Анодирование металла в домашних условиях

Обновлено: 07.01.2025

Анодирование алюминия (анодное оксидирование) – это процесс, в результате которого на поверхности металла образуется оксидное покрытие. Основная задача оксидного покрытия – защитить поверхность алюминия от окисления, возникающего из-за взаимодействия этого металла с воздухом. Анодирование призвано не уничтожать пленку, образовавшуюся при окислении (она выполняет защитную функцию), а сделать ее более прочной. В этом отношении анодирование похоже на такой метод, как воронение окислением.

Технология анодного оксидирования используется для укрепления не только алюминия и его сплавов, но и других металлов. К примеру, оксидные покрытия используются для защиты титана и магния.

Помимо укрепления поверхностного слоя, анодирование преследует следующие цели:

сглаживание различных дефектов поверхности (сколов, царапин и т.п.);
повышение адгезивных качеств материала (краска значительно лучше сцепляется с оксидной пленкой, чем с голым металлом);
улучшение внешнего вида металла;
придание металлу различных декоративных эффектов (к примеру, можно создать имитацию золота, серебра, жемчуга).

Технология анодирования

Процесс анодирования можно разделить на три части:

подготовительный процесс;
химическую обработку;
закрепление.

Подготовительный процесс

На этом этапе алюминиевый профиль подвергается механической и электрохимической обработке. Под механической обработкой понимается очистка металла, его шлифование и обезжиривание. Далее изделие кладут сначала в щелочной раствор для травления, а затем перекладывают в кислотный для осветления. Завершается подготовка промывкой поверхности. Причем промывка осуществляется несколько раз, чтобы полностью удалить кислотные вещества с металла.

Химическая обработка

Химическое оксидирование алюминия представляет собой обработку металла в электролите. В качестве электролитов используются растворы различных кислот (серной, хромовой, щавелевой, сульфосалициловой). Порой в растворы добавляют соль или органическую кислоту.

Наиболее распространенный электролит – серная кислота. И все же этот электролит не применяется для обработки изделий сложной формы, на которых имеются небольшие отверстия или зазоры. В таких случаях предпочтительна хромовая кислота. А вот щавелевая кислота позволяет значительно улучшить разноцветные изоляционные покрытия.

Химическое оксидирование алюминия

Качество процесса зависит от нескольких составляющих, в числе которых концентрация, температурный режим и плотность тока. Высокие температуры способствуют ускорению анодирования. Причем пленка образуется мягкая и высокопористая. Если необходимо твердое покрытие, применяется более низкая температура.

Химическое оксидирование алюминия может осуществляться при температурах от нуля, до плюс 50 градусов по Цельсию. Плотность тока может варьироваться от 1 до 3 Ампер на квадратный дециметр. Показатель электролитной концентрации может находиться в пределах 10-20%.

Закрепление

После оксидирования металл выглядит, как пористая поверхность (даже при использовании холодного режима). Чтобы поверхность была достаточно прочной, эти поры нужно перекрыть. Делается это одним из трех способов:

окунанием изделия в горячую пресную воду;
обработкой паром;
размещением металла в так называемом «холодном растворе».

Обратите внимание! Если изделие будет окрашиваться, процесс закрепления не нужен, поскольку лакокрасочный материал естественным образом заполнит имеющиеся поры.

Существует три разновидности оборудования для оксидирования алюминия:

основное (ванны);
обслуживающее (обеспечение работы);
вспомогательное (подача изделий в ванну, проведение подготовки, складирование и т.п.).

Другие способы анодирования

Помимо классического способа, описанного выше, также может применяться твердое, микродуговое и цветное анодирование. Вкратце об этих способах обработки металла будет рассказано ниже.

Задача твердого анодирования – получить особо прочную микропленку. Методика нашла широкое распространение в авиастроении, автомобилестроении и строительстве. Особенность технологии состоит в том, что задействуются не один, а сразу несколько электролитов. К примеру, в рамках одного процесса могут применяться щавелевая, серная, лимонная, винная и борная кислоты. В ходе анодирования плотность тока постепенно увеличивается, и благодаря структурным изменениям в ячейках пленка приобретает повышенную прочность.

