Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• Введение
• 1. Виды анодирования
• 2. Принцип анодирования
• 3. Применение анодирования
• 3.1 Анодированный подслой для органических покрытий
• 3.2 Коррозионно-стойкие покрытия
• 3.3 Цветное анодирование
• 3.4 Использование анодирования с целью предотвращения загрязнения
• 3.5 Осветительная аппаратура
• 3.6 Тепловое отражение и излучение
• 3.7 Износостойкость и смазка
• 3.8 Электрическая изоляция
• 4. Подготовка детали
• 4.1 Предварительная обработка
• 4.2 Основная обработка
• 4.3 Окончательная обработка
• 4.4 Обезжиривание и очистка деталей
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Анодирование (электрохимическое оксидирование) - электролитическое нанесение оксидной пленки на поверхность металлов, сплавов и полупроводников. Пленка защищает изделие от коррозии, обладает электроизоляционными свойствами, служит хорошим основанием для лакокрасочных покрытий, используется в декоративных целях. За счет образования анодного оксида изменяются поверхностные свойства материала: твердость, электрическое сопротивление, термостойкость, износостойкость, каталитическая активность и др. Технология анодирования используется для алюминия, титана, тантала, ниобия, кремния, германия, арсенида галлия.

Алюминий принадлежит к числу электроотрицательных металлов; его стандартный потенциал E^?_Al³⁺_/Al=-1,66 B. Поэтому в активном состоянии он легко подвергается коррозии. Однако в тех средах, которые способствуют его пассивированию, на поверхности алюминия образуется тонкая оксидная плёнка Al₂O₃ или Al₂O₃·H₂O. Она предохраняет алюминий от коррозии во многих нейтральных и слабокислых растворах (например, органических кислотах), а также в атмосферных условиях, но в недостаточной степени.

Анодное оксидирование или анодирование представляет собой электрохимический процесс, обеспечивающий существенное увеличение толщины оксидных покрытий. Улучшение физико-химических свойств оксидных покрытий значительно расширило области применения алюминия.

Оксидное покрытие на алюминии, полученное методом анодирования и отвечающее предъявляемым требованиям, является водостойким, коррозионно-стойким в атмосферных условиях, износостойким, обладает хорошими электроизоляционными свойствами и поглощает красители. Последнее позволяет получать поверхности разнообразной цветной гаммБлестящие прозрачные покрытия на материале, отвечающем предъявляемым требованиям, позволяют использовать алюминий в декоративных целях и оптике.

Некоторые методы анодирования дают возможность получить покрытия от бледно-желтого цвета до бронзового и черного.



1. Виды анодирования

В зависимости от вида кислородсодержащей среды, заполняющей межэлектродное пространство, различают анодирование: в водных растворах электролитов, в расплавах солей, в газовой плазме, плазменно-электролитическое.

Анодирование в водных растворах электролитов -- наиболее распространенный и универсальный способ, легко поддающийся автоматизации. Площадь одновременно анодируемых в ванне изделий определяется только вместимостью ванны и мощностью источника тока и достигает 100 м² и более. В качестве электролитов применяют водные растворы кислот или щелочей. Основное назначение оксидов, полученных этим методом, -- защита металлических изделий от коррозии, декоративная отделка, упрочнение поверхности, применение в качестве диэлектрика конденсаторов, основы для фотографического слоя, полупроводниковых переходов, подслоя для лаков и красок и др.

Установка для анодирования представляет собой ванну, заполненную водным раствором электролита или расплавом солей, в которую помещены два электрода: катод и окисляемое изделие -- анод.

Наиболее распространенный электролит при анодировании алюминия -- водный раствор серной кислоты. Катод выполняют из свинца, графита или коррозионно-стойкой стали.

В радиоэлектронной промышленности анодирование в водных растворах электролитов широко применяется при производстве конденсаторов (электролитических, оксидно-полупроводниковых, оксидно-металлических). Электролитические конденсаторы имеют высокое значение удельного заряда -- до 6000 мкКл/см³. Анодированные алюминиевые провода при равном сопротивлении с медными стоят примерно в 2 раза дешевле и в 2 раза легче. Оксидная изоляция может может быть использована в диапазоне температур от --70 до +300 °С.

Анодирование в расплавах солей применяют для получения оксидов повышенной толщины и микротвердости, в частности, на меди и железе.

