Анодування алюмінію в домашніх умовах: технологія процесу

Зовнішня обробка металевих сплавів широко застосовується в різних сферах з метою забезпечення декоративних і захисних властивостей. Анодування (анодне окислення або оксидування) також дозволяє наділяти конструкції і деталі особливими естетичними або техніко-експлуатаційними якостями шляхом утворення плівкового покриття. Зазвичай такі процеси організовуються на виробництвах і в будівельній сфері, але і в побуті можливе спрощене анодування алюмінію. У домашніх умовах даний процес організовується за допомогою доступних хімічних матеріалів та відповідної технічної оснастки.

Загальні відомості про технологію

Процес анодування складається з декількох технологічних етапів, серед яких механічна і хімічна підготовка, безпосередньо створення покриття і при необхідності - корекція і доопрацювання виробу. Первинна механічна обробка виконується з метою ліквідації подряпин, ризиків, вм 'ятин та інших дефектів на поверхні, які не дозволять якісно виконати операцію. Зокрема, кольорове анодування алюмінію вимагає забезпечення максимальної гладкості поверхонь заготовки, що дозволить їй надати природний блиск з відливом. Обробка проводиться шляхом шліфування і полірування, але від великих абразивів варто відмовитися. Оптимальним варіантом стануть фетрові та війлочні кола. Вже на цьому етапі можна передбачити елементи хімічної підготовки - наприклад, в якості полірувальних паст задіюється віденський вапно або та ж окис алюмінію. Іноді виробляється і хімічне електрополірування на спеціальному обладнанні.

Що стосується прямої хімічної підготовки, то вона виконується за допомогою операцій знежирювання, травлення та освітлення. Вже в процесі анодування може проводитися фарбування або ущільнення. Знову ж таки, в побутовій сфері даний метод обробки частіше використовується для декоративної зміни кольору. Анодування алюмінію дозволяє наділяти заготівлю світло-сірим, чорним, червоним, синім та іншими відтінками. Окрему категорію палітри займають імітуючі кольори - наприклад, з ефектом старіння або "під бронзу".

Підготовка електроліту

У домашніх умовах, як вже говорилося, в силу обмеження доступності хімічних матеріалів доводиться використовувати спрощені методи організації процесу. Головним чином компроміс припадає на етап підготовки електроліту. Найчастіше домашні умільці застосовують для таких цілей розчин сірчаної кислоти, розбавленої в дистильованій воді. Можна обмежитися і водою з крана, але кольорове анодування алюмінію в цьому випадку може вийти неякісним - зокрема, з явними ознаками нерівномірності покриття. Тільки дистильована рідина дозволить забезпечити розподіл оптимальної щільності струмів по всій поверхні деталі.

Сірчану ж кислоту можна придбати в автомагазинах. Вона продається відкрито для заправки акумуляторних блоків електролітичною сумішшю. Купувати слід склади для свинцевих батарей, які реалізуються в розбавленому стані з щільністю близько 1,27 грама на 1 м3. Змішувати таку кислоту з дистильованою водою потрібно у співвідношенні 1:1. Тобто при підготовці електроліту із заповненням 10-літрової ванни буде потрібно каністра сірчаної кислоти об 'ємом 5 л і стільки ж чистої води. І вже на етапі розбавлення двох компонентів варто враховувати техніку безпеки, з якою виконується анодування алюмінію. У домашніх умовах без спеціального захисту можна отримати опіки в процесі змішування води і сірчаної кислоти. Різке додавання рідини в агресивне середовище спровокує кипіння з викидом бризок. Тому важливо організувати додавання води в кислоту таким чином, щоб вода лилася повільно і тонкою струменею.

