Измерение анодного покрытия на изделиях из алюминия

DeFelsko выпускает портативный прибор неразрущающего контроля толщины покрытий, который идеально подходит для замера толщины анодного покрытия на алюминиевых изделиях.

Для эффективного контроля толщины тонких покрытий в процессе анодирования необходимо точное средство неразрушающего контроля.   

Вторая задача – это измерение толщины анодного покрытия на небольших или труднодоступных участках.

Серия “N” приборов PosiTector 6000 на вихревых токах идеально подходит для неразрушающего контроля не проводящих ток покрытий на неметаллических основах. Зонд PosiTector NAS специально спроектирован для замера анодного покрытия на алюминиевых изделиях с высокой разрешающей способностью. Хотя зонд NAS имеет возможность производить замеры до 625 микрон, он наиболее точен и выдает наибольшее разрешение до 100 микрон, что находится в большинстве случаев в ожидаемых пределах при анодировании.

При измерении небольших или труднодоступных участков микрозонд PosiTector N является идеальной альтернативой. Используя наконечник 0°, 45° или 90°, можно производить замеры в глубоких отверстиях, на небольших выступах или на внутренних диаметрах. При использовании адаптера для фиксации и быстрой смены, микрозонд N имеет такие же показатели, как и зонд NAS.

Анодирование – это процесс электрохимического преобразования, существующий с 30-х годов ХХ века. Некоторые металлы имеют способность подвергаться анодной обработке, включая алюминий, магний, титан и тантал. Анодированный алюминий используется во многих отраслях благодаря низкой стоимости, эстетическим качествам и идеальным механическим свойствам.

В отличие от большинства защитных покрытий, анодирование надолго изменяет наружную структуру металла. Когда алюминий находится на воздухе, он, естественно, образует тонкую пленку оксида алюминия, которая предохраняет его от дальнейшего окисления. Процесс анодирования делает окисленную поверхность намного толще, до нескольких тысячных дюйма в толщине. Твердость покрытия из анодированного оксида алюминия равняется твердости алмаза, улучшая сопротивление абразивному износу алюминия. Добавленная глубина слоя оксида увеличивает сопротивление коррозии алюминия и в то же время облегчает чистку поверхности. Пористость особенных видов анодированной поверхности позволяет окрашивать алюминий в различные цвета, что делает его более привлекательным.

Анодированная поверхность обычно бывает до 125 мкм в толщину. Известны три наиболее распространенные способы анодирования алюминия: хромовое (тип 1), серное (тип 2) и твердое (тип 3).

    При хромовом анодировании используется электролит хромовой кислоты, в результате получаем самое тонкое покрытие, толщиной всего от 0,5 до 2,5 мкм. 50% полученного покрытия образовывается в результате проникновения в основу и еще 50% за счет прироста от исходных размеров. Хромовое анодирование меньше всего влияет на сопротивление усталости и является менее коррозионноопасным, таким образом, идеально подходит для применения на составных и трудно промываемых деталях. Отлично подходит для покрытия алюминиевого литья, большинство анодированных хромом деталей используются в военной и аэрокосмической областях и, по сути, является более функциональным, нежели декоративным.

    Серное анодирование является наиболее распространенным методом анодирования, для получения покрытия толщиной до 25 мкм используется серная кислота. 67% полученного покрытия образовывается в результате проникновения в основу и еще 33% за счет прироста от исходных размеров. Благодаря своей пропускающей способности серное анодирование отлично подходит для разноцветного окрашивания и служит основой для нанесения грунтовок, связующих материалов и органических покрытий. Серное анодирование обеспечивает защиту от коррозии и особую прочность. Типичное применение – архитектура, аэрокосмическая промышленность, производство автомобилей и компьютеров.