Схема микродугового оксидирования

Микродуговое оксидирование – это электрохимический процесс, в котором поверхность алюминия окисляется, и в это же время между анодом и электролитом происходят электрозарядные явления. Методика позволяет получать особенно качественные покрытия с высоким уровнем износостойкости и адгезии.

Еще один способ анодирования – цветное. Как видно из названия, основная задача процесса – изменить цвет детали.

Существует четыре способа цветного анодирования:

Окрашивание методом адсорбции. Осуществляется путем погружения изделия в электролитную ванну. Также возможно окунание детали в раствор с красящим веществом, разогретым до заданной температуры.
Электролитическое окрашивание (другое название – черное анодирование). Вначале получают бесцветную пленку, а затем окунают металл в кислый солевой раствор. На выходе цвет изделия может разниться от черного, до слабого бронзового оттенка. Черные тона алюминия особенно востребованы в строительной отрасли.
Интерференционное окрашивание. Технология схожа с электролитическим окрашиванием, но за счет создания особого светоотражающего слоя цветовые оттенки получаются гораздо разнообразнее.
Интегральное окрашивание. Технология представляет собой смешивание электролита с органическими солями.

Анодирование в домашних условиях

Самостоятельное анодирование практически всегда осуществляется по холодной методике. Такой же технологии придерживается и большинство компаний, предоставляющих подобные услуги. Холодной методика называется из-за того, что в процессе создания пленки нет нужды в высоких температурах: рабочий диапазон температур колеблется между -10 и +10 градусов по Цельсию.

Достоинства холодного анодирования:

Поверхностный слой получается достаточно толстым благодаря тому, что скорость роста и растворения оксидной пленки с ее наружной и внутренней стороны различаются.
Пленка выходит очень прочной.
Обработанный металл отличается высокой стойкостью к коррозии.

Единственный недостаток методики состоит в сложности дальнейшей окраски металла материалами, основанными на органике. Однако металл, вне зависимости от его характеристик, в любом случае получает окраску естественным образом. Цвет может различаться от оливкового, до черного или сероватого.

Для проведения работ понадобится следующее:

ванны (алюминиевые емкости для анодирования, а также пара стеклянных или пластиковых – для изготовления растворов);
алюминиевые соединительные провода;
источник напряжения на 12 Вольт;
реостат;
амперметр.

Приготовление раствора

Как уже говорилось выше, основной электролит для анодирования – серная кислота. Однако вне пределов производственного помещения использование такого электролита опасно. Поэтому в домашних условиях обычно используют соду.

Приготавливаем 2 раствора – содовый и соляной. Компоненты засыпаем в емкости с дистиллированной теплой водой в пропорции 1 к 9.
Хорошо перемешиваем раствор и даем ему настояться.
Сливаем раствор в другую емкость таким образом, чтобы туда не попал содовый осадок. От чистоты раствора в значительной степени зависит результат анодирования.

Анодирование

Прежде всего, нужно подготовить деталь. Задача подготовительного процесса — очистить, отшлифовать и обезжирить поверхность перед анодированием. Если на изделии не убрать видимые дефекты, полученная пленка не сможет их скрыть, так как ее толщина не превышает 1/20 миллиметра. Прямо перед анодированием смешиваем оба раствора в одной посуде.

Емкость для анодирования должна быть достаточно объемной, чтобы в нее можно было полностью погрузить деталь. Кроме того, деталь должна быть зафиксирована так, чтобы не касаться дна посуды. Для этого можно использовать стойку или любой другой вариант – на личное усмотрение. Также нужно вдумчиво подойти к вопросу крепления детали, так как после анодирования в местах фиксации останутся следы.

Ток подается, по крайней мере, 30 минут. На необходимость завершать анодирование указывает изменение цвета детали. Когда деталь готова, напряжение отключаем, а металл извлекаем из ванночки.

После изъятия тщательно промываем заготовку. Чтобы результат был качественным, на 15 минут кладем металла в марганцевый раствор. Затем вновь промываем деталь сначала в теплой, а затем в холодной воде. Далее высушиваем металл. Если технология не нарушена, изделие приобретет светло-серую тональность. На качественно проделанную работу указывают равномерный цвет поверхности, отсутствие потеков и пятен.

