наложении на алюминиевый электрод анодного напряжения (т.е подключение его к «плюсу») сначала формируется компактная оксидная пленка (барьерный слой толщиной 1-1,1 нм/В), имеющая гексоганальную ячеистую структуру, причем растущее покрытие будет повторять ее.
Наружная часть ячеек в агрессивных электролитах, растворяющих оксид, начинает разрушаться в дефектных местах и превращаться в пористое покрытие. Разрушение барьерного слоя, приводящее к образованию поры, протекает, по мнению одних исследователей, в центре ячейки, по мнению других – в местах стыка ячеек.
Рост анодно-оксидного слоя происходит на дне образовавшихся пор за счет превращения все более глубоких слоев металла в оксид. В дальнейшем под действием электролита оксид, образующий стенки ячеек, гидратируется. При этом происходит адсорбция воды, анионов электролита и продуктов анодной реакции.
3.2 Коллоидно-электрохимическая теория Богоявленского.
Наличие в составе оксидного слоя анионов электролита заставило ученых связать рост и особенности его строения с коллоидной структурой.
Адсорбция анионов и воды, осуществляемая по межмицеллярным порам, обуславливает отрицательный заряд монон и мицелл, заставляя их плотно прижиматься к аноду и сращиваться с металлом, препятствуя слиянию мицелл в беспористый слой. Поры при таком рассмотрении представляют собой естественное межмицеллярное пространство.
Наряду с процессами образования мицеллярных слоев с участием анионов протекают сопряженные процессы растворения образующегося оксида.
Интересно отметить, что размеры ячеек Келлера близки размерам мицелл геля Al(OH)3. Толкование механизма роста анодной пленки с позиций коллоидной химии позволяет объяснить внедрение в ее структуру анионов и катионов электролита и отдельных составляющих оксидируемого сплава. При этом сопряжение процессов образования оксида и его растворения в электролите также учитывается коллоидной теорией.
3.3 Современные исследования структуры покрытия.
Теперь следует заметить, что структура анодированного алюминия, на самом деле, может быть весьма далека от идеальной, описанной в теории. В частности теория говорит о правильных гексагональных ячейках, в центре которых находится одна пора. На самом деле, получить такую структуру можно только специальными методами, например, многостадийным анодированием в определенных режима. Примеры таких «правильных» покрытий приведены на рисунке 11. Более глубокое описание наноструктурированного аноднооксидного покрытия выходит за рамки этой статьи.
Чаще же можно наблюдать более «грязные» варианты. Примеры их были показаны в начале статьи.
Кроме этого, теории не предполагают возможности ветвления пор, что наблюдается в действительности.
4. Особенности роста оксида алюминия при анодировании.
Формирование оксидного слоя протекает на дне пор, где препятствием для прохождения электрического тока служит только тонкий барьерный слой, толщина которого практически не меняется в процессе обработки. С этой точки зрения можно наращивать толщину оксидного слоя без существенного увеличения напряжения на ванне. Образующиеся поры имеют форму конуса, расширяющегося к внешней стороне покрытия, поскольку эта часть дольше подвергается агрессивному воздействию электролита.
Необходимо отметить, что формирование пористой структуры является необходимым условием роста оксидного слоя. Оксид алюминия является плохим проводником электричества, а поры, хотя и заполнены электролитом, имеют весьма малый диаметр, поэтому сопротивление анода во много раз выше сопротивления на катоде и сопротивления электролита. Изменение потенциалов самих электродов вследствие поляризации незначительно по сравнению с прикладываемым напряжением, поэтому изменение напряжения во времени при постоянной плотности тока определяется изменением омического сопротивления анода.
Если проводить процесс при постоянной плотности тока, т.е. при постоянной скорости формирования оксида, то рост пленки будет тормозиться возрастающим сопротивлением электролита в порах. Для дальнейшего роста требуется либо увеличение прилагаемого напряжения, либо растравливание пор. На практике преобладает второй фактор. Этому способствует значительное выделение теплоты в процессе анодного окисления, причем основная часть тепла выделяется в барьерном слое на дне пор. Считается, что при анодном оксидировании в 15% серной кислоте при 21°С и плотности тока 1,29 А/дм 2 условия, создающиеся у основания пор, соответствуют 53% раствору серной кислоты при температуре, близкой к кипению (около 128 °С). Температура анода при этом повышается на 10-20° в зависимости от условий проведения процесса. Поэтому рост оксидной пленки при постоянной плотности тока сопровождается непрерывным увеличением скорости растворения оксида. Предельная толщина пленки достигается тогда, когда скорость ее образования под действием электрического тока станет равна скорости химического растворения электролитом. Чрезмерный перегрев электролита у основания пор и местное повышение его агрессивности может привести к растравливанию оксидного слоя и получению некачественных покрытий с повышенной пористостью и слабой адгезии к металлу.
