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

Анодирование алюминия представляет собой распространённый метод отделки поверхности, применяемый для обработанных деталей. Учитывая разнообразие доступных типов анодирования, мы подробно рассмотрим анодирование типа III. В ходе обсуждения будут рассмотрены его определение, технические характеристики, сертификация, достижимая толщина, твёрдость, цвета, применяемые материалы, процесс, преимущества, а также сравнение анодирования типов 3 и 2, а также анодирования с твёрдым покрытием и гальванопокрытия.

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

Анодирование типа 3, также известное как анодирование с твёрдым покрытием или твёрдое анодирование, — это электрохимический процесс, в результате которого на поверхности очищенных сплавов, как правило, алюминиевых, образуется плотный, твёрдый и прочный оксидный слой. Этот метод обработки поверхности обычно соответствует военному стандарту MIL-PRF-8625 (ранее MIL-A-8625). Твёрдое анодирование — самый толстый из трёх типов анодирования. Этот тип анодирования позволяет сформировать очень толстый оксидный слой, который улучшает эксплуатационные характеристики и свойства сплава, включая твёрдость поверхности, износостойкость, электроизоляцию и коррозионную стойкость.

О спецификации MIL-A-8625

Стандарт MIL-A-8625 был переименован в MIL-PRF-8625, который определяет технические требования к шести типам и двум классам анодированных алюминиевых сплавов.

MIL-PRF-8625/Mil-A-8625 Тип I: анодирование хромовой кислотой, обычные покрытия
MIL-PRF-8625/Mil-A-8625 Тип IB: анодирование хромовой кислотой, низковольтный процесс (22±2 В)
MIL-PRF-8625/Mil-A-8625 Тип 1C: анодирование без использования хромовой кислоты, используется как нехроматная альтернатива для типов I и IB
MIL-PRF-8625/Mil-A-8625 Тип II: Анодирование серной кислотой (анодирование с прозрачным слоем), обычные покрытия
MIL-PRF-8625/Mil-A-8625 Тип IIB: тонкое анодирование серной кислотой, может использоваться в качестве альтернативы для Типа I и Типа IB
MIL-PRF-8625/Mil-A-8625 Тип III: Твердые анодные покрытия
MIL-PRF-8625/Mil-A-8625 Класс 1: Неокрашенный
MIL-PRF-8625/Mil-A-8625 Класс 2: Окрашенный

Толщина анодированного твердого покрытия типа III

Для покрытий типа III, соответствующих стандарту MIL-A-8625, часто называемых твёрдым анодированием, предусмотрены определённые требования к толщине. Если в инженерном чертеже толщина покрытия не указана, толщина анодированного покрытия типа 3 по умолчанию устанавливается равной 0.0020 дюйма (2 мила) с допустимым отклонением плюс-минус 0.0004 дюйма. Это означает, что фактическая толщина анодированного алюминия типа 3 может отличаться на 20% от номинального значения. Однако, если требуется другая толщина, она должна быть чётко указана на чертеже вместе с допустимым диапазоном отклонений. Что касается толщины анодированного покрытия типа II, общий диапазон составляет от 0.0001 дюйма до 0.0005 дюйма.

Форма кромок детали играет важную роль в достижении равномерности покрытия. В частности, углы должны иметь радиус, а не фаску или скол. Это связано с тем, что покрытие наносится перпендикулярно поверхности, а острые углы, как правило, приводят к неравномерной толщине и искажению размеров. Чтобы избежать этих проблем, стандарт MIL-A-8625 рекомендует определённые минимальные радиусы для покрытий различной толщины:

Для толщины покрытия 0.001 дюйма рекомендуется радиус 0.03 дюйма.
Для толщины покрытия 0.002 дюйма рекомендуется радиус 0.06 дюйма.
Для толщины покрытия 0.003 дюйма рекомендуется радиус 0.09 дюйма.

Проектировщики должны убедиться, что все анодированные кромки имеют радиус не менее 0.06 дюйма, если специально не выбраны меньшие радиусы, понимая, что меньшие радиусы увеличивают риск возникновения неровностей размеров или проблем с внешним видом поверхности.

