Понимание анодирования твердого покрытия типа 3: толщина, цвета, применение, процесс и сравнение с другими типами

Анодирование алюминия представляет собой распространенную технологию отделки поверхности, используемую для обработанных деталей. Имея в наличии различные типы анодирования, мы углубимся в анодирование типа III. Это обсуждение будет охватывать его определение, сертификацию спецификаций, достижимую толщину, твердость, цвета, применимые материалы, процесс, преимущества и сравнение анодирования типа 3 и типа 2, а также анодирования с твердым покрытием и гальванопокрытия.

Что такое анодирование типа III (анодирование с твердым покрытием)?

Анодирование типа III, также известное как анодирование с твердым покрытием или твердое анодное покрытие, представляет собой электрохимический процесс, который образует плотный, твердый и прочный оксидный слой на поверхности цветных сплавов, как правило, алюминиевых сплавов. Этот метод обработки поверхности обычно соответствует военному стандарту MIL-PRF-8625 (MIL-A-8625). Анодирование с твердым покрытием является самым толстым из трех типов анодирования. Этот тип процесса анодирования может образовывать очень толстый оксидный слой, который улучшает эксплуатационные характеристики и свойства сплава, включая поверхностную твердость, износостойкость, электроизоляцию и коррозионную стойкость.

Толщина анодированного твердого покрытия типа III

Типичная толщина для анодирования типа III составляет 2 мил (51 мкм). Однако при определенных условиях процесса требуемая толщина покрытия может составлять 125 микрометров и более. Согласно MIL-PRF-8625F, если иное не указано в контракте, заказе на покупку или соответствующих чертежах, номинальная толщина покрытия должна составлять 0.002 дюйма (2 мил). Любые изменения толщины свыше 0.002 дюйма (2 мил) не должны превышать ±0.0004 дюйма (0.4 мил). Сложно достичь твердого анодного оксидного покрытия толщиной 2 мила и более на отливках в песчаные формы с высоким содержанием кремния, таких как 360, 380 и 383.

Твердость анодирования твердого покрытия типа III

Стандартная твердость для анодирования твердого покрытия составляет 60-65 HRC. Некоторые процессы анодирования твердого покрытия могут производить слои с твердостью до 70 HRC.

Цвета анодирования твердого покрытия

Можно ли окрашивать анодированный алюминий с твердым покрытием? Да, анодированный алюминий с твердым покрытием можно окрашивать. Покрытие темнеет и приобретает цвет из-за состава оксидной пленки и микроструктуры, образовавшихся в процессе нанесения твердого покрытия. Определенные алюминиевые сплавы приобретут характерные цвета в окисленном твердом покрытии. Например, сплавы серии 2000 дают зеленый или серый оттенок из-за захваченной меди. Алюминий серии 6000 образует почти черный оксидный слой. Даже светло-серые покрытия возможны с алюминиевыми сплавами серии 8000, устойчивыми к высоким температурам, подвергающимися анодированию твердым покрытием.

Какие материалы можно подвергать твердому анодированию?

В то время как другие металлы, такие как титан и магний, также могут быть анодированы, алюминий чаще всего обрабатывается с использованием этой технологии для защиты. Литой алюминий и литой алюминий являются широко используемыми материалами для твердого анодирования из-за их превосходных характеристик обработки поверхности. Литые алюминиевые сплавы, обычно используемые как алюминиево-кремниевые сплавы и алюминиево-медные сплавы, популярны из-за их хороших литейных характеристик и износостойкости. Чистый алюминий также часто используется для твердого анодирования.

Продолжительность твердого анодированного покрытия

Анодированные покрытия типа III не являются постоянными. Они могут сохраняться от нескольких лет до нескольких десятилетий. Они обычно используются в приложениях, требующих хорошей износостойкости. Тяжесть среды износа влияет на срок службы защитного оксидного слоя.

