Anodowanie

Jednym ze sposobów poprawy własności powierzchniowych metali(np. odporności na korozje lub ścieranie) jest wytwarzanie tzw. powłok konwersyjnych. Są to warstewki tlenkowe, chromianowe lub fosforanowe. Powłoki tlenkowe wytwarza się zwykle w procesie elektrolizy zwanym anodowaniem.

Warstewki tlenku glinu Al2O3 uzyskuje się w procesie anodowania prowadzonym w elektrolizerze, w którym anodą jest utleniany przedmiot aluminiowy, natomiast katodę stanowi metal odporny na działanie elektrolitu. Proces elektrolizy prowadzi się w określonych warunkach prądowych oraz w stałej temperaturze.

W trakcie elektrolitycznego utleniania aluminium wyróżnia się kilka etapów narastania powłoki tlenkowej:

  • 1. Powstawanie cienkiej i zwartej tzw. warstewki zaporowej (barierowej).
  • 2. Przebudowa warstewki zaporowej na granicy faz: tlenek-elektrolit – powstawanie warstewki porowatej, w której dochodzi do pojawienia się pęknięć w warstwie barierowej, co sprzyja tworzeniu się porów, do wnętrza których dyfunduje elektrolit.
  • 3. Wzrost grubości warstwy porowatej, pogłębiania się porów i tym samym narastania warstewki w głąb metalu.

Sztucznie wytworzone powłoki tlenkowe na aluminium są znacznie grubsze od warstewek tworzących się w sposób naturalny. Jednak , podobnie jak warstewki naturalne , wykazują one znakomitą przyczepność do podłoża i nie można ich usunąć z powierzchni metalu w sposób mechaniczny. Warstwa tlenkowa na aluminium zbudowana jest z gęsto ułożonych heksagonalnych komórek, wewnątrz których położony jest por. Średnicę porów , odległość między porami czy grubość ścianek komórki można regulować przez odpowiedni dobór warunków elektrolizy.

Dzięki charakterystycznej budowie warstewki tlenkowej, powierzchnia tlenku glinu jest silnie rozwinięta i posiada dobre zdolności absorpcyjne.

Proces anodowego utleniania obejmuje szereg etapów:

  • 1. Przygotowanie powierzchni-przed anodowaniem elementy aluminiowe powinny być dokładnie oczyszczone, aby elektrolit zwilżał równomiernie całą ich powierzchnię.
  • 2. Proces anodowego utleniania w elektrolicie dobranym odpowiednio do przeznaczenia powłoki.
  • 3. Barwienie powłok . W celu uzyskania barwnych powłok tlenkowych na aluminium stosuje się barwniki organiczne i sole nieorganiczne. Po zanurzeniu detali aluminium pokrytych powłoką tlenkową w kąpieli barwiącej następuje dyfuzja barwnika w głąb porów, aż do warstwy zaporowej. Wewnątrz powłoki barwnik zostaje zaabsorbowany na bocznych ścianach porów.
  • 4. Uszczelnianie powłok. Podczas uszczelniania następuje zasklepienie porowatej powłoki tlenkowej. Po tym zabiegu powłoka uzyskuje gładką , szklistą powierzchnię, a tym samym doskonale zabezpiecza metal podłoża przed korozją. Podczas uszczelniania warstwa tlenkowa zmienia swą budowę – tworzy się uwodniony tlenek(bemit). Reakcji tej towarzyszy pęcznienie , które prowadzi do zamknięcia porów i wytworzenia bardzo gładkiej powierzchni. Substancje zaabsorbowane przez powłokę są w niej „uwięzione” i nie można ich usunąć bez zniszczenia powłoki.

Anodowanie (eloksacja - ELektrolityczna OKsydacja) - powierzchniowa obróbka metali polegająca na elektrolitycznym wytworzeniu warstwy tlenku. Anodowanie stosuje się głównie w stosunku do aluminium i jego stopów, ale może być także stosowane do niektórych odmian stali, tytanu i stopów magnezu. W przypadku anodowania aluminium można spotkać się z terminem eloksalacja (ELektrolityczna OKSydacja ALuminium). Dodatki stopowe w stopach glinu pogarszają wygląd anodowanego przedmiotu, a przy ich dużej ilości mogą całkiem uniemożliwić przeprowadzenie procesu.