Одним из важнейших аспектов твердого покрытия типа III является его влияние на размеры детали. Оксидный слой, образующийся в процессе анодирования, значительно толще, чем при других видах анодирования. Покрытие растёт как наружу от поверхности, так и внутрь, превращая часть металла под ним в оксид. Как правило, около половины толщины покрытия составляет оксид, проникающий в металл, а другая половина — оксидный слой, растущий наружу от поверхности. В результате при анодировании типа III поверхность детали фактически растёт примерно на половину общей толщины покрытия. Однако важно отметить, что толщина внутреннего покрытия не обязательно равна толщине внешнего покрытия.

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 твёрдым покрытием? Да, анодированный алюминий можно окрашивать. Покрытие темнеет и приобретает цвет из-за состава оксидной плёнки и микроструктуры, образующихся в процессе нанесения твёрдого покрытия. Некоторые алюминиевые сплавы приобретают характерные цвета в оксидированном твёрдом покрытии. Например, сплавы серии 2000 приобретают зелёный или серый оттенок из-за вкраплений меди. Алюминий серии 6000 образует почти чёрный оксидный слой. Даже светло-серые покрытия возможны при анодировании термостойких алюминиевых сплавов серии 8000.

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 анодирования твердого покрытия типа 3

Повышенная стойкость к истиранию и твёрдость поверхности. Твёрдое анодирование делает поверхность значительно твёрже основного алюминиевого металла; деталь становится гораздо более прочной и устойчивой к царапинам, износу и истиранию по сравнению с чистым алюминием. Такой увеличенный срок службы и прочность идеально подходят для деталей, подверженных интенсивному использованию или контакту.
Действует как электроизолятор. Оксидный слой, образующийся при анодировании, является диэлектриком, то есть плохо проводит электричество. Чем толще покрытие, тем выше его удельное сопротивление. Это делает анодирование с твердым слоем полезным в областях, где требуется электро- или теплоизоляция, например, для корпусов электронных устройств или деталей, подверженных воздействию электрических напряжений.
Повышенная коррозионная стойкость. Твёрдое покрытие также служит барьером, защищающим алюминий от коррозии, вызываемой водой, химикатами, соленой водой и другими агрессивными средами. Это продлевает срок службы анодированных деталей, подверженных коррозии.
Эстетические преимущества. Процесс твёрдого анодирования позволяет получать непрозрачные цветные покрытия, улучшающие внешний вид деталей. Для идентификации могут также использоваться другие цвета.

Применение деталей с твердым анодированием

Анодирование типа III имеет различные области применения, особенно в отраслях, требующих высокой износостойкости, коррозионной стойкости и прочности сцепления с полимерными покрытиями и клеями, например, для поршневых колец и некоторых клапанов, шарнирных механизмов, зубчатых передач, вращающихся соединений, изоляционных плит и т. д. Однако твёрдое анодирование не подходит для резьбы. Ниже приведены типичные примеры применения твёрдого покрытия типа III в различных отраслях.

Авиация и космонавтика: компоненты авиационных двигателей, шасси и конструктивные элементы.
Морская промышленность: судовая арматура, гребные винты, клапаны и подводное оборудование.
Автомобилестроение: поршни, цилиндры, блоки двигателей и элементы подвески.
Электроника: радиаторы, разъемы и электронные корпуса.
Спорт и отдых: велосипедные рамы, рыболовные катушки, альпинистское снаряжение и туристическое снаряжение.
Оборона и огнестрельное оружие: ствольные коробки винтовок, рамки пистолетов и другие детали огнестрельного оружия.

Технические характеристики анодирования твердого покрытия 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 и методы 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.