Преимущества твердого анодирования

– Повышенная стойкость к истиранию и твердость поверхности. Твердое анодирование делает поверхность намного тверже, чем лежащий в основе алюминиевый металл, деталь будет намного более прочной и устойчивой к царапинам, износу и истиранию по сравнению с чистым алюминием. Этот увеличенный срок службы и долговечность отлично подходят для деталей, которые могут подвергаться интенсивному использованию или контакту.

– Действует как электроизолятор. Оксидный слой, образующийся при анодировании, является диэлектриком по своей природе, то есть он не очень хорошо проводит электричество. Чем толще покрытие, тем выше электрическое сопротивление. Это делает анодирование с твердым покрытием полезным для применений, где требуется электрическая или тепловая изоляция, например, для корпусов электронных устройств или деталей, которые могут подвергаться воздействию напряжения.

– Улучшенная коррозионная стойкость. Твердое покрытие также служит барьером для защиты алюминия от коррозии под воздействием воды, химикатов, соленой воды или других агрессивных сред. Это продлевает срок службы анодированных деталей, подверженных коррозии.

– Эстетические преимущества. Процесс жесткого анодирования может производить непрозрачные, цветные покрытия, которые могут улучшить внешний вид деталей. Различные цвета также могут быть указаны для целей идентификации.

Применение деталей с твердым анодированием

Твердое анодирование типа III имеет различные области применения, особенно в отраслях, где требуется высокая износостойкость и простота смазки, например, поршневые кольца и некоторые клапаны, шарнирные механизмы, шестерни, вращающиеся соединения, изоляционные плиты и т. д.

– Аэрокосмическая и авиационная промышленность: Анодирование формирует твердый, относительно инертный слой оксида алюминия (Al2O3), повышая твердость и износостойкость материала. Это имеет решающее значение для деталей самолетов и аэрокосмической техники, подвергающихся длительному механическому износу. Кроме того, хорошая электроизоляция предотвращает проблемы с коротким замыканием, обеспечивая нормальную работу космических аппаратов.

– Медицинские приборы: анодные оксидные покрытия типа III в основном используются для медицинских приборов, таких как костные винты и стальные пластины. Эти приборы требуют хорошей коррозионной стойкости и легкой идентификации, что может обеспечить анодирование типа III.

– Автомобильная и тяжелая техника: Обычно используется для обработки поверхности автомобильных и тяжелых машинных компонентов. Например, фильтры для тяжелых грузовиков, рамы и опорные части устройств видеоконференцсвязи, гидравлические и пневматические блоки экскаваторов и т. д. используют это покрытие.

– Полупроводники и электронные приборы: применяются для различных электронных соединителей, корпусов клапанов и т. д.

Технические характеристики и сертификация твердого анодирования типа III

• MIL-PRF-8625 (Mil-A-8625)

• Военный стандарт 171 7.5.1 и военный стандарт 171 7.5.2

• АМС 2468 и АМС 2469

• АМС-А-8625

• BS 5599 и BS EN 2536

• ASTM B 580 и ASTM 2482

• БАК 5821

• ПС 13208, ПС 13201 и ПС 13021.1

• HP 4-79

Как удалить твердое анодированное покрытие?

1. Химическая

– Кислотная промывка: это широко используемый метод. Погружая металл в кислотный раствор, такой как ванны для кислотной промывки HF-HCl или HF-HNO3, можно быстро и полностью удалить поверхностный реакционный слой без введения других элементарных загрязнителей.

– Щелочная промывка: щелочные растворы также можно использовать, но конкретные детали упоминаются реже.

2. Электрохимический

– Эти методы предполагают погружение металла в кислотный или щелочной раствор и удаление оксидного покрытия посредством химических реакций.

3. Другие методы

При удалении всех толстых анодных покрытий одним из лучших методов является погружение деталей или загрузки в ванну с сильной кислотой, например, в раскислитель, или даже в ванну для анодирования на 45 минут с последующей промывкой и удалением покрытия.

Влияние удаления твердого анодированного покрытия на размер детали

Удаление твердого анодированного покрытия уменьшит размеры деталей. Это происходит потому, что по мере формирования анодированного покрытия оно фактически проникает в алюминий. Часть его проникает, а часть накапливается. Следовательно, если толщина покрытия составляет 0.0050 дюйма, после удаления области с анодированным покрытием могут быть примерно на 0.0025 дюйма или больше, чем области без покрытия. Однако в процессе удаления непокрытые области начнут травиться раньше покрытых областей.

