Анодований алюміній: що це і де застосовується

Алюміній — це метал, який легко окислюється на повітрі. Процес окислення створює на поверхні алюмінієвого виробу оксидну плівку. Вона оберігає метал від подальшого окислення, але не здатна повноцінно захистити алюміній від корозії в силу своїх невеликих розмірів. На основі цих властивостей металу був розроблений метод захисту алюмінієвих деталей — анодування. Методика передбачає створення більш міцного шару плівки, ніж при натуральному процесі, що позитивно позначається на властивостях товару.

Важливим є те, що не будь-сплав алюмінію можна піддати анодуванню. Серія сплаву може вплинути на кінцеві властивості продукту, тому до процесу підходять з особливою уважністю. Деякі сплави не підходять під цей процес, тому, що утворюють ненадійний шар або непривабливий колір. Краще за всього для створення надійного оксидного шару підходять марки 5-7.

Матеріали, захищені від корозії методом анодування, набувають ряд переваг:

підвищена стійкість до дій навколишнього середовища, що дозволяє застосовувати матеріал для конструювання суден і опор мостів;
привабливий зовнішній вигляд, що дозволяє застосовувати такі вироби в декоративних цілях;
низька вартість виробництва;
простий технологічний процес;
стійкість до механічних пошкоджень, подряпин і тріщин. Це робить можливим застосування такого металу в умовах з підвищеного механічного навантаження, наприклад, в літакобудування та автомобілебудуванні;
негорючість. Оксидний шар стає єдиним цілим з деталлю на молекулярному рівні, що унеможливлює його займання;
нетоксичність вироби;
можливість вторинної обробки. Анодований алюміній придатний для вторинної обробки завдяки відсутності додаткових хімічних елементів у його складі;
тривалий термін експлуатації виробу;
низька маса;
теплові властивості. Алюміній, покритий чорному шаром оксиду, здатний виступати у якості радіатора, а вироби з нього з поверхнею, що відбиває можуть виступати в ролі конвекторів;

Такі якості роблять анодування варіантом вибору для продовження терміну служби металевих профілів, що відбилося на варіативності технології виготовлення.

Як відбувається анодування алюмінію?

Анодування є хімічним процесом, який вимагає послідовної роботи. За основу взято принцип електрохімічної дисоціації, де у якості анода виступає безпосередньо деталь, а у якості катода — пластини свинцю або хімічно чистий алюміній. Процес відбувається в гальванічній ванні з участю сірчаної кислоти, на яку подається електричний струм.

Концентрація кислоти досягає 20%, сила постійного струму становить 1-2 ампер на квадратний дециметр, змінного — до 3 ампер, а температура розчину становить 20-22 градуси за Цельсієм. Підвіски, які утримують алюміній, повинні бути виконані з того ж матеріалу, що і виріб анода. Оскільки це не завжди можливо, то допускається використання алюмінієвих і дюралевих сплавів. Катоди розміщуються з боків ванни, на відстані, в якому можна розмістити достатній обсяг електролітів. Площа анодів повинна відповідати площі катодів.

Зазначимо, що місця кріплення підвісок можуть не повною мірою піддаватися анодуванню, тому варто враховувати той факт для чого буде використовуватися виріб. Після електролітної ванни метал обмивають проточною водою та обробляють 5% розчином аміаку. Це виконують для нейтралізації поверхні виробу, після чого знову промивають проточною водою.

В цілях поліпшення якостей матеріалу виконують додаткову обробку біхроматом натрію при температурі 95 градусів за Цельсієм протягом пів години. Профіль при цьому приймає характерний зеленувато-жовтий колір.

Процес анодування протікає досить інтенсивно, часто з появою спалахів на поверхні виробу. Метал миттєво розплавляється та окислюється, що дозволяє електроліту під впливом струму міцно притискатися до основи. Цей процес визначає структуру поверхні алюмінію, вона стає ребриста, місцями ніби надколена.