Завершающая стадия анодирования – закрепление пленки. Необходимо закрыть микроскопические поры, имеющиеся в пленочном покрытии. Для этого кладем металл в емкость с дистиллированной водой и кипятим в течение получаса.

По желанию можно также покрасить или отлакировать металлическую поверхность. Лакокрасочный слой наносится методом погружения.

Итак, анодирование алюминия может осуществляться разными способами. Однако лишь холодная обработка металла содовым и соляным растворами доступны в домашних условиях. Также стоит заметить, что при соблюдении технологических требований вне зависимости от вида раствора отсутствует существенная разница в качестве полученных поверхностей.

Анодирование в "домашних" условиях V2.0

Перед началом каких либо работ с химией необходимо подготовить защитные средства, резиновые перчатки, очки и респиратор и безукоснительно соблюдать Технику Безопасности.
Так же соблюдаем ТБ в плане работ с электричеством, будет использовано повышенное напряжение, опасное для человека!

После экспериментов с Сернокислым электролитом и окраской в анилиновых красителях, стал искать варианты менее вредного процесса и вариантов окраски без использования красителей для ткани.
Первое что опробовал, это окраску в растворах неорганических солей, стандартно анодируем в сернокислом, после промывки окунаем сперва в раствор Железистосинеродистого калия, с выдержкой несколько минут, промываем и погружаем в Хлорное железо, в итоге деталь окрашивается в синий цвет, такой способ окраски получается более стойкий, в отличии от красителей, более полное наполнение пор, красящий пигмент образуется внутри пор в следствии хим реакции, но т.к. нужен был голубой цвет, этот вариант отпал сам собой, он проще чем в красителях "варить", НО количество цветов весьма ограничено, и для некоторых требуются дорогостоящие реактивы типа Азотнокислого серебра.
Гуглим дальше, был найден патент по окраске анодных плёнок при помощи ступенчатого анодирования при постоянном токе и последующего анодирования переменным, судя по описанию в патенте, можно получить большое количество цветов, причем с очень точной их повторяемостью (что весьма сложно при окраске в анилиновых красителях, сложно попасть в тон на нескольких деталях, с каждой окраской падает концентрация красителя в растворе, плотность и тд.)
По описанию анодирование проводится в двух видах электролитов, в Сернокислом и Щавелекислом, т.к. хотел уйти от серняги, как более вредной, перешел на Щавелекислый электролит.
Но увы, почему-то не удалось получить результат как описывалось в патенте, деталь отказывалась окрашиваться в какой-либо цвет вообще…
Зато был собрана установка для анодирования с возможностью перемешивания раствора, его нагрева и охлаждения.
Вот такой бурбулятор получился :)

Бак из титана, холодильник из титана, подогрев осуществляется установкой бака на плитку, охлаждение проточной водой через холодильник.

Циркуляция осуществляется Бошевским насосом для системы охлаждения, крыльчатка насоса имеет магнитную муфту, тем самым исключаем протечки по валу или "сжирание" вала крыльчатки.

Для более равномерного перемешивания из полипропилена изготовил рассеиватель, насверлив отверстий в трубке.

В качестве источника тока был использован ЛАТР, выпрямительный мост и 2 показометра цифровых, главным минусом в отличии от специальных источников, приходится вручную регулировать тока и постоянно следить, чтобы он был в заданных границах, крутя ручку ЛАТРа туда-сюда.

т.к. не было показометров на постоянку, то напряжение и ток меряются Перед мостом, понятно что погрешность есть, но что поделаешь…

В качестве электролита водный раствор Щавелевой кислоты из расчёта 50г/л, продаётся в магазинах торгующих хим реактивами, в виде порошка (164-582р/кг)
Данный электролит позволяет получить плёнки схожие с плёнками при сернокислом анодировании, но при более высоких температурах раствора, т.е. для сернокислого 20град это придел, для Щавелевого это вполне нормально, плёнка получается плотной, НО напряжение при этом будет порядка 100в, это основной мину Щавелекислого электролита, необходимо высокое напряжение.
При температуре порядка 15-20град напряжение было 80-90в (на фото выше видно) плёнка получается плотной, голубоватого цвета (в частности на Д16Т) и практически не окрашиваемой…
В тех же патентах упоминалось, что при повышении температуры до 35-40град слой растёт значительно быстрее, но при этом становится и более пористым, при 20 градусах слой растёт порядка часа, при 50град на ту же толщину достаточно будет 25мин (По описанию в патенте) но слой будет пористым, а для окраски оно и надо!
Все подготовительные процессы перед анодированием аналогичны как при сернокислом анодировании, сперва обезжириваем в растворе NaOH (100 г/л) при Т=60°С в течение 30 с, затем осветляем в растворе азотной кислоты (200 г/л) в течение 1-3 мин.
В итоге сперва попробовал на 35град, деталь стала окрашиваться, но не насыщено, поднял температуру до 40град, окраска прошла успешно.
Первый опыт окраски был в растворе красителей для картриджа, эффект нулевой, потом попробовал в анилиновых, деталь окрасилась хорошо.
Первые эксперименты проводились на кругляшке из Д16Т и подставке под эл. клапан, из того же Д16Т.

Второй опыт был над ручкой тормоза от велосипеда, предварительно с ручки была снята заводская анодировка и она отполирована до "зеркала".

Анодирование в "домашних" условиях.

Все работы по анодированию проводятся с использованием защитных средств, респиратор, очки и защитные перчатки, ибо работаем пусть и с разбавленной, но с кислотой и щелочью! В идеале в проветриваемом помещении. Соблюдаем ТБ!

Первоначально готовим саму деталь, механическая полировка, чем "чище" поверхность те более глянцевая будет деталь, можно применять и химическую полировку, но этот процесс еще более вредный для здоровья, нежели сама анодировка, поэтому выводим деталь на полировальном круге и другими средствами.

Для подвеса детали в рабочей ванне необходимо использовать алюминиевые токоподводы, никаких посторонних металлов, в идеале на детале можно оставлять конструктивный выступ, для подключения, но при его спиливании будет не покрытое место, я воспользовался конструктивными резбовыми отверстиями, на куске алюминиевого провода нарезал резьбу и просто вкрутил в эти отверстия, получается хороший, плотный контакт.

Толщину токоподвода надо подбирать с учётом силы тока, необходимого для анодирования, иначе проводник начнёт греться в месте контакта, а как следствие на нём пойдёт бурная реакция и его начнёт растравливать и уменьшать его сечение, и так в геометрической прогрессии, до полного растворения :)) (в одной из попыток так и произошло из-за плохого контакта)

Перед погружением в электролит деталь необходимо обезжирить, способов море, от Пемолюкса и прочих порошков, до средства КРОТ, намой взгляд КРОТ самое близкое к нужному, это слабый раствор щёлочи NaOH с добавлением ПАВ.
Я обезжиривал в чистом растворе NaOH+вода, концентрацию точно не замерял, но чем насыщенее раствор, тем быстрее будет процесс просто. Посути раствор растворяет тонкий слой оксида алюминия, так сказать "естественное" анодирование, окисление поверхностного слоя на воздухе, так что сильно с травлением не стоит затягивать, иначе начнёт растравливать саму деталь ))

В процессе протравки деталь начнёт темнеть, вплоть до практически чёрного цвета, это не страшно, в электролите деталь снова станет чистой и белой.

В процессе травления идёт бурное выделение газов (кажется водорода) работать только в защитной маске и остерегаться попадания раствора на кожу, ибо ожог не хуже чем от кислоты будет.

После травления к детале уже прикасаться нельзя, иначе от прикосновений остаются жирные следы и как следствие неравномерное покрытие, пятна и прочие радости, после промывки от раствора щелочи под проточной водой клал деталь в чашку с водой, в идеале дистиллированной, что бы на неё ничего не попало, пока готовимся к следующему этапу.

Вот тут видно, синий это токоподвод, а белый это кусок провода в изоляции, используется как опора, чтобы деталь не касалась дня ванны.

Что касатся рабочей ванны можно использовать эмалированную (без сколов) или пластиковую посудину, но тогда дно и стенки придётся "выкладывать" из свинца или иного стойкого к электролиту материала, эти пластины выполняют роль катода.
Так же необходимо позаботиться об охлаждении рабочей ванны, в процессе хим реакции электролит будет нагреваться.
Я использовал 2 титановые гофты (квадратная банка) получается вся площадь гофты является катодом, что весьма положительно влияет на равномерность нанесения, ток более равномерный по пповерхности детали, ну и титану кислота не помеха.
Так же была организованная Водяная баня, только в обратную сторону, для охлаждения, вода проточная со скважины.