Процесс анодирования твердого покрытия алюминия

Существуют некоторые устоявшиеся фундаментальные и общие процессы твердого анодирования, которые используются уже давно. Они, наряду со многими вариантами, составляют основу процессов, которые используются и сегодня.

1. Процесс нанесения твердого покрытия Martin Hard Coat (MHC)

– Использование 15% (165 г/л) раствора электролита серной кислоты

– Температура ванны: 32°F±3°C (0°C±2°C)

– Плотность тока: 20-25 А/кв.фут (2.2-3.2 А/кв.дм)

– Создает покрытие толщиной около 1.0 мил (25 мкм) за 30-35 минут

2. Процесс Алюмилит 225/226

– Использование «смешанного кислотного электролита» из 12% (132 г/л) серной кислоты и 1% (40-45 г/л) щавелевой кислоты

– Температура ванны: от 48°F до 52°F (от 9°C до 11°C)

– Плотность тока: 36 А/кв. фут (3.9 А/кв. дм)

– Создает покрытие толщиной около 1.0 мил каждые 20 минут

3. Основные шаги и процедуры:

1) Предварительная обработка:

– Обезжиривание: Погружение в обезжиривающий раствор с последующим ополаскиванием для удаления обезжиривателя. Обезжиривание обычно производится с использованием растворителей на основе тетрахлорэтилена.

– Щелочное травление: погружение в раствор гидроксида натрия для удаления Al2O3 с последующей промывкой водой.

– Химическое полирование: удалите грязь и естественную оксидную пленку с помощью смеси фосфорной и азотной кислот.

– Очистка от сажи: погружение в раствор для очистки от сажи, обычно представляющий собой смесь фосфорной и азотной кислот, для удаления оставшейся сажи или металлических частиц.

2) Анодирование:

– Подвешивание деталей: подвешивание алюминиевых деталей на крючки.

– Приготовление электролита: приготовление 10% раствора серной кислоты и обеспечение контроля температуры в пределах ±25°C.

– Анодирование: погружение алюминиевых деталей в сернокислый электролит в качестве анода, в то время как постоянный катод, обычно из графита или свинца, помещается в ванну и замыкает электрическую цепь. Анодирование происходит на поверхности алюминия, образуя оксидную пленку. Типичная плотность тока составляет 3.0 А/дм², время анодирования 70 минут, концентрация серной кислоты 240 г/л.

– Промывка: промывка водой для удаления остатков электролита после анодирования.

– Окрашивание или электролитическое окрашивание: выполняется по мере необходимости в эстетических целях. Окрашивание перед герметизацией помогает красителю глубже проникнуть в оксидный слой.

– Герметизация: использование процесса низкотемпературной герметизации делает оксидный слой более плотным и долговечным.

Параметры процесса:

– Плотность тока: 3.0 А/дм²

– Время анодирования: около 70 минут

– Концентрация серной кислоты: 240 г/л

– Контроль температуры: во время процесса твердого анодирования необходимо поддерживать постоянную температуру.

– Регулировка напряжения: анодирование типа III требует более высокого напряжения, чем анодирование типа II. Для цикла анодирования необходим источник питания, способный обеспечить достаточный ток и напряжение до 120 В постоянного тока. Первоначальное приложенное напряжение составляет около 25 В постоянного тока, увеличиваясь до 120 В постоянного тока к концу процесса. По мере утолщения анодного слоя его сопротивление току увеличивается, что может препятствовать процессу осаждения оксида. Увеличение напряжения компенсирует снижение электропроводности заготовки. Будьте осторожны с регулировкой напряжения, чтобы не допустить возгорания анодного слоя из-за внезапного повышения напряжения.

Различия между анодированием типа II и типа III – анодирование с твердым покрытием против обычного анодирования

Анодирование типа II также известно как стандартное или обычное анодирование.