В качестве электролита обычно используют расплавы солей с температурой эвтектики до I 400 °С. Этот метод применяют для создания диэлектрика высоковольтных конденсаторов и электроизоляционных покрытий

Анодирование в газовой плазме.

При анодировании в газовой плазме оксид образуется в результате взаимной диффузии катионов металла и анионов кислорода из плазмы. При других видах анодирования оксид представляет собой ориентированный электрическим полем полимеризованный гель оксида металла. Низкотемпературная плазма, образующаяся в непосредственной близости от металла под оксидом, является источником анионов кислорода, необходимых для образования оксида.

Различают анодирование в плазме тлеющего разряда постоянного тока и в плазме высокочастотного разряда. Анодирование ведут под колпаком вакуумной установки при пониженном давлении. Если источником отрицательно заряженных ионов кислорода является плазма тлеющего разряда постоянного тока, то цепи зажигания разряда и формирования оксида обычно разделяют. Для этого в рабочем объеме помещают две пары электродов. На два электрода, служащие для разряда, подают напряжение 500--1500 В. Цепь формирования оксида составляет вторая пара электродов: катод и окисляемое изделие -- анод. Эти электроды часто размещают перпендикулярно к первой паре электродов в области положительного столба тлеющего разряда.

При анодировании в плазме высокочастотного разряда рабочий объем помещают в контур высокочастотного генератора. Под колпаком вакуумной установки в этом случае содержится только катод и окисляемое изделие -- анод. Анодирование в плазме высокочастотного разряда позволяет получать более толстые оксиды с однородными по площади электрофизическими параметрами.

Анодирование в газовой плазме ведут в среде кислорода или атмосферного воздуха, обычно при давлении 1 --100 Па. Максимальные толщины оксидов достигают 800 нм.

Анодирование в газовой плазме широко применяют в микроэлектронике, так как процесс технологически хорошо совместим с остальными операциями интегральной технологии в едином вакуумном цикле

Плазменно-электролитическое анодирование имеет особенности, заключающиеся в том, что окисляемый образец -- анод помещают в электролит, а катод размещают над анодом выше уровня электролита. Этот способ является промежуточным между анодированием в водных растворах электролитов и плазменным анодированием.

Таблица 1. Сравнительная характеристика видов анодирования



2. Принцип анодирования

Основное отличие анодного оксидирования от других промышленных электролитических процессов может быть продемонстрировано посредством трех приведенных ниже примеров с использованием в качестве электролита ~10 %-ной разбавленной серной кислоты.

Если электроды (рисунок 1) изготовлены из платины или другого металла, не растворяющегося на аноде или положительном электроде, то кислород

Рисунок 1. Прохождение тока в растворе при анодировании.

выделяется на аноде, а водород на катоде. В кислоте металл не растворяется. Анод, изготовленный из меди, растворяется в кислоте и вновь осаждается на катоде. На этом принципе основаны многие электролитические процессы осаждения металлов. В промышленном производстве при использовании растворимых металлических анодов газ не выделяется на аноде и катоде или выделяется в незначительном количестве.

Если анод изготовлен из алюминия; то катодом обычно является алюминий или свинец. При прохождении тока алюминиевый анод не растворяется подобно меди, а кислород почти не выделяется. В то же время большая часть кислорода соединяется с алюминием и образует слой пористого оксида алюминия. Водород выделяется на катоде.

Масса образованного оксида алюминия прямо пропорциональна плотности тока и времени его прохождения, т.е. количеству потребленного электрического тока. Образование анодного покрытия зависит от химического состава анодирующего электролита и выбранного режима электролиза.

На основе данных электронной микроскопии установлено, что анодные оксиды состоят из двух слоев: прилежащего к металлу сплошного тонкого слоя, называемого барьерным, и внешнего пористого сильно гидратированного слоя значительной толщины (100 мкм и более). На этой основе были созданы так называемые физико-геометрические представления (рисунок 2) об идеальной модели пористой анодной пленки. Согласно высказанным предположениям, рост анодной пленки сводится к росту барьерного слоя и для алюминия может быть представлен как вследствие взаимной диффузии ионов А1³⁺ и О^2- под пленкой образуется новый слой А1₂O₃.