Различные методы анодирования типа 3:

1. Процесс нанесения твердого покрытия по Мартину (MHC)
Процесс Martin Hard Coat — один из самых ранних и универсальных методов анодирования с твёрдым покрытием, подходящий для многих алюминиевых сплавов, таких как серии 3000, 5000, 6000 и 7000. Он использует ванну с серной кислотой концентрацией около 15% и очень низкую температуру около 0°C (32°F). Плотность тока составляет от 20 до 25 ампер на квадратный фут (0,25 м²). В этих условиях прочное анодное покрытие толщиной около 1 мила (0,25 мм) формируется за 30–35 минут. Для сплавов с высоким содержанием меди или кремния силу тока снижают, чтобы избежать образования более слабого покрытия. Этот процесс надёжно создаёт твёрдые и долговечные покрытия, но для достижения наилучших результатов требуется тщательный контроль температуры и силы тока.

2. Процесс смешения кислот Alcoa Alumilite
Разработанный на основе процесса MHC, метод Alumilite компании Alcoa использует ванну со смешанной кислотой, включающую серную кислоту (12%) и небольшое количество щавелевой кислоты (около 1%). Работая при более высокой температуре от 9°C до 11°C и плотности тока около 36 ампер на квадратный фут, этот процесс формирует покрытие толщиной 1 мил каждые 20 минут, включая время выхода на рабочий режим. Более тёплая ванна более энергоэффективна и проще в обслуживании при анодировании различных деталей и сплавов. Добавление щавелевой кислоты обычно приводит к получению покрытий такой же твёрдости или даже более твёрдых, чем покрытия, полученные при использовании оригинального метода MHC, что делает его предпочтительным выбором для самых разных применений.

3. Изменение серной кислоты при более высоких температурах
Упрощённый вариант процесса Martin Hard Coat включает увеличение концентрации серной кислоты до 15–20% и повышение температуры ванны примерно до 7°C (45°F), регулируя плотность тока от 24 до 36 ампер на квадратный фут. Этот метод обеспечивает большую гибкость при анодировании сплавов с высоким содержанием меди или кремния, помогая поддерживать твёрдость и качество покрытия. Это простой в использовании процесс, который хорошо адаптируется к различным составам сплавов без ущерба для их характеристик.

4. Вариант с добавлением глицерина и гликолевой кислоты
Ещё одно заметное изменение заключается в добавлении около 3% объёма глицерина и гликолевой кислоты в сернокислотную ванну, которая может работать при температуре до 21°C. Эта комбинация добавок значительно повышает твёрдость анодного покрытия, позволяя получать твёрдые и долговечные покрытия даже при более высоких температурах ванны.

Распространенные этапы анодирования алюминия типа 3:

1. Очистка алюминиевой детали
Первым этапом анодирования с твёрдым покрытием является тщательная очистка алюминиевой детали от грязи, жира и других загрязнений, поскольку любые оставшиеся загрязнения могут ослабить анодированный слой или стать причиной дефектов. Обычно для этого используется щелочной раствор, который эффективно разлагает масла и загрязнения. После очистки деталь промывают деионизированной водой, чтобы удалить остатки чистящих средств, обеспечивая безупречную чистоту поверхности и готовность к следующему этапу.

2. Поверхностное травление
В некоторых случаях алюминий требует мягкого травления для сглаживания поверхности и удаления естественного оксида, образующегося при контакте алюминия с воздухом. Этот естественный оксидный слой неровный и не подходит для анодирования твёрдым слоем. Процесс травления использует кислоту для создания однородной, чистой поверхности, улучшая адгезию и плотность анодного покрытия. Этот этап обеспечивает равномерное формирование твёрдого слоя и его прочное сцепление с металлом.

3. Погружение в анодировочную ванну
Затем алюминиевую деталь погружают в ванну с электролитом на основе серной кислоты, температура которой тщательно контролируется, обычно близка к температуре замерзания. В ванну также помещают инертный катод, обычно из графита или свинца. При подключении к положительному полюсу источника питания алюминий служит анодом, что запускает процесс окисления на его поверхности.

