Оксидирование алюминия и его сплавов.

Оксидирование алюминия является весьма эффективным методом защиты алюминия от коррозии в агрессивных средах с целью придания его поверхности новых, весьма ценных свойств. По технологии получения защитных пленок оксидирование может быть электрохимическим (анодным) и химическим, а следовательно, и сами свойства оксидных пленок будут существенно разниться и иметь свое назначение. Так, анодное оксидирование позволяет создать оксидные пленки с высокой твердостью и износостойкостью, с отличными электроизоляционными свойствами и с красивой, декоративной внешностью, в то время как химическое оксидирование в основном применяется для получения хорошего грунта под окраску. Анодное оксидирование, в свою очередь, может производиться с применением постоянного или переменного электрического тока, а по составу электролитов и режиму оксидирования в настоящее время имеются сотни вариантов и число их непрерывно растет.

По составу электролитов и их назначению следует выделить ряд технологических процессов:

1. Оксидирование в сернокислотных электролитах с целью получения декоративных и твердых оксидных пленок.
2. Оксидирование в щавелевокислых электролитах для получения электроизоляционного слоя.
3. Оксидирование в ортофосфорной кислоте для последующего гальванического покрытия медью, никелем и другими металлами.
4. Оксидирование в хромовой кислоте с целью получения эматалевых пленок.
5. Оксидирование в электролитах из органических соединений для различного назначения.

Подготовка поверхности к оксидированию.

Для деталей, не имеющих точных размеров, подготовка сводится к обезжириванию и травлению в растворе каустической соды с концентрацией ее 80—120 г/л при температуре 335—345К и выдержкой не менее 2—3 мин. При травлении алюминиевых сплавов на поверхности деталей остается черный налет легирующих компонентов — меди, железа и других примесей. Осветление деталей с удалением всех примесей производят в 10—15%-ном растворе азотной кислоты. Травление силумина выявляет примесь кремния, которая не удаляется в азотной кислоте, но растворяется во фтористоводородной кислоте. Для этого применяют один из растворов, указанных в таблице.

Составы и режимы растворов для осветления силуминов

Подвески для оксидирования изготовляют из дюраля с жестким пружинящим контактом.

Оксидирование в растворах серной кислоты.

Этот способ оксидирования является самым распространенным и проводится путем анодной обработки подготовленных и смонтированных деталей в 15—20%-ном растворе серной кислоты при комнатной температуре и анодной плотности тока 1 —2 А/дм2. В качестве катодов применяют рольный свинец. Выдержка зависит от назначения оксидной пленки. При защитно-декоративном оксидировании выдержка составляет 15—20 мин, что обеспечивает получение оксидной пленки толщиной 4-5 мкм. Большое значение для процесса имеет температура электролита, повышение которой отрицательно сказывается на качестве
оксидной пленки, вплоть до ее растравливания и сползания. Поэтому при длительной работе ванн, а также в летний период электролит необходимо охлаждать. Для этой цели используют водяные рубашки и змеевики, а также фреоновые холодильные установки.

Способность алюминия выпрямлять переменный ток позволяет использовать так называемый "вентильный" эффект для оксидирования алюминия переменным током. Процесс характеризуется применением как однофазного, так и трехфазного тока и отсутствием вспомогательных электродов, так как роль электродов, завешенных на штанги ванны, выполняют оксидируемые детали. Для оксидирования применяют 15%-ный раствор серной кислоты и силовой переменный ток промышленной частоты (50 Гц). Остальные условия режима оксидирования не имеют существенных отличий по сравнению с оксидированием постоянным током.
Оксидная пленка, полученная из сернокислотного электролита и предназначенная для защитно-декоративной отделки, имеет снежно-белый цвет, плотность 3,85 г/см3, толщину 4—5 мкм и является надежной защитой от коррозии. Оксидная пленка не отслаивается от металла, имеет химический состав и твердость корунда и хорошую износостойкость. Жаростойкость оксидной пленки доходит до 2270 К. Оксидная пленка имеет микропористую структуру со средней степенью пористости около 30%.