Підготовка ємності для анодування

Анодування проводиться в ємності з електролітом, підготовкою якої слід зайнятися в окремому порядку. Для великих конструкцій або деталей потрібно використовувати ванну, причому теж виготовлену з алюмінію. Невеликі за розміром заготовки обробляються в контейнерах, горщиках або тазах, які можуть бути виконані з пластиків. Іноді невідповідні за характеристиками ємності додатково покриваються листами цього металу. Оптимально, якщо дно і стіни будуть герметично покриті алюмінієвим шаром. Це дозволить рівномірно розподілити струм з охопленням всіх сторін заготовки. Далі ємність слід теплоізолювати вже з зовнішніх сторін. Справа в тому, що анодування алюмінію в домашніх умовах не дозволяє точно регулювати тепловий режим корпусу ємності та його вмісту. Тому слід заздалегідь виконати утеплення конструкції за допомогою пінопласту товщиною 2-3 см. Якщо планується регулярно застосовувати анодування, то можна підготувати спеціальну ванну з фіксацією на профільному герметичному каркасі і заливкою монтажною піною.

На заключному етапі підготовки ємності виготовляється свинцевий катод, який буде підключений до ванної. У цій частині треба враховувати, що площа електротехнічного елемента повинна вдвічі перевищувати цільову площу анодування алюмінію. Своїми руками катод можна виконати з листового свинцю, знятого з захисної оболонки товстого кабелю. Також у цьому елементі повинні бути передбачені невеликі отвори, які дозволять випускати газ у процесі обробки.

Закріплення деталі

Перед початком процесу анодування деталь повинна бути міцно зафіксована на підвісних пристосуваннях для більш щільного електричного контакту. Як підвісні пристрої рекомендується використовувати алюмінієві конструкції або сплави на основі титану з дюралем. Саме кріплення може проводитися за допомогою гвинтових або пружинних затисних механізмів. Для додаткової страховки нерідко застосовують і алюмінієвий тугий дріт. Ділянки конструкції, які не братимуть участі в контакті, необхідно ізолювати. Це можна зробити або за допомогою стрічки з поліетилену, або за допомогою кислотостійкого лаку. Другий метод вимагає додаткової обережності, оскільки кольорове анодування алюмінію в домашніх умовах передбачає максимальне виключення факторів стороннього впливу на поверхні заготовки. Тобто обробка лаком повинна бути проведена завчасно з повним просиханням поверхні. Також слід враховувати, що нещільний контакт підвісної системи з цільовим матеріалом може викликати перегрів останнього. Даний ефект, у свою чергу, призведе до руйнування оксидного покриття і зниження міцності нанесеної плівки.

Оптимальний режим обробки

Оптимальний температурний режим для оксидування знаходиться в діапазоні від -10 до 10 ° C. Вихід за ці межі передбачає певні ризики з точки зору отримання якісного кольорового покриття. Так, низька температура не дозволить домашній електротехнічній системі підтримувати достатню для обробки силу струму. І навпаки, збільшення теплоти дасть можливість сформуватися щільному шару, але плівка може вийти не настільки виразною в своєму відтінку. Втім, анодування алюмінію в домашніх умовах в чорний або світло-сірий кольори цілком може виконуватися і в підвищеному термо-режимі. Інша справа, що вже механічний стан поверхневої структури заготівлі буде відрізнятися на різних ділянках. Це відбувається через те, що має місце нерівномірність розподілу тепла по всьому обсягу електроліту. Приділяти увагу також слід і щільності струму на аноді. Рекомендується підтримувати величину в межах 1,6 - 4 Ампер на 1 дм2. При такій подачі струму можна отримати щільно пофарбований довговічний захисний шар. Зниження цього показника забезпечить тонкий шар, а підвищення сприятиме розтравленню виробу.

Процес анодування

До моменту початку процесу повинна бути підготовлена ємність, катод з блоком живлення, цільова деталь, підвісна конструкція та електролітична суміш. Для регулювання сили струму необхідно підключити до електротехнічного ланцюга змінний резистор. В ємності повинні знаходитися два об 'єкти - підготовлений катод зі свинцю і заготівля. При подачі струму почнеться процес виділення кисню і деталь буде отримувати приріст захисного шару. Про ефективність реакції можна судити за інтенсивністю виділення мікропузирків кисню, які будуть повільно відходити від поверхні заготовки. Що стосується часу обробки, то стандартна технологія анодування алюмінію для невеликих елементів передбачає 20-30 хв. Великі заготовки обробляються протягом 30-60 хв. Коли деталь знайде темно-матовий колір, її можна занурити в розчин з аниліновим барвником з потрібним відтінком. На фарбування відводиться ще в середньому 15-20 хв.