Рисунок 2. Схема модели утолщённых анодных плёнок: 1 - пора; 2 - оксидная ячейка; 3 - стенка оксидной ячейки; 4 - беспористый оксидный слой барьерного типа; 5 - алюминий; 6 - отпечатки оснований оксидных ячеек на поверхности алюминия



Образовавшаяся пленка взаимодействует с электролитом и частично растворяется. При этом считается, что на металле вначале образуется беспористый барьерный оксидный слой. Его началом служат линзообразные микроячейки, срастающиеся в процессе окисления металла в сплошной слой оксида. Анодный оксид представляет собой плотно упакованные ячейки, которые направлены перпендикулярно к поверхности металла и параллельны друг другу. Поры возникают в центре ячеек в виде цилиндрических каналов. Их основанием служит беспористый барьерный слой. Рост анодного оксида происходит под барьерным слоем за счет удлинения поры ячейки от подтравливающего действия электролита. Полусферическая форма дна растущей ячейки при этом сохраняется.

Физико-геометрическая модель не учитывает связь между составом и структурой барьерного и пористого слоя и химические реакции под барьерным слоем. В ней не ясен механизм преобразования сплошного барьерного слоя в закономерно образованный пористый и т. д. Эти недостатки не были сняты и попыткой ввести представление о дополнительном переходном (или псевдо барьерном) слое,, о его неоднородном составе. Применение новых методов анализа позволило обнаружить сложность состава оксида. В частности, было установлено, что в состав оксида входит значительное количество анионов электролита. С учетом этих данных была разработана коллоидно-электрохимическая теория, которая рассматривает фазовые (толщиной более 1 мкм) анодные оксиды как коллоидные образования специфической (ориентированной) структуры и свойств, а также показывает влияние воздействия на них анионов электролита (рисунок 3). По этой теории анодный оксид представляет собой ориентированный электрическим полем гель оксида металла. Частицы геля расположены перпендикулярно к поверхности металла. Поры располагаются между волокнистыми частицами оксида и заполнены электролитом. Анионы электролита адсорбируют на внешней поверхности мицелл ориентированного геля, доставляют им необходимую для гидратации воду и препятствуют слиянию частиц в сплошной беспористый слой. Естественно, что степень «оводненности» частиц геля и количество анионов в нем зависят от условий опыта, природы электролита и металла. В результате электрохимических реакций окисления на аноде возникают зародышевые частицы окиси алюминия, названные мононами. Процесс формирования анодного оксида протекает следующим образом. Если естественная оксидная пленка на металле недостаточно устойчива, то она после некоторого уплотнения за счет гидратации подвергается стравливанию либо пептизации (ПЕПТИЗАЦИЯ -- распад агрегатов (комков, хлопьев, сгустков) в водной суспензии на агрегаты меньших размеров, отд. коллоидные частицы или молекулы.). Пептизация может происходить за счет адсорбции частицами гидратированных анионов электролита (сульфат-ионы, оксалат-ионы) и вывода ими частиц оксида в раствор. Большое влияние на этот процесс оказывает напряженность электрического поля, так как только под его воздействием может происходить интенсивное внедрение анионов в естественную оксидную пленку.

Рисунок 4. Упрощенная схема строения анодного оксида алюминия: а) - наличие двух слоёв у оксида: 1- барьерного (мононного); 2 - внешнего пористого (частокол мицелл с микро- и макропорами); б) - вид оксида сверху: 1 - мононы; 2 - полионы; 3 - субмикропоры (между точками соприкосновения моноионов); 4 - мицеллы, составляющие оксид; 5 - микропоры (между соприкасающимися мицеллами)



Одновременно под пленкой оксида возникает электродекристаллизация металла (выход ионов из решетки). Этот процесс протекает интенсивно на активных участках поверхности (микровыступы, грани кристаллитов и т. п.). Встреча ионов металла с диффундирующими к аноду ионами окислителя приводит к образованию оксида, например, по уравнению:

2А1³⁺ + 6ОН > A]₂O_s + ЗН₂0.

Гидратируясь, часть ионов металла прорывает фронт растущих частиц оксида и переходит в электролит:

А1³⁺ + 6ОН > Al (H₂О)g+.

Другая часть расходуется на образование многоядерных гидроксо- и оксокомплексов с координационным числом «шесть». Такой процесс завершается образованием палочкообразных частиц коллоидной степени дисперсности (в сечении). Возникают частицы полиалюмодиаланов, т. е. частицы полимера гидроксида алюминия, в котором проявляются водородные связи и связи через ол-группы (ОН-группы).