Пропитывание пор хромпиком или лакокрасочными покрытиями увеличивает коррозионную стойкость оксидной пленки. Заполнение пор анилиновыми и другими красителями широко применяется для получения красивой декоративной внешности изделий, а пропитывание пленки светочувствительными солями используется для фотохимического изготовления различных шкал и табличек. Оксидная пленка обладает высокими электроизоляционными свойствами.

Наиболее простым и надежным способом пассивирования является выдержка деталей в растворе хромпика с концентрацией его около 100 г/л при температуре 353 — 363 К в течение 10 мин. Оксидная пленка при этом приобретает лимонно-желтый цвет.
При цветной отделке поверхности применяется также окраска анилиновыми красителями и заполнение пор расплавленным парафином. Для окраски красителями изделия погружают в 1%-ный раствор выбранного анилинового красителя для шерсти при температуре 345—355 К с выдержкой 2—3 мин.

Процесс глубокого анодного оксидирования в серной кислоте

Применяется для повышения износостойкости в условиях трения, эррозионной стойкости, для создания жесткости тонких листовых конструкций, для теплоизоляционной защиты. Глубокое оксидирование шестерен повышает их износостойкость в 5—10 раз.

Для оксидирования применяют 20%-ный раствор серной кислоты, рабочую температуру от 263 до 267 К и анодную плотность тока 2,5 А/дм2 при начальном напряжении 20—25 В и конечном до 40 В. Рекомендуется непрерывное перемешивание электролита. Оксидная пленка имеет глубину 20—30 мкм.

Для повышения жесткости тонкостенных трубчатых деталей до жесткости латуни применяется тот же электролит и режим оксидирования с повышением плотности тока до 5 А/дм2 и выдержкой 30 мин. Глубина оксидной пленки достигает 60 мкм, а микротвердость 3,4 МПа. Участки, не подлежащие оксидированию, предварительно изолируют лаком ХВЛ-21, окрашенным добавкой метилрота. На сплавах глубокая оксидная пленка имеет черный цвет и структуру с высокой пористостью. При глубоком анодном оксидировании шероховатость поверхности деталей снижается до 2-го класса. Для охлаждения рабочего электролита до 263 К применяют обычные холодильные фреоновые установки.

Оксидирование в щавелевокислых электролитах.

Для алюминия и деформируемых сплавов марок АМг, АМц, АД31 и других широко применяется защитно-декоративное и электроизоляционное оксидирование в растворе щавелевой кислоты. Для оксидных пленок, полученных из щавелевокислых электролитов, характерны малая пористость, естественная окраска в желтые тона и хорошо слышное хрустение оксидной пленки при сгибании тонкостенных деталей. Отслаивания пленки или ухудшения физико-химических свойств ее при этом не происходит.
Процесс оксидирования ведут в растворе щавелевой кислоты с концентрацией 40—60 г/л при комнатной температуре, анодной плотности тока 2,5—3,5 А/дм2 и выдержке 2—3,5 ч. Напряжение постоянного или переменного тока при этом постепенно возрастает от 20—30 до 120 В.

Для получения пленки с пробивным напряжением 500 В процесс ведут в 4%-ном растворе щавелевой кислоты при комнатной температуре. Первоначальное напряжение постоянного тока составляет 30—40 В, После включения тока постепенно, в течение 15 мин, доводят анодную плотность тока до 3 А/дм2. Затем включают систему перемешивания электролита и выдерживают детали в ванне 1,5—2,5 ч, постепенно поднимая напряжение до 100—110 В. Ванны при этом должны быть защищены предохранительными сетками от касания к шинам. Затем детали промывают и сушат при температуре 425 К.

Оксидирование в растворах ортофосфорной кислоты.

Оксидирование сплавов алюминия в ортофосфорной кислоте имеет ограниченное применение и используется главным образом для последующего никелирования или меднения. Для этой цели применяют раствор 350—650 г/л ортофосфорной кислоты при следующем режиме оксидирования: рабочая температура 290—320 К, анодная плотность тока 1—3 А/дм2; выдержка 5—10 мин.