Скорость растворения оксидной пленки в серной кислоте увеличивается с ростом температуры, при этом энергия активации растворения анодной пленки оценивается в 17 ккал/моль, что указывает на контроль скорости кинетическими стадиями химического процесса растворения. Скорость химического растворения оксида алюминия сравнительно велика, особенно в агрессивных растворах серной кислоты.
Усиленное растворение оксида стимулируют повышение концентрации агрессивной кислоты, температуры и продолжительности процесса:
Растворение оксида выражается не только в стравливании поверхностного слоя формирующегося покрытия, но и в увеличении его пористости. Присутствие в алюминиевых сплавах меди и магния также несколько увеличивает скорость растворения оксида в серной кислоте.
Таким образом, соотношение скоростей формирования оксида и его химического растворения предопределяет и толщину и структуру получаемых анодно-окисных покрытий на алюминии.
Ввиду того, что образующийся оксидный слой имеет высокое сопротивление, электрический ток в процессе оксидирования автоматически перераспределяется на те участки, где сопротивление меньше. Тем самым создаются условия для получения равномерного по толщине оксидного слоя на деталях сложной конфигурации. Поэтому рассеивающая способность электролитов для анодного оксидирования алюминия и его сплавов весьма высока. Однако следует учитывать, что при недостаточном отводе тепла от формирующегося покрытия возникает возможность локального растравливания отдельных участков покрытия, которая не будет компенсирована увеличением на этих участках плотности тока. Это приведет к локальным дефектам покрытия, вплоть до полного его отсутствия. Постепенно неудовлетворительные условия для формирования покрытия могут охватить и всю деталь.
Из-за частичного растворения металла основы при анодном оксидировании выход по току всегда меньше 100%. Он уменьшается с ростом температуры и продолжительности электролиза. Например, при оксидировании сплава Д16 в серной кислоте при температуре 7°С выход по току практически не зависит от времени и составляет 85%, но если процесс вести при 20°С, то выход по току падает с 50-60% в течение первых 20 мин до 15-30% при оксидировании в течение 90 мин. Расход электричества на газовыделение невелик и при умеренных плотностях тока (до 1-2 А/дм 2 ) не превышает нескольких процентов, но может возрастать при увеличении плотности тока и количества легирующих элементов в обрабатываемом сплаве.
5. Свойства оксидных покрытий на анодированном алюминии.
5.1 Коррозионная стойкость и пористость.
Аноднооксидное покрытие на поверхности алюминия и его сплавов благотворно сказывается на его коррозионной стойкости во многих средах, где оксид более стоек, чем основной металл. Оно успешно защищают алюминий от атмосферной коррозии, в нейтральных и слабокислых растворах неорганических солей:
На рисунке 12 показаны коррозионные кривые для чистого алюминия и алюминия с аноднооксидными покрытиями.
Для чистого алюминия коррозионное сопротивление составляет 0,5953 кОм, ток коррозии 130,86 мА. После анодирования коррозионное сопротивление возрастает до 24,216 кОм, а ток коррозии падает до 7,494 мА.
По данным коррозионных кривых можно заметить, что потенциал коррозии смещается в отрицательную область в ряду SSA, IC, BD, EC, чистый Al. В этом же ряду снижается и коррозионная стойкость алюминия.
Скорость атмосферной коррозии чистого алюминия составляет 0,4284 мм/год. После анодирования скорость коррозии снижается до 0,0817 мм/год.
Микроизображения поверхности анодированного алюминия с различными видами уплотнения и наполнения до и после коррозии приведены на рисунке 13.
Исходя из практики минимальная толщина оксидных покрытий, обеспечивающих защиту изделий, выбирается согласно условиям эксплуатации:
Наилучшая коррозионная стойкость отмечена для покрытий, полученных на чистом алюминии.
Добавление к алюминию меди, кремния, железа, магния, марганца улучшают механические свойства сплава, но ухудшают защитную способность получаемых оксидных покрытий. Кремний и интерметаллид Al6Mg окисляются гораздо медленнее, чем алюминий, и остаются в виде вкраплений в покрытии. Напротив, интерметаллиды Al3Mg2, Al2Cu, CuAl2, CrAl7, Co2Al9, Co2Al5,Co4Al13, Al7CuFe, Al6CuNi легко разрушаются и увеличивают пористость покрытия. Так, коррозионная стойкость покрытий толщиной 2,5-10 мкм, полученных на сплаве АД1 в 6-7 раз выше, чем покрытий на сплавах 1915 и АД31, и в 2-3 раза выше, чем покрытий на сплаве АМг2АП. Увеличение толщины покрытий до 15 мкм сглаживает эти различия.
Коррозионная стойкость оксидных покрытий повышается при увеличении толщины барьерного слоя, на долю которого приходится примерно 1/3 оказываемого сопротивления коррозии. Вместе с тем наращивание толщины пористой части покрытия благотворно сказывается на их коррозионной стойкости только в случае сравнительно тонких покрытий, тогда как дальнейшее увеличение толщины сопровождается увеличением диаметра пор и снижением защитных свойств.
Пористость покрытий, полученных при различных условиях, приведена в таблице ниже: