Технология анодирования алюминиевых профилей

Анодирование в обобщенном смысле – это электрохимический процесс образования стабильных оксидных покрытий на поверхности металлов. Анодные покрытия на алюминии могут формироваться с применением большого количества электролитов при постоянном токе, переменном токе или их комбинации. Для анодирования алюминиевых прессованных профилей обычно применяется электролиты только на основе серной кислоты, иногда с добавкой щавелевой кислоты [1]. 

Различие между анодированием и окрашиванием

Анодное покрытие образуется в результате реакции алюминия с ионами электролита. Получаемое покрытие имеет больший объем, чем исходное алюминиевое основание. Поэтому после анодирования обычно происходит увеличение размеров изделия. При обычном сернокислом анодировании это увеличение размера составляет около одной трети толщины анодного покрытия.    

Основное «размерное» отличие между анодным покрытием и слоем краски на алюминиевом изделии заключатся в следующем. Анодное покрытие образуется из самого алюминия, тогда как слой краски, например, жидкой, дополнительно наносится на поверхность алюминия (рисунок 1).  

Рисунок 1 – Размерные различия между анодным покрытием и слоем краски

Процесс анодирования алюминиевых профилей

Существует много способов анодирования алюминиевых изделий в зависимости от их размеров. Например, алюминиевые заклепки, можно анодировать насыпью с помощью специального вращающегося барабана. Прессованные алюминиевые профили, которые обычно имеют длину от 6 до 8 м, анодируют на специальных навесках. Конструкция навесок обеспечивает надежное закрепление профилей и плотный электрический контакт для всех профилей. На одной навеске может устанавливаться до нескольких десятков профилей в один, два или более рядов (рисунок 2).     

Рисунок 2 – Схема процесса анодирования навески алюминиевых профилей [2]

В качестве источника тока при Анодировании алюминиевого профиля могут применяться источники постоянного или переменного тока, а также их комбинация. В стандартном сернокислом анодировании обычно применяют выпрямители постоянного тока с напряжением 24 вольта.    

Структура анодного покрытия

Известно, что анодное покрытие состоит из двух слоев. Пористый слой оксида алюминия вырастает на относительно тонком сплошном слое, который называют барьерным слоем (рисунок 3). Толщина этого барьерного слоя зависит от состава электролита и технологических параметров анодирования.

Рисунок 3 – Структура анодной ячейки

При сернокислом анодировании скорость роста пористого слоя постоянна при постоянной плотности тока. При плотности тока 1,3 А/дм² она составляет 0,4 мкм/мин. Так как толщина барьерного слоя остается постоянной, то эта скорость роста должна соответствовать скорости растворения оксида алюминия внутри поры.    

Размеры оксидных ячеек анодного покрытия зависят от технологических параметров анодирования. Типичные размеры анодных ячеек для сернокислого анодного покрытия [2]:

• Диаметр пор: 14,5-18 нм
• Плотность размещения пор: 40-80·10⁹ пор/см²
• Диаметр ячейки: 40-53 нм
• Пористость: 15 %
• Толщина барьерного слоя: 14-18 нм
• Толщина пористого слоя: 5-25 мкм

Технологические параметры сернокислого анодирования

Сернокислый электролит

Для анодирования алюминиевых прессованных профилей во всем мире обычно применяют электролиты на основе серной кислоты.

Qualanod задает для сернокислого электролита следующие параметры [2]:

• Концентрация свободной серной кислоты должна быть не выше 200 г/л при колебании внутри интервала 10 г/л от заданной величины;
• Концентрация алюминия должна быть не выше 20 г/л, предпочтительно в интервале от 5 до 15 г/л.  

Температура ванны анодирования

Указания Qualanod по температуре ванны анодирования [2]:

• для заданной толщины анодного слоя 5 мкм и 10 мкм: не выше 21 ºС
• для заданной толщины анодного слоя толщины 15 мкм, 20 мкм и 25 мкм: не выше 20 ºС.

Плотность тока

Qualanod рекомендует среднюю плотность тока [2]:

• 1,2 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 5 мкм и 10 мкм
• 1,4 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 15 мкм
• 1,5 – 2,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 20 мкм
• 1,5 – 3,0 A/дм² для анодного покрытия толщиной 25 мкм.

Алюминиевые сплавы для анодированных профилей           

Для алюминиевых профилей, которые будут подвергаться анодированию, обычно применяют сплавы 6060 и 6063 с некоторыми ограничениями по содержанию магния и кремния, а также примесных элементов, таких как, железо, медь и цинк.

Обычно, чем чище алюминий и чем меньше в нем легирующих элементов, тем лучше он анодируется. Повышенное содержание примесей в сплаве приводит к образованию в анодном покрытии включений, которые неблагоприятно влияют на однородности его внешнего вида.