Анодная обработка алюминия (анодирование, полирование, эматолирование). Применение в полиграфии

Методы получения оксидной плёнки:

• химический;
• электрохимический (при стационарных и не стационарных токах).

Свойства плёнок:

• защитные;
• защитно-декоративные;
• функциональные (высокая твёрдость и износостойкость, высокое сопротивление, высокие электроизоляционные свойства, высокие адсорбционные свойства, высокие гидрофильные свойства, возможность наполнения плёнок).

Виды электролитов:

• не травящие оксидную плёнку (слабые кислоты);
• травящие (сильные кислоты: серная, фосфорная, хромовая, щавелевая).

Виды анодной обработки:

• электрополирование;
• анодирование;
• эматалирование.

Виды предварительной обработки:

• обезжиривание;
• травление;
• осветление;
• зернение.

Заключительные операции:

• пропитка;
• окрашивание;
• уплотнение (проводят в воде при температуре 90-100°С).

Анодными методами электрохимической  обработка металлов являются различные  виды электрохимического травления, полирование, формообразование, размерная обработка, оксидирование и другие. Во всех анодных процессах происходит либо растворение металла (локализованное в определенных местах или равномерное по всей поверхности), либо превращение поверхностного слоя металла в оксидный или другой слой.

Анодная обработка алюминия в электролитах, содержащих до 100 г / л кислоты, сопровождается повышением напряжения на ванне до 70 - 90 в. В разбавленных растворах уже после образования пленки небольшой толщины наступает электрический пробой. В более концентрированных растворах формируются пленки толщиной до 10 мкм, но процесс часто сопровождается растравливанием оксида вследствие местного разогрева электролита.

При анодной обработке алюминия в растворе сульфосалициловой кислоты получаются плотные, но тонкие пленки барьерного типа, непригодные для использования в гальванотехнике. 

Пленки, образующиеся при анодной обработке алюминия, обладают достаточной толщиной и рядом ценных свойств. Они защищают металл от коррозии и являются хорошим подслоем под лакокрасочные покрытия. Анодные пленки на алюминии обладают большим сопротивлением к истиранию, имеют высокое омическое сопротивление и хорошо окрашиваются, что позволяет придать изделиям из анодированного алюминия красивый вид. Для анодного окисления используют два типа электролитов.

Пленки, образующиеся при анодной обработке алюминия, обладают достаточной толщиной и рядом ценных свойств. Они защищают металл от коррозии и являются хорошим подслоем под лакокрасочные покрытия. Анодные пленки на алюминии обладают большим сопротивлением к истиранию, имеют высокое омическое сопротивление и хорошо окрашиваются, что позволяет придать изделиям из анодированного алюминия красивый вид. Для анодного окисления используют два типа электролитов.

 

 

Полирование сплавов

Полирование является отделочной операцией обработки металлических и неметаллических поверхностей. Суть полирования — снятие тончайших слоев обрабатываемого материала механическим, химическим или электролитическим методом и придание поверхности малой шероховатости и зеркального блеска.

Виды полирования:

• Ручное полирование (в единичном производстве и при ремонтных работах).
• Ручное полирование с применением полировальных кругов (мелкосерийное и единичное производство).
• Машинное полирование (серийное и крупносерийное производства, полирование точное и уникальное).
• Гидроабразивное полирование (крупносерийное и массовое производство).
• Магнитно-абразивное полирование (мелкосерийное и серийное производство)
• Ультразвуковое полирование (среднесерийное производство, полирование твердых сплавов).
• Электролитическое полирование (массовое производство).
• Химико-механическое полирование (обработка твердых сплавов на кобальтовой связке).

Электрохимическое полирование (ЭХП) заключается в преимущественном анодном растворении выступов на шероховатой поверхности и приводит к достижению низкой шероховатости (электрохимическое сглаживание) или зеркального блеска поверхности (глянцевание). Глянцевание улучшает декоративные свойства изделия, придает поверхности высокую отражательную способность. ЭХП и сглаживание поверхности применяют для повышения эксплуатационной надежности, долговечности и др. эксплуатационных свойств деталей.

Положительное влияние ЭХП на изделие объясняется несколькими причинами:

1. удаление дефектного (деформированного, имеющего трещины, повышенное содержание вредных элементов) поверхностного слоя, образовавшегося при механической, термической, электрической обработке изделия;
2. уменьшение шероховатости поверхности и сглаживание профиля поверхности;
3. образование тонкой поверхностной оксидной пленки, предохраняющей металл от коррозионного воздействия среды.

Анодное растворение в режимах ЭХП тонкого поверхностного слоя металла, загрязненного радиоактивными веществами - один из основных методов радиохимической дезактивации оборудования. При ЭХП обычно удаляется слой металла от 2,5 до 80 мкм. Конечная шероховатость поверхности определяется исходной шероховатостью, продолжительностью ЭХП, условиями проведения процесса (температура, плотность тока), составом электролита (растворы щелочей, солей, но чаще всего смеси кислот). Получению высокого качества ЭХП мешают большие размеры кристаллических зерен, неравномерная структура, наличие неметаллических включений (напр., карбидов), глубокие следы прокатки, слишком высокая начальная шероховатость поверхности.

 

 

Полирование алюминия

Для полирования алюминия и некоторых  его сплавов применяют электролиты  на основе фосфорной кислоты и  щелочные фосфатные электролиты. В  кислых растворах процесс идет при  значительно большей плотности  тока, и достигаются более интенсивный блеск и сглаживание микрошероховатостей поверхности. В таких электролитах полируются алюминий различных марок и его сплавы с магнием, марганцем, медью. Добавочными компонентами кислых электролитов обычно являются серная кислота и хромовый ангидрид. В последние годы появились сообщения об использовании добавок органических соединений.

Щелочные электролиты применяют  для полирования деталей из алюминия. Они не обеспечивают интенсивного сглаживания  микрошероховатостей, но сообщают поверхности  металла блеск, который требуется  при отделке изделий. Чем выше чистота алюминия, тем интенсивнее  будет блеск его поверхности.

Для полирования мелких алюминиевых  деталей используют следующий состав раствора: 60 см3 ортофосфорной кислоты, 200 см3 серной кислоты, 150 см3 азотной  кислоты, 5 г мочевины. Режим работы: рабочая температура 100- 110° С, выдержка 15-20 с. Полирование деталей из алюминиево-магниевого сплава АМг производят в одном  из растворов следующего состава: 500 или 300 см3 ортофосфорной кислоты, 300 или 450 см3 серной кислоты (аккумуляторной), 150 или 170 см3 азотной кислоты.

 

 

 

Эматалирование алюминия

Широкое использование алюминия и алюминиевых сплавов, несмотря на недостаточную антикоррозионную стойкость, возможно благодаря применению надежных противокоррозионных покрытий.

Среди новых технологических способов защиты от коррозии и декоративной отделки поверхности алюминиевых сплавов важное место занимает эматалирование. Эматалирование — электрохимическая анодная обработка алюминия и его сплавов, в результате которой на их поверхности образуются непрозрачные молочно-эмалевидные пленки. Это один из наиболее эффективных способов защиты алюминия и его сплавов от коррозии, значительно превосходящий по своим защитным качествам самый распространенный способ — сернокислотное оксидирование.

Эматалированные изделия имеют улучшенный декоративный вид, повышенное сопротивление воздействию коррозионных сред, термических ударов, органических растворителей и пищевых продуктов. Эматалирование используют в производстве медицинских инструментов, изделий торгового оборудования, светотехнической аппаратуры и санитарно-технического назначения, а также в приборостроении и т. д.

В отличие от анодных пленок, которые  практически не изменяют свою фактуру  основного металла, эматалевые покрытия способны придавать поверхности  «неметаллический» вид. Поэтому  эматалирование применяют также  при изготовлении холодильников, торгового  оборудования и столовой посуды.

В процессе эматалирования заданную плотность тока поддерживают за счет увеличения напряжения от 70 до 130 В. При  напряжении 130 В детали в электролите  выдерживают 30 мин, после чего плотность  тока снижают до 0,5 А/дм². В процессе работы значение рН электролита должно быть в пределах 1,0 - 2,0.

Перед эматалированием детали проходят подготовительные операции, как и  перед анодированием. После эматалирования детали с приспособлением снимают  с анодной штанги, предварительно выключив ток и остановив мешалку, промывают их в теплой воде (50 -60°С) в течение 0,5 мин и осветляют  в растворе азотной кислоты (1:1). Затем  детали снова промывают в холодной воде и уплотняют эматаль-покрытием  в кипящей дистиллированной воде в течение 30 мин. После этого детали протирают поролоновой губкой, смоченной  в растворе, состоящем из дистиллированной воды и детского мыла.

 

 

 

Травление сплавов

Травление — группа технологических приёмов для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием специально подбираемых химических реактивов. Ряд способов травления предусматривает активацию травящих реагентов посредством других физических явлений, например, наложением внешнего электрического поля при электрохимическом травлении, ионизацией атомов и молекул реагентов при ионно-плазменном травлении и т.п.

Основные виды травления:

• химическое («жидкое»),
• электрохимическое,
• ионно-плазменное («сухое»).

Процесс травления может  сопровождаться газовыделением. В частности, кислотное травление металлов часто  сопровождается выделением водорода, что требует применения особых мер  безопасности.

Электрохимическое травление (ЭХТ) объединяет несколько технологий, основанных на анодном растворении металла. ЭХТ применяют для очистки поверхсти всевозможных деталей, проволоки, лент, труб от разнообразных загрязнений (оксидных, жировых и др.) в качестве предварительной обработки перед нанесением покрытий, прокаткой и др. ЭХТ для очистки от загрязнений производят в растворах кислот, обычно содержащих различные добавки (напр., ингибитор коррозии), в щелочных растворах или расплавах при постоянном или переменном токе. ЭХТ подвергают практически любые металлы и сплавы. ЭХТ используют для осуществления, так называемого электрохимического фрезерования с целью получения заданного "рисунка" на поверхности детали локальным анодным растворением металла. Места, которые не должны подвергаться растворению, покрывают слоем фоторезисторного материала или специальным трафаретом. Таким образом, можно производить обработку деталей типа печатных плат, перфорирование, а также травление в декоративных целях. Анодным травлением удаляют заусенцы и скругляют острые кромки. 

Важная область использования ЭХТ - развитие поверхности (увеличение удельной площади поверхности). Наиболее широкое промышленное применение имеет травление алюминиевой фольги в хлоридных растворах для электролитических конденсаторов; этот процесс позволяет повысить удельную поверхность в сотни раз и увеличить удельную емкость конденсаторов, уменьшить их размеры. Развитие поверхности методом ЭХТ применяют для улучшения адгезии металла к стеклу или керамике в электронной технике, копировального слоя к печатным формам в полиграфии, усиления сцепления покрытия с металлом при эмалировании металлических изделий и др. Анодным травлением снимают дефектные гальванические покрытия с деталей с тем, чтобы возвратить их в производство, а также при регенерации металлических пластин офсетных биметаллических печатных форм.  ЭХТ применяют в практическом металловедении; широко известно анодное травление металлографических шлифов для выявления микроструктуры сплавов. При этом травление проводят в таких условиях, когда достаточно резко проявляется различие скоростей растворения разных по хим. и фазовому составу компонентов сплава. В результате избирательного ЭХТ могут быть выявлены границы фаз, сегрегация фосфора в стали, дендритная структура титановых сплавов, сетка трещин в хромовом гальванопокрытии, оценена склонность нержавеющей стали к межкристаллитной коррозии.