Анодирование алюминиевых сплавов

Впервые (1878 г.) образование оксидной плёнки на аноде установил Н.П. Слугинов. Однако практическое применение этого метода было осуществлено Бенгоу только в 1923 г. Этот процесс проводят в электролизной ванне (1) с использованием постоянного тока, пропускаемого через электролит (2) между вспомогательным электродом (3), который может быть изготовлен из коррозионностойкой стали, свинца, графита или алюминия, и рабочим (4) электродом (деталь из алюминиевого сплава).

На аноде протекают реакции:

Al → Al³⁺ + 3ē

2Al³⁺ + 6OH^– → 2Al(OH)₃ → Al₂O₃ + 3H₂O

На катоде:

2H⁺ + 2ē → H₂↑

Суммарная реакция:

2Al + 3H₂O → Al₂O₃ + 3H₂↑

(↑ – указывает на выделение газа из электролита)

В качестве электролитов чаще всего используют водные растворы кислот (сернокислотное, щавелевокислотное анодирование), реже – растворы солей и щелочей (для получения тонких анодных оксидных плёнок специального назначения).

Основные технологические режимы анодирования алюминиевых сплавов и толщины покрытий, получаемых по ним, приведены в таблице.

Разновидности анодирования в водных растворах электролитов, в первую очередь, классифицируют по толщине анодных оксидных плёнок.

Тонкослойное анодирование – получение беспористых (барьерных, конденсаторных) анодных оксидных плёнок (для алюминия толщиной до 3 мкм). Тонкослойное анодирование проводят в электролитах, почти не растворяющих анодный оксид (сода, бура, борная, лимонная кислота) при высоких формовочных напряжениях (до 300 В – для алюминия). Тонкие диэлектрические плёнки используют в конденсаторах для защиты алюминиевых зеркал от потускнения, в микроэлектронике.

Простое анодирование – получение анодных оксидных плёнок средней толщины (до 50 мкм) – проводится в электролитах, слабо или умеренно растворяющих анодный оксид (серная, фосфорная, щавелевая кислота, их смеси и др.) и используется для формирования декоративных покрытий.

Толстослойное (твёрдое или глубокое) анодирование предназначено для получения относительно малопористых, твёрдых анодных оксидных плёнок толщиной более 50 мкм и проводится в электролитах того же типа, что и для простого анодирования. Как правило, его проводят при низких температурах (–10…+10°C) с ростом формовочного напряжения в гальваностатическом режиме (т.е. при постоянном значении тока) до более высоких, чем при простом анодировании, значений (более 100 В). Толстослойное анодирование используют для получения электро- и теплоизоляционных покрытий. Для получения толщины покрытий более 150 мкм (до 300 мкм) приходится кроме интенсивного охлаждения и перемешивания электролита охлаждать также непосредственно саму деталь через специальные отверстия и каналы в ней.

Антикоррозионную защитную способность покрытия приобретают после их наполнения органическими, в том числе лакокрасочными, жидкостями.

В электролитах, сильно растворяющих анодные оксидные плёнки (соляная кислота, хлориды, фториды и т.п.), получение анодных оксидных плёнок затруднено, поскольку травление (растворение) металлов преобладает над формированием оксидной плёнки.

Процесс анодирования имеет ряд существенных недостатков:

1) отсутствует возможность получать оксидные покрытия, на поверхности алюминиевого сплава, обладающие следующей совокупностью свойств: высокая износостойкость, адгезия (прочность сцепления) покрытия к металлической основе, сопротивление воздействию переменных нагрузок (сопротивление усталости), антикоррозионная защитная способность, твёрдость;

2) перед началом процесса анодирования необходимо тщательно подготовить поверхность изделия, т.е. провести не только грубую подготовку поверхности (песко- и дробеструйную для деталей с литейной коркой и другими дефектами), но и химическое или электрохимическое полирование, обезжиривание, травление, осветление (удаление шлама меди и железа, не растворяющихся при травлении алюминиевых сплавов в щелочных растворах), промывки горячей и холодной водой. Необходимость такой тщательной подготовки поверхности изделий из алюминиевых сплавов перед их анодированием существенно увеличивает производственную площадь, ухудшает экологические показатели производства.