В качестве электролита взят Электролит для аккумуляторных батарей, разбавленный в пропорции 1:1 дистиллированной водой. При приготовлении раствора электролита соблюдаем ТБ и льём не разбавленный электролит в дистиллированную воду (Соблюдая правило Кислоту в Воду, дабы избежать закипания)

После смешивания электролит нагреется, остужаем его градусов до 15-20, и впринципи поддерживаем такую температуру, от 10 до 25 градусов, это будет "Тёплое анодирование" которое позволит в дальнейшем окрасить деталь красителем для ткани и им подобными.
Если температура будет ниже, близкая к 0, то мы получим "холодное" анодирование, слой будет плотнее и прочнее, но красителем его уже не окрасиш, поры слишком плотные будут, возможно получиться окрасить Химическим способом, но я пока такой не осваивал, поэтому в домашних условиях проще добиться Теплого анодирования.
Пока деталь плавает в воде, подключаем токоподвод к источнику тока.
В качестве источника тока лучше использовать блоки со стабилизацией по току, что бы не бегать и не следить за током, чем больше площадь детали, тем более мощный придётся искать блок.
Площадь данной детали, примерно, составила 490см2, плотность тока должна быть 15-20мА на см2 итого получаем тока 7,3-9,7А при напряжении 12в, хотя в процессе роста оксидной плёнки напряжение может подрости, я брал источник с параметрами 20А и 30в максимальные значения.
При Холодном анодировании для поддержания заданного тока может потребоваться напряжение гораздо больше чем 12в, ибо чем плотнее слой, тем больше его электрическое сопротивление.

На следующих этапах соблюдаем главное правило: "Погружение в раствор и доставание из раствора детали ТОЛЬКО при включенном источнике тока!"
Иначе кислота начнёт разъедать деталь и загрязнять раствор…
Погружаем деталь в раствор, при включенном источнике тока, достаточно самого минимального значения, просто что бы между анодом и катодом было напряжение! Опять же не забываем про маску, очки и перчатки!

Зачем размещать деталь под углом, при строго горизонтальном расположении шайбы было замечено, что торцы покрываются более плотным слоем чем плоскости, плюс если имеются не сквозные отверстия, деталь необходимо размещать так, чтобы а)электролит полностью их заполнил и б)чтобы из них мог выходить газ скапливающийся в процессе, иначе может образоваться газовый пузырь, который вытиснит электролит, и соответсвенно в этом месте деталь не покроется оксидным слоем.
Ну и по возможности деталь должна быть равноудалена от катода, тоесть стенок ванны.

Вокруг детали начнётся активное выделение пузырьков газа, кислорода, сам по себе он не особо вреден, а вот аэрозоль кислоты, образующаяся при лопании пузырьков, когда они доходят до поверхности, весьма вредно вдыхать, поэтому накрываем всё это хозяйство.

Как только накрыли крышкой, выставляем на блоке питания необходимый ток и засекаем минут 40-60

Пока ждём начинаем готовить раствор красителя, в качестве красителя можно использовать анилиновы красители разбавленные в воде или краску для заправки картриджей для струйников.
Я использовал вчастности Colouring для устройств Canon/Epson/HP/Lexmark продаётся в ДНС по 200-300р за 100мл, бывает Голубой (Cyan), Пурпурный (даёт цвет от красного до фиолетового) (Magenta), Желтый и Чёрный, так же есть Светло-голубой и Светло-пурпурный.
С голубым у меня получилось, желтый и чёрный не пробовал, а вот Magenta не захотел красить пробник почему-то.

Я разбодяживал 2 пузырька примерно на 3л воды, далее подогреваем этот раствор до 60градусов.
Все работы лучше проводить в резиновых перчатках, отмывается эта дрянь с рук очень плохо!

При нагреве кастрюлька хорошо так окрашивается, так что используем не нужную, потом в быту её использовать не комильфо )

Периодически посматриваем как идёт процесс, раствор становится мутным от обилия пузырьков, но больших пузирей не должно быть!