4. Применение электрического тока в контролируемых условиях
Через ванну пропускается электрический ток, в результате чего на поверхности алюминия образуется кислород, который реагирует с ним, образуя толстый слой оксида алюминия. Этот этап выполняется при более низкой температуре и более высокой плотности тока, чем при традиционном анодировании типа 2, что позволяет получить более плотное, твёрдое и менее пористое покрытие. Ванна с серной кислотой перемешивается пузырьками воздуха для поддержания равномерной температуры и улучшения качества покрытия. Напряжение можно увеличить до 120 вольт для преодоления растущего сопротивления по мере утолщения оксидного слоя, что позволяет точно контролировать толщину покрытия.

5. Герметизация анодированного кайера
После достижения желаемой толщины твёрдого покрытия алюминиевую деталь извлекают из электролитной ванны и немедленно герметизируют. Герметизация обычно осуществляется путём погружения детали в кипящую деионизированную воду, пар или раствор ацетата никеля. Этот процесс закрывает микроскопические поры в оксидном слое, значительно повышая коррозионную стойкость и помогая покрытию удерживать красители при нанесении красителей. Правильная герметизация также повышает износостойкость и долговечность анодированной поверхности.

6. Окончательное ополаскивание и сушка
После герметизации деталь проходит финальную промывку для удаления остатков герметика и химикатов с поверхности. Затем она тщательно просушивается, завершая процесс анодирования. На этом этапе алюминиевая деталь приобретает прочную, износостойкую и устойчивую к коррозии поверхность, которую при желании можно окрасить в эстетических целях.

Анодирование типа II против типа III – твердое анодирование против прозрачного анодирования

Анодирование типа II также известно как обычное или прозрачное анодирование. Типы 2 и 3 различаются по технологии, толщине, стоимости и другим параметрам.

1. Толщина покрытия
Одно из основных различий между анодированием типа II и типа III заключается в толщине образуемого оксидного слоя. Анодирование типа II создаёт относительно тонкое покрытие, обычно толщиной от 2.5 до 25 микрометров. Анодирование типа III формирует гораздо более толстый и плотный оксидный слой, обычно толщиной от 40 до 60 микрометров.

2. Типичные приложения
Анодирование типа II часто выбирают из-за его эстетической универсальности и умеренной защиты. Поскольку оно образует более тонкое и равномерное покрытие, оно широко используется для декоративных целей, архитектурных элементов и компонентов, требующих коррозионной стойкости, но не подверженных экстремальному износу. С другой стороны, твердое покрытие типа III обычно используется для защиты таких деталей, как тормозные суппорты, детали огнестрельного оружия, шасси и судовое оборудование, от сильного износа, коррозии и экстремальных воздействий окружающей среды.

3. Условия процесса
Хотя анодирование типа 2 и типа 3 обычно использует сернокислые электролиты, условия процесса существенно различаются. Тип II обычно протекает при более высоких температурах и более низком напряжении, тогда как тип III предполагает более низкие температуры и более высокое напряжение, что способствует образованию более толстого и твёрдого оксидного покрытия.

4. Внешний вид и отделка
Анодирование типа 2 предлагает более широкий выбор цветов и покрытий, включая матовые, сатиновые и яркие оттенки, поскольку его более тонкий оксидный слой легче окрашивать и полировать. Анодирование типа 3, напротив, приводит к образованию более толстой, темной и индустриальной поверхности, менее однородной по цвету и отделке, что обычно ограничивает возможность получения ярких или разнообразных цветов и делает акцент на защитных свойствах.

5. Влияние на размеры материала
Поскольку прозрачное анодирование типа II образует более тонкое покрытие, оно вносит минимальные изменения в размеры и допуски обработанных деталей. Более толстый оксидный слой, образующийся при анодировании твердого покрытия типа III, значительно изменяет размеры, и проектировщикам следует это учитывать.

6. Стоимость и сложность
Анодирование типа III, как правило, обходится дороже анодирования типа II. Необходимость более низких температур, более высокого напряжения и более длительного времени обработки увеличивает энергопотребление и сложность процесса, что приводит к росту производственных затрат.

7. Свойства и долговечность

Благодаря более толстому и плотному покрытию твердое покрытие Типа 3 имеет более высокую стойкость к истиранию, твердость, термостойкость и долговечность, чем Тип 2.

Facebook LinkedIn Твитнуть