    При твердом анодировании (т.е. для получения прочного покрытия) используется более концентрированный электролит серной кислоты при более низких температурах, в результате чего получают прочную поверхностную оболочку с отличной сопротивляемостью износу, коррозии и потере цвета, изоляционными свойствами и твердостью поверхности (до 70 ед. по Роквеллу). 50% полученного покрытия образовывается в результате проникновения в основу и еще 50% за счет прироста от исходных размеров при общей толщине 12-100 мкм. Твердоанодированные металлы имеют повышенную поверхностную прочность. Обычно используются в оборудовании для недекоративного упаковывания пищевых продуктов, валиках для протягивания бумаги в копировальной технике, в качестве элементов экстерьера, таких как витрины и окна строений.

Процесс анодирования алюминия

Алюминиевую деталь вешают на раме из очищенного алюминия или титана, обеспечивающей хороший электрический контакт. В процессе анодирования детали закрепляются на раме, а раму помещают в ряд емкостей.

1.      Алюминиевую деталь опускают в горячую емкость, содержащую разведенное моющее вещество, для очистки поверхности от грязи.
2.      Деталь ополаскивают, чтобы не загрязнить раствор в следующей емкости.
3.      В следующей емкости происходит восстановление детали с помощью раствора кислоты (хромовой, серной, азотной или фосфорной), при этом удаляется тонкая неоднородная пленка оксида алюминия.
4.      Снова деталь ополаскивают, чтобы не загрязнить емкость.
5.      Выполняется протравка детали погружением в емкость, содержащую раствор гидроксида натрия. Травлением убирается естественный блеск алюминия, поверхности придается мягкий матовый текстурированный вид.
6.     Деталь опускают в емкость для анодирования, которая содержит смесь разведенной кислоты и воды, способной проводить электрический ток. Разновидность кислоты, процентное соотношение раствора и температура являются критическими параметрами и зависят от заданной фактуры и цвета. Отрицательный полюс электрической цепи присоединяется к раме с деталями, а положительный – к одному или нескольким катодам, таким образом, ток подается в емкость. Количество и расположение катодов варьируется в зависимости от размера и формы детали, а также от общей квадратуры поверхности алюминия, подвергаемой обработке. Поверхности, расположенные ближе всего к катоду, получат более толстое покрытие. Для нормального серного анодирования используется источник постоянного тока с напряжением до 24 вольт, обычно напряжение удерживается в пределах от 18 до 24 вольт. Сила тока, применяемая в емкости для анодирования, будет варьироваться в зависимости от площади обрабатываемой поверхности, как правило, 12-16 ампер требуется для покрытия одного квадратного фута. В процессе анодирования раствор электролита перемешивают для поддержания одинаковой температуры. Собственно процесс анодирования при нормальных условиях длится менее часа.
7.     Для придания цвета (окраски) деталь погружают в емкость с разведенным, растворимым в воде органическим красителем. В зависимости от цвета отличаются продолжительность и температура для этого погружения.
8.      Последним рассматриваемым этапом процесса анодирования является закрепление свежевыкрашенной внешней поверхности, чтобы от солнечного света не происходило обесцвечивание или появление пятен. Незакрепленная пористая внешняя поверхность имеет ослабленное сопротивление коррозии. Анодированные алюминиевые детали с неокрашенным покрытием помещают в кипящую деионизированную воду на 20-30 минут. Таким образом, неструктурированные поры оксида алюминия преобразуются в более твердую кристаллическую гидратную форму. Если анодированные детали окрашены, процесс закрепления длится 3-5 минут в емкости с раствором ацетата никеля.
9.     При твердом анодировании, в зависимости от процесса, используется смесь серной и щавелевой кислоты. Относительно низкие температуры применяются в сочетании с более высоким током и намного более высоким напряжением. Получают серый слой оксида толщиной 2-3 мил, который характеризуется высокой плотностью и стойкостью к износу и коррозии.  