Не отключая напряжение можно приподнимать деталь, чтобы проверить состояние токоподвода и самой детали.

При анодировании крупных деталей (ну или большого количества мелких ;) ) возникает проблемка, за которой необходимо следить.
На одной фото обратил внимание на красный налёт на стенках ванны, это медь из сплава Д16Т выходит в раствор и осаждатся на стенках, когда деталь большая, слой становится толстым и отпадает от стенок и начинает бултыхаться какое то время в растворе, пока не растворится и снова не выпадит на стенках, НО за время своего бултыхания эти частицы попадая на поверхность детали устраивают местные прогары, что визуально видно как чёрные полоски как от электроразрядов…
Поэтому необходимо периодически сливать электролит, промывать ванну в воде и счищать медь со стенок.

После окончания процесса Анодирования, не отключая источник тока достаём деталь из раствора.

Далее следует чательная промывка детали в проточной воде, дабы смыть остатки окислительных процессов и вымыть электролит из пор, так же как и ранее ДЕТАЛЬ НЕЛЬЗЯ ТРОГАТЬ РУКАМИ максимум в резиновых перчатках или кистью аккуратно промываем.
Один раз попробовал промывку в слабом растворе щелочи, для нитролизации кислоты, но тут надо очень быстро и аккуратно и снова под проточную воду.
Я некоторое время выдерживал деталь в проточной воде, пока отцеплял от блока питания и возился с краской.

Дальше чистую деталь помещаем в горячий краситель, степень окраски зависит от концентрации раствора, времени выдержки в растворе, и оксидного слоя.
Поэтому при попытке окрасить несколько Больших деталей очень сложно попасть в цвет, ибо слишком много факторов влияющих на это, в этом плане только чёрный цвет самый простой вариант, держим в растворе минут 15, и он точно будет чёрный (точнее коричневато-чёрный)
После того, как получили нужный нам цвет, опускаем деталь в кипяток и варим её так минут 30, воду тоже лучше использовать дистиллированную.
Кипятим деталь для того, чтобы закрыть поры и краска осталась внутри, при проварке часть краски перейдёт в воду и деталь может немного осветлиться, это опять же камень в огород повторяемости цвета на нескольких одинаковых деталях…
В итоге после долгих мучений и экспрементах на "кошках" должно получиться что то подобное :)

Всем мира, счастья и с наступающим НГ, и не забываем При работах с кислотами шелочами обязательно использование защитных стредств!

После экспериментов с Сернокислым электролитом и окраской в анилиновых красителях, стал искать варианты менее вредного процесса и вариантов окраски без использования красителей для ткани.
Первое что опробовал, это окраску в растворах неорганических солей, стандартно анодируем в сернокислом, после промывки окунаем сперва в раствор Железистосинеродистого калия, с выдержкой несколько минут, промываем и погружаем в Хлорное железо, в итоге деталь окрашивается в синий цвет, такой способ окраски получается более стойкий, в отличии от красителей, более полное наполнение пор, красящий пигмент образуется внутри пор в следствии хим реакции, но т.к. нужен был голубой цвет, этот вариант отпал сам собой, он проще чем в красителях "варить", НО количество цветов весьма ограничено, и для некоторых требуются дорогостоящие реактивы типа Азотнокислого серебра.
Гуглим дальше, был найден патент по окраске анодных плёнок при помощи ступенчатого анодирования при постоянном токе и последующего анодирования переменным, судя по описанию в патенте, можно получить большое количество цветов, причем с очень точной их повторяемостью (что весьма сложно при окраске в анилиновых красителях, сложно попасть в тон на нескольких деталях, с каждой окраской падает концентрация красителя в растворе, Ph и тд.)
По описанию анодирование проводится в двух видах электролитов, в Сернокислом и Щавелекислом, т.к. хотел уйти от серняги, как более вредной, перешел на Щавелекислый электролит.
Но увы, почему-то не удалось получить результат как описывалось в патенте, деталь отказывалась окрашиваться в какой-либо цвет вообще…
Зато был собрана установка для анодирования с возможностью перемешивания раствора, его нагрева и охлаждения.
Вот такой бурбулятор получился :)

Читайте также: