23 февраля 2016г.
Анодно-оксидные покрытия на изделиях из алюминия и его сплавов предназначены для их защиты от атмосферной коррозии. При окислении большинства алюминиевых сплавов в серной кислоте образуются прозрачные покрытия небольшой толщины. Для увеличения защитной способности и придания красивого внешнего вида изделия после окисления подвергают специальной обработке – наполнению [1]. Наполнение проводят паром или горячей водой. Особенно эффективно наполнение в растворах хроматов или бихроматов при повышенной температуре. После обработки в хроматном растворе анодно-оксидное покрытие приобретает светлую желто-зеленую окраску.
В некоторых случаях детали приборов и другие изделии из алюминия и его сплавов после анодного окисления подвергают наполнению в растворах органических или неорганических красителей. Анодно-оксидные покрытия характеризуются высокой твердостью и износостойкостью, а также для создания диэлектрических свойств. С повышением температуры анодного окисления твердость покрытия уменьшается. Особо твердые покрытия получаются при так называемом твердом или глубоком окислении. Отличительной способностью твердого анодирования является проведение процесса при пониженных температурах от –10 до 10 0С. Получаемые при этом покрытия отличаются высокой твердостью (7–9 класса по шкале Мооса), износостойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами [2].
Оксидированию рекомендуется подвергать такие изделия, которые не подлежат последующей деформации. С повышением температуры эластичность покрытий улучшается [3].
Основные характеристики электроизоляционных свойств диэлектрических анодно-оксидных покрытий это их пробивное напряжение, электрическая прочность, тангенс угла диэлектрических потерь и величина электросопротивления.
Пробивное напряжение покрытий на алюминии в зависимости от условий проведения окисления колеблется от 700 до 2200 В, электрическая прочность от 11,7 до 23,2 В/мкм. С повышением температуры окисления получаются покрытия с более высоким пробивным напряжением. Вследствие высокого омического сопротивления анодно-оксидных покрытий напряжение при анодном окислении значительно выше, чем при многих процессах электроосаждения металлов, оно достигает 12 В и более [3].
При анодировании алюминия одновременно протекает два процесса: электрохимическое образование плѐнки и химическое растворение еѐ. Только в растворах серной, щавелевой и хромовой кислот, где скорость растворения плѐнки ниже, чем скорость еѐ образования, возможен рост плѐнки.
Электролиты для анодного окисления алюминия и его сплавов подразделяют на следующие:
- в которых оксид алюминия практически нерастворим, например растворы слабых кислот (борной, винной, лимонной) или их солей. Образующиеся в этих электролитах плѐнки барьерного типа толщиной до 1 мкм почти не имеют пор и являются диэлектриками;
- достаточно хорошо растворяющие оксид алюминия, это растворы таких кислот, как серная, фосфорная и другие.
В настоящее время известно большое количество различных технологий анодного оксидирования алюминия, которые имеют свои преимущества и недостатки. Ниже перечислены наиболее часто применяемые на практике технологии оксидирования.
Это оксидирование в сернокислотном электролите, позволяющее получать твѐрдые оксидные плѐнки толщиной 5−8 мкм, имеющие химический состав Al2О3, твердость корунда и хорошую износостойкость, вместе с высокими декоративными свойствами. Жаростойкость анодной оксидной плѐнки доходит до 2000 0С. Механизм
роста плѐнки при сернокислом анодировании алюминия делят на два этапа: образование беспористого барьерного слоя, плотно прилегающего к поверхности металла; образование и дальнейший рост пористого слоя.
Сернокислый электролит, благодаря своей экономичности, возможности обработки в нем различных сплавов алюминия и получения оксидных покрытий, обладающих хорошими эксплуатационными свойствами, наиболее широко применяется в промышленности. Бесцветные, прозрачные защитно-декоративные оксидные покрытия в сернокислом электролите могут быть получены на сплавах, в которых содержание легирующих компонентов не превышает (масс. %): железа0,5; меди2; магния 7; цинка 7; кремния 3; марганца 0,8; хрома 0, и титана 0,3 [4].