Для правильного ведения процесса необходимо повышенное напряжение от 10 до 15 В и перемешивание сжатым воздухом. Полученная оксидная пленка имеет глубину 3 мкм, весьма пориста, плохо окрашивается, но легко растворима в никелевом и кислом медном электролитах при осаждении этих металлов, что и определяет ее назначение.

Оксидирование в хромовых электролитах.

Оксидные пленки, получаемые из хромовых электролитов, бесцветны, стекловидны, имеют толщину в пределах 2—5 мкм, практически не изменяют размеров деталей, сохраняют блеск полированного алюминия и имеют малую пористость. Вследствие своей твердости, плотности и эластичности применяются для деталей, имеющих точные размеры.
При введении в электролит борной кислоты оксидная пленка приобретает красивый серо-голубой цвет и сходство с эмалированной поверхностью, вследствие чего процесс получил наименование эматалирования.

Состав электролита, г/л
Хромовый ангидрид - 30—35
Борная кислота - 1—2
Рабочая температура, К - 315—320
Выдержка, мин - 55—60
Плотность тока, А/дм2 - 0,5—1

Напряжение при этом процессе в течение первых 30 мин повышают от 0 до 40 В и в последующие 30 мин доводят его до 80 В.

Электролит с более сложным составом, г/л:

Хромовый ангидрид - 6—8
Борная кислота - 8—10
Калий-титан щавелевокислый - 40—45
Щавелевая кислота - 1—2
Лимонная кислота - 1—2
Процесс ведут при 325—335 К и анодной плотности тока до 3 А/дм2 с постепенным повышением напряжения от 0 до 120 В с выдержкой 30—40 мин.

Оксидирование в электролитах из органических соединений.

Электролит с составом, г/л:

Щавелевая кислота - 30
Сульфосалициловая кислота - 100 ,
Серная кислота - 3
Процесс ведут при температуре 285-305 К и анодной плотности тока 2-3 А/дм2.
Продолжительность процесса 40-120 мин.

Скорость образования оксидных пленок доходит до 1 мкм/мин. Необходимо механическое перемешивание электролита. Напряжение тока возрастает во время роста толщины оксидной пленки с 25—30 до 50—80 В. На силумине марки АЛ-2 пленка имеет темно-серый цвет, на сплавах АМГ — золотисто-коричневый и на дюралях типа Д1—зелено-голубой. Пленки обладают высокой эластичностью, хорошей коррозионной стойкостью и надежными электроизоляционными свойствами.

Для удаления забракованной оксидной пленки, полученной из указанных электролитов, без потери размеров рекомендуется следующий состав раствора:

Ортофосфорная кислота (плотностью 1,5 г/см3) — 35 мл/л;
Хромовый ангидрид — 20 г/л.

Процесс ведут при температуре 365—370 К с выдержкой 10—20 мин.

Химическое оксидирование алюминия.

В тех случаях, когда оксидирование производят в целях защиты от коррозии или в качестве грунта под окраску, целесообразно применять химическое оксидирование, более дешевое и не требующее электрооборудования. Так, из числа нескольких составов для защитно-декоративного оксидирования рекомендуется следующий состав, г/л:

Ортофосфорная кислота - 40—50
Кислый фтористый калий - 3—5
Хромовый ангидрид - 5—7
Процесс ведут при температуре 290—300 К с выдержкой в 5—7 мин.

Этот раствор пригоден для оксидирования алюминия и всех его сплавов. Полученная защитная пленка имеет оксидно-фосфатный состав, толщину около 3 мкм, красивый салатно-зеленый цвет и обладает электроизоляционными свойствами, но не пориста и не окрашивается красителями. Корректировка раствора проводится главным образом фторидами. Способ весьма прост в эксплуатации, не требует квалификации исполнителей и в 2—3 раза экономичней электролитических.

© Desti 2006 www.chipmaker.ru