Закріплення результату анодування

Коли деталь знайде необхідний колір, новий шар на поверхні потрібно буде зафіксувати. Потреба додаткового зміцнення обумовлена тим, що анодоване покриття має пористу структуру, легко проникну для води і повітря. Тому відразу після фарбування слід забезпечити закриття мікропор. Найпростіший метод для досягнення цього ефекту полягає в процесі варіння в дистильованій киплячій воді. На цю процедуру слід відводити близько 30-40 хв. Але якщо процес анодування алюмінію здійснювався при низькому температурному режимі, то краще від цього способу відмовитися на користь парової лазні. Деталь утримується під інтенсивним впливом парогенератора також протягом 30 хв, після чого промивається і сушиться.

Альтернативні методи

У даному випадку було розглянуто найпростіший метод оксидування сірчанокислотним електролітом. Але якщо потрібно отримати більш якісне покриття, то можна скористатися і технологією анодування алюмінію в сульфосаліциловій кислоті, яка утворює тонкі, але щільні шари покриття. Це обумовлено тим, що електроліт чинить мінімальний вплив на метал з точки зору його розчинності. Але і цей ефект при необхідності можна заповнити, додавши в активну суміш ту ж сірчану або щавелеву кислоту. Поширена і обробка в двокомпонентних сульфосаліцилатних середовищах. Вона, навпаки, завдяки повільному підвищенню температури аноду дозволяє при збереженні невеликої сили струму нарощувати товсті та міцні покриття.

Як альтернативу можна запропонувати і так званий метод холодного оксидування. У цьому випадку процес відбувається в умовах температури нижче нуля. Вже відзначалися ризики при використанні прикордонних температурних значень, але цей варіант себе виправдовує, коли потрібно отримати не декоративну, а захисну підставу на поверхні. Іншими словами, холодне анодування алюмінію при температурному режимі близько -10 ° C не дозволить забезпечити деталі виражений декоративний відтінок, але зате зробить міцніше її зовнішню структуру. Але, знову ж таки, цей метод потребуватиме використання електротехнічного обладнання, яке зможе стабільно підтримувати струм під напругою більш 12В.

Техніка безпеки

Як вже зазначалося, особливі вимоги безпеки слід дотримуватися в операціях з електролітом. Бажано працювати в рукавичках і захисних очках. Робоче повітряне середовище при цьому теж становитиме небезпеку, тому організовувати процес слід у приміщенні з активною припливно-витяжною системою вентиляції. Всі ємності з вибухонебезпечними та горючими сумішами повинні бути віддалені від ванни та електротехнічного обладнання, що забезпечує процес анодування алюмінію. У домашніх умовах також має сенс проводити операцію з наявністю ручних засобів вогнегасіння. Окрема увага приділяється і подальшій чистці обладнання. Ємність і допоміжну оснастку слід промити в спеціальних розчинах, а залишки електроліту утилізувати.

Ув 'язнення

Оксидування металів кислотами в основному використовується як обробна процедура у виробничих умовах. Але останнім часом до неї все частіше придивляються і прості обивателі. Для чого ж може знадобитися в побутовій сфері таке покриття? Анодування алюмінію дозволяє змінювати естетичні якості матеріалу, але в більшості випадків технологію використовують з практичними цілями захисту. Якісний оксидований шар на поверхні металу дозволяє мінімізувати процеси корозії. У випадку з алюмінієм це можуть бути деталі автомобілів, інженерної техніки, листи покрівельних покриттів та елементи інших будівельних конструкцій. Існують і менш складні способи подібного захисту, але електрохімічна обробка шляхом анодування забезпечує підвищений ступінь запобіжного заходу структури металу від зовнішніх впливів.