В анодуванні крім сірчаної кислоти у якості електролітів можуть виступати й інші кислоти, які можуть надати алюмінію унікальні характеристики:

Щавлевокислий електроліт. Розчин з концентрацією від сорока до шістдесяти грамів на літр, відрізняється жовтим кольором, і має показники твердості та пластичності. При згинанні поверхні плівки можна почути характерний тріск, але властивості при цьому не втрачаються. Відрізняється низькою адгезійною здатністю і пористістю;
Ортофосфорний електроліт. Розчин ортофосфорної кислоти з концентрацією 350-550 грам на літр застосовується як проміжний етап перед процесами обміднення і нікелювання. Відрізняється тим, що погано піддається фарбуванню, але відмінно розплавляється в нікелевому і мідному розчинах;
Хромовий електроліт — розчин хлорового ангідриту і борної кислоти. Отримана плівка володіє характерним сіро-блакитним кольором і текстурі нагадує емальовану поверхню. Такі властивості дозволяють застосовувати метал в декорації фасадів і інших зовнішніх конструкцій;
Змішаний органічний електроліт; дозволяє анодувати з використанням комбінації кислот, що виявляється у варіативності квітів одержуваного виробу.

Відзначимо, що при використанні кислот варто регулярно вентилювати приміщення, оскільки їх пари можуть бути небезпечні для здоров'я людини.

Методика виконання анодування може відрізнятися не тільки використовуваними електролітами, але і самим підходом до її виконання.

У виробництві застосовують три види цієї технології:

Тепле анодування. Це досить проста маніпуляція, яку можна провести кілька разів. Проводиться шляхом застосування сірчаної кислоти у якості розчинника, а також органічних барвників. Спосіб схожий з класичним методом, але відрізняється тим, що вироби попередньо знежирюють та анодують до молочного кольору. Після виконаних маніпуляцій проводиться фарбування в гарячих розчинах. Методика дозволяє надавати деталей необхідне забарвлення, або створити кілька колірних відтінків на одній поверхні. Зазначимо, що в таких випадках метал приймає ще й антикорозійні властивості, але ступінь захисту у нього менше ніж при застосуванні інших методів;
холодне анодування. Ця процедура проходить в умовах знижених температур від +10 до -10 градусів за Цельсієм. У якості електроліту використовується сірчана кислота. Відзначимо, що матеріал не покривають органічними барвниками, оскільки його колір залежить від складу алюмінієвого сплаву і може варіюватися від чорного до золотого. Технологія передбачає додаткове зварювання в дистильованій воді з подальшим охолодженням вироби;
Тверде анодування. У якості електроліту тут виступають одразу декілька кислот: сірчана, борна, щавлева. Така методика застосовується найчастіше в промисловості, оскільки при використанні декількох кислот отримують більш міцне і тверде покриття металу.

Альтернативним методом є нікель фторидний метод. Він дає металу ще більше антикорозійних властивостей, хоча при цьому робить алюміній більш м'яким. Відбувається процес шляхом холодного зварювання, яка передбачає включення фторидного нікелю в сплав до анодованого алюмінію. Спочатку поверхню виробу володіє порами, які в процесі методики закриваються іонами фтору, викликаючи зсув кислотно-лужного балансу. Вони своєю чергою притягують іони нікелю, які осідають в порах і тим самим утворюють надійний загерметизований шар плівки.

У процесі створення оксидної плівки використовується значна кількість отруйних речовин. Пари кислот, утворені під час електрохімічної дисоціації несуть найбільшу загрозу для персоналу. Тому зазначимо, що анодувати метал необхідно в захисному одязі із застосуванням респіраторів, а також не забувати вентилювати приміщення. Тепла і холодна методика здійсненна в домашніх умовах, з дотриманням усіх норм безпеки.

Проводити заходи краще на відкритому повітрі з використанням масок і рукавичок. У разі потрапляння кислоти на шкіру, обробіть місце розчином соди, а у разі потрапляння на слизові оболонки очей та ротової порожнини варто негайно звернутися до медичних фахівців. Окремо виділимо, що в процесі застосовується струм високої напруги, тому варто убезпечити себе та оточення ізоляційними конструкціями.

Де використовується анодований алюміній

Анодований алюміній відомий людству понад п'ятдесят років, що позначається на сферах застосування металопрокату з нього.

Анодована поверхня має адгезивними властивостями, дозволяючи використовувати її як основу для фарби. Є першим промисловим застосуванням таких виробів. Наприклад, починаючи з середини двадцятого століття анодовані профілі застосовуються у військово-повітряної галузі Великобританії, де на основі електролітних властивостей алюмінію виконувалися фюзеляжі літаків. На сьогодні без анодування не обходиться забарвлення кораблів, автомобілів, поїздів. Такі покриття мають довгий термін служби, а також справляються з впливами солоної води, механічних і термічних сил.

Застосовують його і в якості елементів оздоблення вікон, дверей, фасадів, перегородок і перил. Такі вироби знаходять своє місце в цивільному авіабудуванні, де потрібні деталі з антикорозійними властивостями без додаткового фарбування. Є невід'ємною частиною морської галузі, де умови впливу корозії приведені до максимуму. З анодованих профілів виконують корпуси кораблів, які розташовані нижче ватерлінії, а також бортові крани, лопаті суден і якорі. Говорячи про військову галузь, відзначимо використання таких матеріалів в бронемобілях.

Анодовані деталі можуть володіти різними колірними характеристиками в залежності від застосовуваної технології. Ця особливість дозволяє застосовувати алюміній в дизайнерських цілях, для облаштування фасадів та елементів зовнішньої обробки. Також можна зустріти відполіровані рейкові полки, що імітують колір золота, міді або срібла.

Раніше алюмінієві вироби, які не піддавалися анодованій обробці, часто викликали скарги робітників на те, що після роботи з ними залишаються сірі сліди на пальцях. Така проблема зустрічалася у цехах текстильних ще з середини двадцятого століття. Це пов'язували з тим, що в'язальні спиці мали великі пори, які забиваються пилом і брудом. З використанням анодованого металу проблема була вирішена, адже виріб отримало заповнення пір.

Прожектори також покриваються алюмінієвим шаром для відбиття променів світла. Заводський виріб володіє необхідними властивостями, які запобігають розсіювання променя, але поступовий вплив корозії змінює цей показник, що знижує ефективність прожектора. Використання анодованих листів допомагає уникнути передчасної втрати корисної дії. Також такі матеріали легше піддаються чищенню, що спрощує експлуатацію виробу.

Що стосується сфери теплових відбивачів, то анодований метал відмінно підходить для нагрівальних рефракторів. Такі пристрої збільшують свою ефективність за рахунок властивостей алюмінію. Крім систем нагріву, анодний алюміній зустрічається і в охолоджувальних кулерах. Такі пристрої можна зустріти у відеокартах, які обробляються чорним кольором, щоб уникнути надмірного виділення тепла і як наслідок перегріву системи.

У кінці двадцятого століття в автомобілебудуванні почали переходити від пластикових поршнів циліндрів двигунів у бік більш міцних матеріалів. Одним з таких став анодний алюміній, який краще справляється з нагрівом, які виникають в результаті тертя, а також менш вимогливий до масла, адже схильний гідротермічної гідратації.

Термін служби двигунів став більше, оскільки алюмінієві циліндри та поршні відрізнялися високою зносостійкістю. Наявність щербин на поверхні циліндра не завжди призводило до капітального ремонту двигуна, оскільки запас міцності поршня залишався незмінним. Тверде анодне покриття і зараз використовується в конструюванні підвіски, а також в несучих елементах кузова — лонжеронах.

Оксидне покриття володіє здатністю ізолювати струм, але оскільки плівка може бути нанесена нерівномірно, то існує небезпека пробою струму. З-за цього анодований алюміній рідко застосовують у цілях ізоляції, але часто використовують як елемент трансформатора, щоб полегшити його вагу.

Алюміній — легкий метал, що володіє високою міцністю, що допомагає створювати з нього білборди. Відбиваюча здатність дозволяє застосовувати виріб для встановлення дорожніх знаків, а також обмежувальних елементів дороги.

Анодований алюміній також застосовують для облаштування житлових споруд, оскільки здатний витримувати великі навантаження. Вироби з такого матеріалу також застосовуються для прикрашання тканин, можуть бути елементами полотна картин або рамами для них.

У побутовій техніці алюміній може виступати як декоративним елементом, так і функціональним — наприклад, в мікрохвильових печах і холодильниках для підтримки постійної температури під час роботи. Ще одне застосування анодованого алюмінію — створення світловідбивних смуг на захисних жилетах співробітників поліції та дорожніх служб.

Анодування алюмінію — технологічний процес, який надає металу унікальні властивості. Алюміній стає міцним, стійким до дії навколишнього середовища і може бути затребуваним у тому числі та для створення різного декору. Методика є простою — її можна повторити в побутових умовах за умови суворого дотримання всіх норм безпеки. Така продукція затребувана більш ніж половина століття і служить прикладом того, як знання хімічних процесів дозволяє покращувати життя людини, а також відкрити нові можливості.