14 Декоративная отделка изделий из алюминия и его сплавов.

Электролитическое нанесение других Ме. Три способа нанесения металлопокрытий на алюминиевые изделия. Сравнительная характеристика способов.

Основными видами декоративной отделки изделий из алюминия и его

сплавов являются следующие:

• - электролитическое нанесение на алюминиевые изделия других металлов (медь, никель, хром);

• - декоративное матовое оксидирование алюминия;

• - полирование с последующим оксидированием и окрашиванием.

Электролитическое нанесение других металлов на поверхность алюминия производят в тех случаях, когда необходимо повысить прочностные характеристики алюминиевых изделий, либо когда по художественному замыслу требуется придать алюминиевому изделию вид другого металла.

Процесс нанесения на поверхность алюминия других металлов осложнён склонностью алюминия почти мгновенно покрываться оксидной плёнкой, которая препятствует сцеплению металлического покрытия с основным металлом.

В настоящее время разработаны различные способы гальванизации алюминия, обеспечивающие качественное сцепление покрытия с основой. Однако из-за наличия на поверхности оксидной плёнки все способы гальванического покрытия алюминия требуют проведения дополнительных технологических операций, что несколько усложняет и удорожает процесс. Поэтому покрытия алюминия другими металлами проводят только в тех случаях, когда этого требуют конструктивные или эксплуатационные особенности изделий.

Декоративное матовое оксидирование алюминия применяется в тех случаях, когда изделие должно иметь матовый серебристый вид и в условиях длительной эксплуатации должно сохранять декоративный вид и не пачкаться.

Наиболее часто такие ситуации встречаются при изготовлении строительных конструкций (декоративные панели, двери, рамы и др.), а также в авиационной промышленности (фюзеляжи самолётов).

Полирование с последующим оксидированием и окрашиванием

Этот способ позволяет достичь наиболее полного декоративного эффекта и значительно увеличить поверхностную твёрдость, износостойкость и коррозионную стойкость алюминиевых изделий.

Технологическая цепочка включает в себя три основных этапа:

- полирование алюминия;

- оксидирование алюминия с целью создания на поверхности прозрачной

пористой плёнки, которая служит для повышения адгезии красителей. Кроме того, оксидная плёнка значительно повышает поверхностную твёрдость, износостойкость и долговечность алюминиевых изделий;

- окраска оксидной плёнки

Полирование алюминия

Существуют три способа полирования металлов:

- механический;

- химический;

- электрохимический.

15 Оксидирование алюминия. Виды оксидных пленок их характеристика. Электрохимический способы оксидирования алюминия, состав электролита, влияние различных факторов. Механизм образования оксидных пленок.

Декоративное матовое оксидирование алюминия применяется в тех случаях, когда изделие должно иметь матовый серебристый вид и в условиях длительной эксплуатации должно сохранять декоративный вид и не пачкаться. Наиболее часто такие ситуации встречаются при изготовлении строительных конструкций (декоративные панели, двери, рамы и др.), а также в авиационной

промышленности (фюзеляжи самолётов).

Анодное оксидирование

В процессе анодного оксидирования на поверхности алюминия создаётся достаточно толстый (десятки микрометров) пористый слой оксида алюминия.

Пористый слой выполняет роль грунта при последующем окрашивании алюминия, так как значительно улучшает адгезию красителя. Кроме того, благодаря очень высокой твёрдости оксида алюминия (твёрдость оксида алюминия соответствует твёрдости корунда) эксплуатационные свойства полированного алюминия существенно улучшаются. Необходимо отметить, что оксидная плёнка прозрачна, но из-за её пористости блеск полированного алюминия несколько снижается.

Анодное оксидирование проводят в растворе серной кислоты с концентрацией 180-200 г/л. Плотность тока – 1¸2 А/дм²

Изделие завешивается в ванну в качестве анода, катодом служит листовой свинец. При анодном оксидировании одновременно проходит два процесса:

- формирование анодной оксидной плёнки по реакции

2Al+ 3H₂O→ Al₂O₃+ 6H⁺+ 6e^- (1)

Скорость этого электрохимического процесса зависит от плотности тока;

- растворение образующейся оксидной плёнки в серной кислоте по реакции

Al₂O₃ + 3H₂SO₄ → Al₂ (SO4)₃+ 3H₂O (2)

Скорость этой химической реакции зависит от температуры и концентрации серной кислоты. Оксидная плёнка будет наращиваться в том случае, если скорость образования плёнки по реакции 1 будет превышать скорость её растворения по реакции 2.

Механизм формирования пористого слоя заключается в следующем: По мере роста оксидного слоя (реакция 1) его электрическое сопротивление увеличивается. Увеличение сопротивления при заданной плотности тока приводит к увеличению падения напряжения на оксидном слое, что, в свою очередь, приводит к его локальным электрическим пробоям. В местах пробоев (будущие поры) ток «концентрируется», происходит интенсивный локальный разогрев и, соответственно, более интенсивное растворение плёнки в местах пробоев (реакция 2). Таким образом, начинают формироваться поры. При поддержании температуры электролита на уровне 18-20 °С с течением времени можно получить пористую оксидную анодную плёнку толщиной в несколько десятков микрометров, а при температурах от 0 до – 4 °С скорость растворения оксидной плёнки по реакции 2 снижается настолько, что становится возможным достичь толщины плёнки более 100 микрометров.

При формировании оксидной плёнки для целей окрашивания продолжительность анодного оксидирования составляет 60¸80 минут. Получаемые оксидные плёнки бесцветны, прозрачны, имеют очень высокую пористость и адсорбционную способность.

16 Окрашивание алюминиевых изделий. Сущность и сравнительная характеристика различных способов окрашивания алюминия (окрашивание органическими красителями, окрашивание неорганическими пигментами, электрохимическое окрашивание анодных оксидных пленок)

Благодаря высокой адсорбционной способности анодной оксидной плёнки окраска оксидированных изделий, как правило, не вызывает каких-либо проблем.

Существует несколько способов окраски анодных оксидных плёнок.

Окрашивание органическими красителями.

Наиболее часто используют обычные анилиновые красители, предназначенные для окраски шерстяных тканей.

Окрашивание производят погружением предварительно промытых и нейтрализованных в аммиаке изделий в горячий раствор красителя (70¸80 °С) на 12-20 мин.

Адсорбционная оксидная плёнка наиболее активна в тот момент, когда изделие только что извлечено из электролита анодирования.

Адсорбционная способность плёнки понижается довольно быстро и через 2¸3 дня (особенно если плёнка была высушена) становится незначительной. К свежей оксидной плёнке, которая обладает наибольшей адсорбционной способностью, нежелательно прикасаться руками, нельзя допускать её соприкосновения с маслами, жирами. Способ окрашивания в органических красителях наиболее прост и позволяет получать широкую гамму цветов и оттенков, но вследствие низкой светостойкости органических красителей применяется относительно редко.

Окрашивание неорганическими пигментами. Значительно более высокую светостойкость имеют красители на основе нерастворимых окрашенных неорганических соединений (пигментов). Цветовая гамма таких пигментов ýже, чем у органических соединений, но высокая светостойкость во многих случаях делает их незаменимыми.

Поскольку внедрение твёрдых нерастворимых пигментов в мельчайшие поры оксидной плёнки осуществить практически невозможно, окрашенные неорганические пигменты формируют непосредственно в порах плёнки.

Формирование окрашенных неорганических пигментов проводят путём смешивания двух растворов различных солей непосредственно внутри поры, в результате взаимодействия которых и образуются окрашенные соединения.