Anodowanie stosuje się w trzech celach:

  1. do antykorozyjnego i mechanicznego zabezpieczenia powierzchni metalu
  2. w celach zdobniczych - anodowane stopy aluminium uzyskują charakterystyczną fakturę, a poprzez dodawanie do elektrolitu substancji barwiących można uzyskiwać na powierzchni trwałe, nieścieralne powłoki kolorowe.
  3. w celu wytworzenia warstwy izolacyjnej na folii aluminiowej, którą można potem stosować do produkcji kondensatorów

Przedmiot w kąpieli elektrolitycznej spełnia funkcję anody, elektrolitem najczęściej jest kwas siarkowy. Podczas elektrolizy, po przyłożeniu do elektrod napięcia stałego 12-20 V wydziela się tlen, który reagując z metalem, tworzy przeźroczystą powłokę.

anodowanie anodowanie

Typy anodowania:

Anodowanie typu I

Warstwę tlenku wytwarza się przez kąpiel w roztworze kwasu chromowego jako elektrolitu. Polecane, kiedy przedmiot, ze względu na skomplikowaną powierzchnię, stwarza ryzyko uwięzienia elektrolitu. Często stosowane przy anodowaniu odlewów. Powłoka tlenkowa w 50% wrasta w element i 50% wyrasta ponad jego powierzchnię. Powłoka jest cienka i ciemna ale twardsza od powłoki tej samej grubości powstałej w wyniku anodowania typu II.

Anodowanie typu I można podzielić na następujące podtypy:

  1. Typ I - Anodowanie w kwasie chromowym
  2. Typ I B - Anodowanie w kwasie chromowym przy użyciu obniżonego napięcia.
  3. Typ I C - Anodowanie w kwasach innych niż chromowy. Stosowane jako alternatywa dla typu I i IB - np. metoda Boeinga polega na anodowaniu w kwasie bornym.

Anodowanie typu II

Warstwę tlenku wytwarza się przez kąpiel w roztworze kwasu siarkowego jako elektrolitu. Jest to najbardziej rozpowszechniony rodzaj anodowania. Powłoka jest dość gruba i odporna na ścieranie. Powłoka tlenkowa na 33% wyrasta ponad element, a 67% wrasta w niego. Powłoka typu II jest dość jasna i porowata, co ułatwia barwienie anodowanych przedmiotów.

Anodowanie typu III

Warstwę tlenku wytwarza się przez kąpiel w roztworze kwasu siarkowego jako elektrolitu. Kwas jest bardziej stężony niż w anodowaniu typu II, a temperaturę utrzymuje się w granicach od -3 do 0 °C. Początkowo stosuje się napięcie około 12 V, następnie stopniowo podnosi się je do około 60 V. Gęstość prądu początkowo 2,5 A/dm² i stopniowo podnosi się ją do ok. 3,5 A/dm². Często dodatkiem do roztworu kwasu siarkowego jest kwas szczawiowy. Powłoka tlenkowa penetruje w 50% i w 50% wystaje ponad oryginalną powierzchnię elementu. Powierzchnia części anodowanych w typie III zyskuje twardość ok. 65 w skali Rockwella i jest znacznie twardsza niż w typie II. Jej twardość odpowiada hartowanej stali węglowej i jest z tego powodu nazywana anodowaniem twardym.

Anodowanie twarde typu III można podzielić na dwie klasy:

  1. Klasa 1 - nie barwione
  2. Klasa 2 - barwione

Przedmioty anodowane w procesie typu III można impregnować warstwą PTFE - co znakomicie poprawia odporność na ścieranie. Ten typ wykończenia stosuje się w np. zaworach, tłokach, przekładniach, wyposażeniu wojskowym (np. latarki taktyczne, celowniki optyczne i kolimatorowe, laserowe wskaźniki celu).

Powłoki typu I i typu II można łatwo wykonać w warunkach domowych (choć ze względu na konieczność pracy ze stężonymi kwasami zalecana jest szczególna ostrożność). Anodowanie typu III jest trudne do wykonania w warunkach domowych.

Poprzez obróbką elektrolityczną powierzchni aluminium otwiera się pory (kapilary) w blasze. Następnie metodą druku (sitodruku) wprowadza się farbę w otwarte kapilary. Po czym poprzez obróbkę termiczną zamyka się nadruk na powierzchni aluminium.

Tabliczki i tablice wykonane ta metodą odznaczają się:

  1. dużą trwałością powierzchni aluminium, odporna na zarysowania i ścieranie
  2. nie utlenianiem się aluminium w warunkach szkodliwych
  3. odpornością na promienie słoneczne UV, temperaturę
  4. odpornością na rozpuszczalniki, różnego typu oleje, smary, roztwory kwasów i zasad itp.
  5. estetycznym wyglądem i kilkakrotnie większą trwałością od tabliczek na zwykłym aluminium
  6. są zgodne z wymogami i normami Unii Europejskiej

Galeria

  • Anodowanie
  • Anodowanie