Рассмотренные процессы протекают непосредственно у поверхности металла, «под пленкой», через которую проникают анионы электролита и сорбируются на растущих (без отрыва в электролит) частицах. Заряженные частицы (палочкообразные, волокнистые мицеллы) ориентируются электрическим полем по нормали к поверхности металла. Отрицательные заряды мицелл, адсорбировавших анионы электролита, препятствуют их слиянию в сплошной поверхностный слой полимера. Коллоидно-электрохимическая теория получила сравнительно широкое распространение, но и она не объясняет некоторые особенности роста и строения оксида (например, неясны причины свечения анода при анодной поляризации, быстрой полимеризации фазового оксида, ориентации полионов нормально к поверхности металла, трещинообразования оксида и т. д.).

Большое сходство кинетических характеристик окисления и электрофизических параметров оксидов уже давно ставит вопрос о едином механизме для всех способов окисления. Изложенным требованиям в полной мере отвечает только плазменная теория окисления.

Согласно этой теории барьерный слой постоянного типа, как это обычно понимают, не существует. Теория подразумевает наличие в процессе анодной поляризации прилегающего к металлу и находящегося под оксидной пленкой очень тонкого слоя плазмы. В этом случае под действием электрического поля, анионов электролита и воды вырастают частицы ориентированного геля. Расположенный под анодным оксидом, плазменный слой обусловливает равное (без микропробоев) свечение анода, а при выключении тока он преобразуется в сплошной барьерный слой. Рост частиц в высоту происходит из непрерывно обновляющейся низкотемпературной плазмы, которая силой электрического поля выталкивает из себя потоки ионов А1³⁺ и дополняет их потерю за счет решетки металла.

Основные положения, подчеркивающие плазменную природу свечения, сводятся к следующему. Вид кривой яркость -- формирующее напряжение при анодировании аналогичен зависимости яркость -- приложенное напряжение для тлеющего разряда постоянного тока. При анодировании четко отмечается напряжение возникновения свечения (своеобразный аналог потенциала зажигания разряда). Для свечения характерен непрерывный спектр. Такой спектр дают ионизованные газы при высоком давлении. Предположение о наличии высокого давления в прианодном слое хорошо объясняет трещинообразование оксида при анодировании. Присутствие плазмы создает предпосылки для быстрой полимеризации фазового оксида, а также хорошо объясняет неоднородность электрофизических параметров оксида по толщине, в частности, то, что анодный оксид вблизи металла имеет более плотную упаковку. Плазма и связанные с ней гидродинамические явления способствуют ориентации полиионов нормально к поверхности металла. Спектр токовых шумов при анодировании аналогичен спектру токовых шумов плазмы. Яркость анодной вспышки в начале анодирования намного больше, чем при окончании процесса. Отношение яркостей зависит от толщины и оптических свойств оксида.

Добавки в электролит, делающие оксид непрозрачным, гасят свечение, что может быть только в том случае, если свечение находится «под пленкой». Яркость свечения связана с потенциалами ионизации компонентов электролита и металла.



3. Применение анодирования

3.1 Анодированный подслой для органических покрытий

анодирование электрохимический оксидирование излучение

Разработка метода анодирования в хромовой кислоте (Бенгоу-Стюарт) положила начало первому крупномасштабному применению анодированного алюминия. Этот метод, регламентированный с тех пор в технических условиях DEF151, стал использоваться для получения стандартного покрытия алюминиевых деталей самолетов. Органическое покрытие в сочетании с анодно-оксидным обеспечивает максимальную долговечность краски.

Сернокислотные покрытия с уплотнением в растворе бихромата и использованием краски соответствующей марки обеспечивают надежную эксплуатацию даже в среде морской воды.

Представляется также важным использование очень тонких покрытий в качестве основы для последующего нанесения краски и лака на непрерывную полосу

3.2 Коррозионно-стойкие покрытия

Последующие эксперименты показали, что покрытия без нанесения краски, полученные методом анодирования в хромовой кислоте и уплотненные ланолином, обладают высокой стойкостью к коррозии в солевом тумане. Поэтому некоторые детали самолетов, эффективность эксплуатации которых снижается вследствие наличия дополнительного слоя, стали анодировать без окраски.

К 1929 г. были разработаны методы получения твердых покрытий большой толщины с использованием серной кислоты и уплотнения ланолином, маслом и др. Министерство авиации Великобритании утвердило производство таких покрытий в 1936 г.

