Урок 11.6ПокрыватьГлава 11 · Покрытия и отделка поверхности

Анодирование

Ток выращивает твёрдый оксид из самого алюминия

Анодирование выращивает на алюминии твёрдую защитную оксидную плёнку: деталь помещают в кислотную ванну и пропускают через неё электрический ток. Цветной металл корпуса ноутбука, карабина или фонарика — это анодированный алюминий. В отличие от краски или гальванопокрытия, сверху ничего не наносится: поверхность самого металла превращается в слой, похожий на керамику.

Фото: Polyparadigm, Public domain, через Wikimedia Commons

Анодирование · ванна, затем оксидный слой: выращен, окрашен и уплотнёнЦифры в кружках соответствуют шагам ниже. Три нижние панели увеличивают оксидный слой, который на деле намного тоньше, чем нарисован.

Как это работает

Очистить и протравить. Деталь обезжиривают, затем травят в щелочной (сильно щелочной) ванне и осветляют (окунают в кислоту, чтобы снять рыхлый налёт). Травление даёт матовый вид, химическая полировка — блестящий.
Закрепить как анод. Деталь плотно зажимают на алюминиевой или титановой подвеске и опускают в кислоту — обычно в серную, при температуре около 20 °C. Здесь деталь — анод (положительный электрод), всё наоборот, чем при гальванопокрытии.
Включить ток. Источник постоянного тока, обычно около 15–20 В для стандартного сернокислотного анодирования, гонит ток от детали к катодным пластинам в ванне.
Растёт оксид. Кислород из воды вступает в реакцию с поверхностью алюминия и образует оксид алюминия. Слой растёт частично внутрь металла, частично наружу и пронизан крошечными прямыми порами; обычно это занимает 20–60 минут.
Краситель (по желанию). Открытые поры впитывают органические красители, как губка, и деталь становится чёрной, красной, синей, золотистой и других цветов. При бесцветном анодировании этот шаг пропускают.
Уплотнение. Горячая вода почти кипящей температуры либо никелевая или другая уплотняющая ванна заставляет оксид набухнуть и закрывает поры. Это фиксирует краситель и сильно повышает коррозионную стойкость.

Твёрдое анодирование ведут при более низкой температуре, около 0 °C, и при более высоком напряжении, чтобы вырастить намного более толстый и твёрдый слой для деталей, работающих на износ. Титан и магний тоже можно анодировать; на титане тонкий оксид даёт яркие цвета за счёт интерференции света, без красителя.

Ключевые факты

Материалы: В основном алюминиевые сплавы; также титан и магний. Сплавы с большим содержанием меди или кремния анодируются хуже
Типичные детали: Корпуса ноутбуков и телефонов, экструдированные оконные рамы, посуда, снаряжение для скалолазания, детали велосипедов, авиационные детали
Размер детали: От мелких винтов до профилей длиной в несколько метров; предел задаёт ванна
Точность: Тонкий и ровный слой: стандартный обычно 5–25 мкм, твёрдое анодирование около 25–100 мкм; около половины толщины приходится на рост наружу, на каждой поверхности
Качество поверхности: Повторяет поверхность под слоем (матовая после травления или пескоструйной обработки, блестящая после полировки), вид ровный, сатиновый или глянцевый
Подходящая партия: От единичных деталей до непрерывного производства профилей и потребительских товаров
Стоимость оснастки и оборудования: Подвески дёшевы; полная линия анодирования с ваннами, выпрямителями, чиллерами и очисткой стоков стоит сотни тысяч и больше
Скорость: Примерно 20–60 минут в ванне анодирования плюс очистка, окрашивание и уплотнение; весь цикл занимает около 1–2 часов

Сильные стороны и ограничения

Сильные стороны

Часть самого металла, поэтому не отслаивается и не облезает, как краска
Твёрдый и износостойкий, особенно при твёрдом анодировании
Тонкий и предсказуемый, поэтому плотные посадки сохраняются
Много стойких цветов, при этом просвечивает металлический блеск

Ограничения

Работает только с алюминием, титаном, магнием и ещё несколькими металлами
Оксид хрупкий и может треснуть, если деталь изогнуть
Электрически изолирует, поэтому места контакта нужно маскировать или обрабатывать механически
Некоторые цвета, особенно красные и синие, выцветают на сильном солнце

Где применяется

Бытовая электроникаКорпуса ноутбуков, телефонов и планшетов, детали наушников, корпуса ПК
АрхитектураОконные рамы, навесные стены, фасадные панели, поручни
Авиация и оборонная отрасльДетали планера, детали приводов и корпуса с твёрдым анодированием
Спорт и активный отдыхКарабины, велокомпоненты, фонарики, рыболовные катушки
КухняПосуда с твёрдым анодированием, кухонные принадлежности, детали эспрессо-машин
МашиностроениеПневмоцилиндры, поршни, шкивы, корпуса клапанов

Как узнать процесс

Цветной или серебристый металл с сатиновым, слегка глубоким блеском, сквозь цвет которого проступает фактура металла.
Нет слоя, который можно процарапать до другого цвета; глубокая царапина показывает светлый голый алюминий.
Небольшие неокрашенные пятна в местах, где деталь была зажата на подвеске, часто на кромке или внутри отверстия.
Поверхность, которая, как показывает простой тестер, не проводит электричество, хотя деталь металлическая.

Сравните с

Гальваническое покрытие11.5деталь служит катодом и получает из ванны новый металл; при анодировании она — анод, а её собственная поверхность превращается в оксид.Порошковая окраска11.2наносит более толстый пластиковый слой и тоже часто применяется на алюминии, но лежит сверху и может отколоться.PVD-покрытие11.8осаждает очень тонкие твёрдые металлические слои в вакууме, например на инструментах и часах.

Смотрите

Yijin Solution · Объяснение для начинающих: оксид, выращенный в кислотной ванне

Captain Corrosion · Очистка, травление, анодирование, окрашивание и уплотнение — шаг за шагом

RAPID DIRECT · Экскурсия по линии анодирования, ванна за ванной

Gamers Nexus · Подвески с деталями корпусов ПК: анодирование и окрашивание на настоящем заводе

Смотреть реальные фото

Википедия: анодирование — фотографии цветных анодированных деталей и схема пористой структуры оксида
Поиск фотографий в Wikimedia Commons

Запомните

Анодирование превращает поверхность алюминия в оксид; сверху ничего не добавляется.
Деталь — положительный электрод, оксид растёт с порами, которые могут принять краситель.
Уплотнение закрывает поры и фиксирует цвет и коррозионную стойкость.