Альтернативой метода анодирования на раме является метод анодирования насыпью, который более подходит для мелких деталей и деталей неправильной формы, таких, как заклепки, муфты и поршни медицинских шприцов. Вместо рам детали помещают в перфорированные корзины из алюминия, пластика или титана. Если вы желаете настроить производство алюминия в рулонах или пачках, анодирование обеспечит вам одно из лучших решений в промышленности по финишной обработке алюминия.

Другой альтернативой является анодирование рулонов. Алюминий в рулонах предварительно анодируют для того, чтобы снизить стоимость финишной обработки, сэкономить производственное время и сократить обработку материала. Преимущества предварительного анодирования могут быть использованы при производстве большинства изделий из листов и рулонов алюминия. Изделия, получаемые из профилей, литья, прутков или плит, не могут быть анодированы при помощи рам или насыпью.

Хотя большинство сплавов алюминия способны образовывать оксид алюминия в емкости для анодирования, они будут это делать по-разному. Некоторые сплавы трудно анодировать, в то же время как другие будут отличаться только немного другим оттенком цвета. После анодирования различные сплавы демонстрируют различные уровни годности к обработке (механообработка, шлифование, полировка), свойства сопротивления воздействию окружающей среды и стабильность размеров.

Зачем анодировать?

Анодирование является высокоэффективным и превосходным способом финишной обработки алюминия. Некоторые основные преимущества анодирования включают в себя:
    Долговечность – Большинство анодированных изделий практически не изнашиваются во время обработки, установки, пользования и обслуживания.
    Сцепление – Анодированная поверхность является частью алюминиевого изделия при общем соединительном и несогласованном сцеплении.
    Окраска – анодированные изделия демонстрируют хорошую стабильность цвета при воздействии ультрафиолетовых лучей, полученное покрытие не скалывается и не шелушится, процесс окрашивания можно повторять.
    Качество оригинальной финишной обработки – Детали не нужно маркировать после оригинального процесса анодирования.
    Уход – Мягкая чистка с помощью мыльного раствора обычно восстанавливает оригинальный внешний вид анодированного профиля.
    Эстетика – Анодирование предлагает большой выбор глянца и цвета, в то же время металлический вид экструдированного алюминия останется.
    Стоимость – Анодирование является очень эффективным методом в сравнении с другими методами финишной обработки. В дополнение к низкой стоимости обработки и обслуживания, долговечность покрытия минимизирует стоимость замены.
    Окружающая среда, здоровье и безопасность – Анодирование имеет предпочтение по отношению к действующим правительственным нормативным документам, т.к. оно является наиболее дружественным промышленным процессам для окружающей среды и, как правило, безвредным для здоровья людей. Анодированное внешнее покрытие является химически стабильным, не подвержено разложению, нетоксично и жаропрочно до температуры плавления алюминия. Так как процесс анодирования является усилением естественного процесса окисления, он безопасен и не производит вредных или опасных побочных продуктов. Химические ванны, используемые в процессе анодирования, часто утилизируются, перерабатываются и используются повторно.

Зачем замерять?
Параметры процесса анодирования имеют огромное влияние на свойства получаемого оксида алюминия. Если используются низкая температура и менее концентрированный раствор кислоты, то получаем менее пористое и более твердое покрытие. При использовании более высокой температуры и высокого содержания кислоты, в сочетании с более длительным временем погружения, получаем более мягкое и пористое покрытие. Небольшие изменения состава сплава или любого из вышеперечисленных параметров могут очень сильно повлиять на характеристики покрытия.

С помощью различных средств контроля процесса и измерительной техники производители анодирования могут наблюдать, контролировать и корректировать применение анодного покрытия. Толщина покрытия является одним из наиболее важных критериев оценки качества при анодировании. Толщина анодного покрытия может быть измерена неразрушающим методом при помощи прибора на вихревых токах или расчетом веса на единицу площади изделия. Простота использования метода на вихревых токах является более эффективным, чем расчетный метод, и, кроме того, позволяет инспектору убедиться, что анодирование произведено адекватно на всех поверхностях детали.