1. Состав электролита

– При анодировании типа II в качестве электролита обычно используется серная кислота с концентрацией от 10% до 20%.

– При анодировании типа III также используется раствор серной кислоты, но могут использоваться и другие кислоты или их комбинации.

2. Толщина покрытия

– Анодирование типа II создает тонкий оксидный слой, обычно толщиной 5–8 мкм, тогда как анодирование типа III формирует более толстое твердое покрытие, обычно требующее толщины 50 мкм.

3. термины

– Анодирование типа II имеет плотность постоянного тока 1-2 А/дм².

– Анодирование типа III требует более высокого напряжения или плотности тока и выполняется в чрезвычайно холодных условиях для получения более толстого и твердого анодного слоя.

4. Приложения

– Анодирование типа II в основном используется для повышения коррозионной стойкости и качества поверхности алюминиевых сплавов, подходит для защиты деталей автомобилей и машин, медицинского оборудования, бытовой техники и промышленных компонентов.

– Анодирование типа III в основном используется для повышения износостойкости и коррозионной стойкости, применимо для применений с высокой износостойкостью.

5. Внешность

– Анодирование типа II имеет яркий, блестящий вид. Из-за более толстого многопористого слоя анодирование типа III имеет более тусклую, менее глянцевую поверхность.

6. Пористость

– Анодирование типа II имеет более низкую пористость, с более мелкими и плотными порами. Анодирование типа III имеет высокопористую сотовую структуру, что позволяет проникать красителю.

7. Твердость

– Анодирование типа III обеспечивает большую износостойкость за счет более толстого слоя. Оно тверже и долговечнее анодирования типа II.

8. Устойчивость к коррозии

– Анодирование типа III, с большей толщиной, обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, особенно в суровых условиях. Анодирование типа II обеспечивает меньшую защиту.

Твердое анодирование против гальванопокрытия

Анодирование твердого покрытия и гальванопокрытие различаются по своим процессам и конечным результатам. Гальванопокрытие подразумевает добавление слоя покрытия на поверхность материала, в то время как анодирование твердого покрытия формирует покрытие посредством проникновения и внешнего накопления. Половина покрытия проникает, а другая половина накапливается на внешней поверхности. В результате, даже при одинаковой толщине покрытия анодирование твердого покрытия не добавляет столько же размерных изменений к материалу, как гальванопокрытие.

1. принципы

– Анодирование твердого покрытия: при контакте металлической поверхности с окислительным раствором на поверхности металла образуется плотный, твердый оксидный слой, который улучшает его эксплуатационные характеристики. Это естественный процесс роста, и оксидный слой формируется на поверхности алюминия, не изменяя форму или размер исходного материала.

– Покрытие: слой покрытия из металла или сплава электроосаждают на поверхность металла, чтобы изменить его внешний вид и эксплуатационные характеристики. Покрытие включает электролиз, где покрываемый материал служит катодом, а покрывающий металл из того же материала, что и анод (или нерастворимый анод), погружают в раствор электролита, содержащий ионы покрывающего металла; затем подается определенный ток.

2. Свойства покрытия

– Анодирование с твердым покрытием: обычно создает шероховатую поверхностную оксидную пленку серебристо-белого или серого цвета, обеспечивая защитный оксидный слой, не изменяя внешний вид изделия.

– Покрытие: позволяет придать изделию блестящий, зеркальный или гальванический вид, часто используется для улучшения визуальной привлекательности изделия.

3. Использование

– Твердое анодирование: подходит для обработки поверхности легких металлов для обеспечения коррозионной стойкости и износостойкости.

– Покрытие: применяется для обработки поверхности тяжелых металлов, позволяя придавать им различный внешний вид и цвет.

4. КПД

– Анодирование твердого покрытия: из-за особенностей естественного роста эффективность процесса относительно низкая, но оно обеспечивает долгосрочный защитный эффект.

– Гальванопокрытие: благодаря электролитическому осаждению эффективность процесса высока, но требуется регулярное пополнение ионов металла в растворе электролита.

Facebook LinkedIn Твитнуть