Анодирование алюминия и его сплавов

Поверхность алюминия покрыта естественной окисной пленкой толщиной 0,02÷0,04 мкм. Однако такая пленка не может выполнять каких-либо функциональных назначений. Электрохимическим оксидированием можно увеличить толщину пленки и улучшить ее качество. Для оксидирования в электролите деталь помещается на анод электролитической ванны и окисляется за счет разряда ионов OH^— и выделения при этом атомарного кислорода:

2OH־ – e → O↑ + H₂O

Свойства окисных пленок при анодировании зависят от состава применяемых электролитов. Одновременно с окислением и ростом окисной пленки протекает процесс растворения ее в электролите (кислоте или щелочи). Так, в случае применения в качестве электролита кислот CH₃COOH, HCl, HNO₃ окисная пленка не образуется – имеет место только травление алюминия. В растворах H₃BO₃, NaHCO₃, Na₃PO₄ образуется тонкая очень плотная пленка, изолирующая поверхность анода. При этом дальнейший рост пленки прекращается. Такая пленка может служить в качестве диэлектрика в электролитических конденсаторах.

Для получения толстых окисных пленок Al₂O₃ (40÷60 мкм) применяют растворы серной, хромовой и щавелевой кислот. В этих растворах скорость роста существенно превышает скорость растворения пленки. Однако, по мере увеличения толщины окисного слоя растет его сопротивление и увеличивается количество выделяемого тепла, обусловленного прохождением сквозь пленку тока. Все это приводит к возрастанию скорости растравливания окисла. Для получения пленок повышенной толщины требуется искусственное охлаждение электролита и детали.

Толщина детали, мкм

Ме

Ме

Длительность окисления, мин

Размер оксидированной детали в начале процесса анодирования увеличивается, а затем уменьшается (см. рис 19.1).

Толщина окисной пленки может быть до 300 мкм. Механизм образования окисной пленки при анодировании до конца не выяснен. Наиболее вероятно, что рост пленки окиси алюминия происходит за счет диффузии ионов Al⁺³ сквозь окисную пленку к поверхности раздела «Al₂O₃ – электролит », где они взаимодействуют с атомарным кислородом (рис. …..).

Al

электролит

OH^-

Al⁺³ Al₂O₃ Al₂O₃ · nH₂O

Пленка Al₂O₃ · nH₂O – рыхлая и легко пропускает к детали ионы ОН^- , где они разряжаются. В сернокислом электролите (20% H₂SO₄) оксидирование протекает при температуре Т = 15÷23°C и плотности тока I = 1÷2,5 А/дм². С повышением температуры процесса или плотности тока возрастает пористость пленки окисла. Так, при глубоком анодировании (толщина окисла более 40 мкм) процесс проводят при температуре Т = -3÷0°C.

Если пленка подлежит окрашиванию для придания декоративного вида деталям, то пористость пленки окисла Al₂O₃ желательна, так как она способствует адсорбции красок поверхностью. Для окрашивания поверхности, покрытой окисью алюминия, используют различные анилиновые красители.

На качество процесса оксидирования влияет состав алюминиевого сплава. Например, кремнистые сплавы (силумины) оксидируются значительно труднее. С повышением содержания в сплаве кремния и тяжелых металлов твердость покрытия уменьшается.

На чистом алюминии можно получить пленку с твердостью по Виккерсу 770 кг/мм² (примерно равна твердости кварца).