Ассоциации

AAC (Совет по анодированию алюминия)                        www.anodizing.org
AEC (Совет по эктрудированию алюминия)                        www.aec.org
AAMA (Американская ассоциация архитектурных конструкций)            www.aamanet.org
Ассоциация по алюминию                                www.aluminum.org
ASCA (Архитектурная ассоциация по нанесению покрытия распылением)    www.ascassoc.com

Промышленные спецификации

Военные
MIL-A-8625 – Анодные покрытия для алюминия и его сплавов
MIL-STD-171 – Стандарт по финишной доводке и обработке поверхностей

ASTM (Американское общество по испытанию материалов)
B244-97(2002) Метод типовых испытаний по замеру толщины анодного покрытия на алюминии и других не проводящих ток покрытий на немагнитной металлической основе при помощи инструментов на вихревых токах
B487-85(2002) Метод типовых испытаний по замеру толщины металлического и оксидного покрытия способом изучения под микроскопом поперечного сечения
B137-95(2000) Метод типовых испытаний по определению массы покрытия на единицу площади на анодированном алюминии
B136-84(2003) Метод типовых испытаний по определению стойкости к образованию пятен анодных покрытий на алюминии
B457-67(2003) Метод типовых испытаний по определению полного сопротивления анодных покрытий на алюминии
B580-79(2000) Типовая спецификация для анодных оксидных покрытий на алюминии
B680-80(2000) Метод типовых испытаний по определению качества уплотнения анодных покрытий на алюминии растворением кислотой
B893-98(2003) Спецификация для твердого анодирования магния для инженерного применения

SAE International AMS (Спецификации для аэрокосмических материалов)
AMS2468 – Обработка сплавов алюминия твердым покрытием
AMS2469 – Обработка алюминия и сплавов алюминия твердым покрытием
AMS2471 – Процесс анодной обработки сплавов алюминия серной кислотой, без покраски
AMS2472 – Процесс анодной обработки сплавов алюминия серной кислотой, с покраской
AMS-A-8625 (копия стандарта MIL-A-8625)

Международные стандарты
ISO7599 Анодирование алюминия и его сплавов; Общая спецификация для анодных оксидных покрытий на алюминии
ISO8078 Анодная обработка сплавов алюминия – Процесс обработки серной кислотой, неокрашенное покрытие
ISO8079 Анодная обработка сплавов алюминия – Процесс обработки серной кислотой, окрашенное покрытие
ISO10074 Спецификация для твердых анодных окисленных покрытий на алюминии и его сплавах
BS/DIN EN 2101:1991 Спецификация для анодирования хромовой кислотой алюминия и деформированных сплавов алюминия
BS/DIN 2284:1991 Спецификация для анодирования серной кислотой алюминия и деформированных сплавов алюминия
BS/DIN 2536:1995 Твердое анодирование сплавов алюминия
BS/DIN 2808:1997 Анодирование титана и сплавов титана
DIN EN 12373-1 Алюминий и сплавы алюминия - Анодирование

AAMA (Американская ассоциация производителей архитектурных изделий)
AAMA2604.2 Добровольная спецификация по цветной анодной финишной обработке для жилья
AAMA2605.2 Добровольная спецификация по высококачественным органическим покрытиям на архитектурном литье и панелях
AAMA2606.1 Добровольное руководство-спецификация и методы инспектирования для полноцветной анодной обработки на архитектурном алюминии
AAMA2607.1 Добровольное руководство-спецификация и методы инспектирования для чистовой анодной обработки на архитектурном алюминии
AAMA2608.1 Добровольное руководство-спецификация и методы инспектирования для наплавленной при помощи электролита цветной анодной обработке на архитектурном алюминии
AAMA2611 Добровольные стандарты для анодированного архитектурного алюминия 
PosiTector 6000