Процесс проводят таким образом, чтобы взаимодействие растворов происходило только внутри пор. Для этого поры оксидной плёнки вначале пропитывают в одном из растворов, затем изделие промывают, но с таким расчётом, чтобы раствор смыть только с поверхности изделия, а в порах раствор остался. После такой промывки изделие погружают в другой раствор. В результате диффузии второй раствор попадает в поры и взаимодействует там с первым раствором, образуя окрашенные нерастворимые химические соединения.

Такой способ обработки позволяет получать не только светостойкую окраску, но благодаря заполнению пор – повысить коррозионную стойкость.

Интенсивность цвета зависит от толщины анодной оксидной плёнки и концентрации исходных растворов. Двукратная обработка позволяет получить не только более интенсивный цвет, но более плотно заполнить поры. С целью более полного закрытия пор окрашенное изделие рекомендуется выдержать 10-15 мин в горячей дистиллированной воде (80-90 °С).

Электрохимическое окрашивание анодных оксидных покрытий. Сущность процесса заключается в следующем:

Свежеоксидированное и тщательно отмытое от кислоты изделие погружают в раствор, содержащий ионы цветных металлов (Cu²⁺, Ni²⁺, Co²⁺) или перманганата калия. Для проникновения указанных ионов в поры оксидной плёнки изделие выдерживают в растворе без тока в течение 1¸2 мин. Далее включается переменный ток промышленной частоты.

В катодный полупериод происходит восстановление ионов меди до металла.

Восстановление меди происходит исключительно на дне поры, так как сама оксидная плёнка не электропроводна. В качестве второго электрода можно взять медь. В анодный полупериод происходит выделение кислорода и частичное растворение меди, осаждённой в катодный полупериод. Выделяющийся кислород окисляет медь до соединений CuO и Cu2O, которые по мере накопления придают поверхности различные более тёмные оттенки. Таким образом удаётся получать широкую гамму цветов и оттенков от розового до тёмно-вишнёвого.

Сочетание прозрачной оксидной плёнки и окрашенного основания пор создаёт эффект прозрачной цветной стеклообразной эмали

Окрашивание проводится либо химически – путём наполнения пор неорганическими соединениями, либо электрохимически на переменном токе.

Окрашивание неорганическими соединениями

Для окрашивания в золотисто желтый цвет используются два раствора:

I раствор: Na2S2O3 с концентрацией равной 10 г/л;

II раствор: KMnO4 с концентрацией равной 10 гл.

Для окрашивания в синий или голубой цвет используются два раствора:

I раствор: FeCl3 с концентрацией равной 10 г/л;

II раствор: K4[Fe(CN)6] × 3H2O с концентрацией равной 10 г/л.

Окрашивание производится путём последовательного выдерживания

образцов в каждом растворе в течение 5¸10 минут. После выдержки в каждом из растворов образцы необходимо тщательно промыть в дистиллированной воде.

Интенсивность цвета зависит как от времени выдерживания образцов в каждом растворе, так и от толщины анодной оксидной плёнки.

Электрохимическое окрашивание на переменном токе

Для электрохимического окрашивания используется раствор следующего

состава:

CuSO4 × 5H2O – 17¸25 г/л;

H2SO4 – 3,8¸5,8 г/л.

Режимы электролиза:

Напряжение – 8 В;

Длительность процесса – 3 ¸10 мин.

Цвет окраски от светло-лилового до тёмно-вишнёвого причём, переход

цветов происходит по мере увеличения времени электролиза.

Электролиз ведётся при постоянном напряжении. Устанавливать напряжение нужно плавно от нуля до восьми вольт, не допуская превышения верхнего предела (8 В.). При напряжениях менее восьми вольт интенсивность цвета очень низкая, при больших значениях величины напряжения возможно осаждение меди не только в основаниях пор, но и поверх оксидной плёнки. Необходимо отметить, что оптимальное значение напряжения может быть различным, так как оно зависит от толщины оксидной плёнки. По окончании электролиза электроды извлечь из ячейки, промыть и высушить тёплым воздухом