Оксидирование в щавелевокислом электролите. Позволяет получать качественные электроизоляционные покрытия с малой пористостью. Цвет оксидных покрытий, получаемых в щавелевокислом электролите, зависит от их толщины, состава обрабатываемого сплава и режима электролиза. С увеличением толщины плѐнки на алюминии от 5 до 100 мкм ее цвет изменяется от серовато-белого до коричневого. Покрытия, сформированные при комнатной температуре, имеют серебристую окраску, с повышением температуры и анодной плотности тока они приобретают желтый, а затем коричневый цвет, напоминающий бронзу. Светлые пленки можно окрашивать органическими красителями в черный цвет. В зависимости от состава обрабатываемого сплава цвет покрытий может быть светло-коричневым и даже черным.
Оксидирование в хромовокислом электролите. Хромовокислые электролиты оксидирования менее агрессивны по отношению к алюминию и оксидной пленке, чем сернокислые. Это, в основном, и определяет область их применения. В таких электролитах обрабатывают детали первого и второго класса точности, а также изделия, имеющие сварные и клѐпаные соединения. Особенно пригодны эти электролиты для обработки изделий из литейных алюминиево-кремниевых сплавов. Наличие на поверхности деталей мелких пороков литья, раковин, из которых трудно удалить следы оксидированного электролита, делают невозможным использование для их оксидирования весьма агрессивного сернокислого раствора. В этом случае хромовокислый электролит имеет преимущество. По сравнению с оксидными покрытиями, сформированными в сернокислом или щавелевокислом электролитах, покрытия из хромовокислого раствора характеризуются меньшей твердостью и износостойкостью, что исключает их применение для изделий, работающих в условиях трения или под механической нагрузкой. Толщина пленок, получаемых при хромовокислом оксидировании, не превышает 4−8 мкм. Они сравнительно эластичны и малопористы. Последнее обстоятельство проявляется в том, что такие плѐнки плохо поддаются адсорбционному окрашиванию органическими красителями и наполнению хроматами.
Целью работы явилось получение хромовокислого электролита анодного оксидирования, эксплуатируемого в средах с повышенным содержанием хлоридов. Так как под действием хлорид-ионов наблюдается растравливание оксидной плѐнки. Известен электролит на основе серной кислоты, содержащий кобальтовый комплекс макрогетероциклического соединения, содержащий остатки 1,3,4-тиадиазола, и производное флуорантена 5-амино-4- оксифлуорантенсульфонат калия [5].
Кобальтовый комплекс и производное флуорантена, входящие в состав сернокислого электролита, придают получаемым анодным покрытиям устойчивость к воздействию хлорид-ионов. Подобные добавки были введены в хромовокислый электролит. Предлагаемый электролит содержал хромовую кислоту, подобный кобальтовый комплекс и производное флуорантена. Все образцы после анодного оксидирования успешно выдержали испытания по ГОСТ. 9.031-74.
На основании проведенных экспериментальных данных можно сделать вывод о том, что применение на практике предлагаемого хромовокислого электролита позволяет существенно повысить защитную способность анодных
оксидных пленок в средах, содержащих хлорид-ионы.
Список литературы
1. Гальванотехника: Справочник / Под ред.А.М. Гинберга, А.Ф. Иванова, Л.Л. Кравченко– М.: Металлургия.− 1987. − 736 с.
2. Оборудование цехов электрохимических покрытий: Справочник / Под ред. П.М. Вячеславова − Л. Машиностроение. − 1987. − 309 с.
3. Патент RU 2416680. Электролит анодирования алюминия и его сплавов. / Кравцов Е.Е. и др. – Опубл. 20.04.2011.
4. Хенли В.Ф. Анодное оксидирование алюминия и его сплавов. – М.: Металлургия. − 1986.− 153 с.
5. Ямпольский А.М.Гальванотехника. Краткий справочник. / А.М. Ямпольский, В.А. Ильин – Л.: Машиностроение. − 1972. − 224 с.
6. Ямпольский А.М.Гальванические покрытия.– Л.: Машиностроение.− 1978. − 168 с.