Получение покрытий с использованием серной кислоты получило широкое распространение при обработке алюминия, применяемого в промышленных условиях и водных средах. Следует отметить, что этот метод, разработанный еще до Второй мировой войны, применяется и в настоящее время.

Характерно, что сейчас анодированный алюминий применяют в строительстве при наружном и внутреннем оформлении зданий. Широкое использование анодированного алюминия в этой области тормозилось трудностями физического уплотнения и стало возможным после разработки методов уплотнения с помощью пара и горячей воды.

Оформление окон, внутренних дверей, карнизов для занавесок, различных перегородок, рам с двойными стеклами, навесов, решеток, вывесок и витрин магазинов может служить примером использования анодированного алюминия.

Коррозионная стойкость анодированного алюминия позволила применять его не только в области самолетостроения и строительства. Анодирование является надежным средством защиты многих видов продукции оборонной промышленности, рассчитанной на длительное хранение, а также деталей и конструкций, применяемых в тропических условиях и водных средах. В качестве примеров такой продукции могут служить корпуса снарядов, броня танков, комплектующие детали ракетных двигателей и др.

3.3 Цветное анодирование

Промышленные возможности анодных покрытий, несмотря на открытие в 1923 г. их способности поглощать красители, смогли реализоваться только в 1929 г. после разработки метода с использованием серной кислоты. Был подобран самый широкий ассортимент красителей и "цветной алюминий" стал серьезным конкурентом других металлов и пластмасс. В некоторых случаях анодирование с окрашиванием оказалось непригодным вследствие неудовлетворительной светостойкости большинства имеющихся в наличии красителей. Однако в целом цветное анодирование прочно утвердилось в промышленности и спрос на него продолжает постоянно расти. Вначале цветное анодирование применялось при производстве пепельниц, декоративной посуды из металла, такой как вазы для фруктов, чайных столиков на колесах и для декоративной облицовки стен внутри зданий. В качестве примеров крупномасштабного применения цветного анодирования можно привести металлическую отделку лифтов и опалубок колонн в банковских учреждениях и магазинах.

Производство конструкций с применением методов, обеспечивающих получение самых разнообразных цветов поверхности, стало предметом внимания отраслей, занимающихся этикетированием и маркировкой, которые и в настоящее время предлагают этот вид услуг.

Помимо использования окрашивания в декоративных целях оно также применялось как средство, обеспечивающее идентификацию комплектующих деталей или различных сплавов. Так заклепки и заклепочная проволока подвергались процессу анодирования и окрашивания с целью правильного выбора соответствующего сплава. Окрашивались и катушки в текстильной промышленности для идентификации нити.

С появлением сложных красителей металлов класса "Неолан" и разработкой усовершенствованного черного красителя "Нигрозин Д" в 1937 г. перешли к решению проблем, связанных с неудовлетворительной светостойкостью органических красителей. Такие, например, красители как "синий Солвей БС" и "ультрасиний Солвей", предложенные фирмой "ISI Dyestuffs Ltd " по производству красителей, нашли широкое применение при оформлении витрин магазинов.

Пигментные красители стали применяться в начале 30-х годов, однако в настоящее время используется только бронзовый краситель, изготовленный на базе кобальта и марганцевокислой соли. В некоторых странах этот краситель используется для наружной отделки металла.

В 1939 г. в Германии был получен краситель желто-золотистого цвета на основе аммонийжелезо (III) оксалата. После войны этот краситель стали использовать при оформлении многих уникальных зданий, он явился экономичным средством оформления витрин магазинов, вытеснив применение золотой фольги. Интегральная окраска в бронзовые тона появилась в 1959 г. Около 10 % анодированного алюминия, используемого в строительстве, применяется при окрашивании этим методом. Характерная для таких пленок твердость позволила улучшить эксплуатационные свойства некоторых видов продукции, например, дверных ручек, пластинок, защищающих дверную обивку от загрязнения пальцами, дощечек с фамилией на дверях, отделки витрин магазинов и входов в здания.

С помощью различных окрашивающих под током электролитов можно получить самые разнообразные оттенки. Такая работа выполняется в растворах с применением солей никеля, кобальта или олова, обеспечивающих широкую гамму оттенков -- от светло-бронзового до черного, обладающих великолепной светостойкостью.

3.4 Использование анодирования с целью предотвращения загрязнения

При применении неанодированных алюминиевых сплавов для балюстрад и перил одежда или перчатки окрашивались в сероватый цвет при соприкосновении с металлом. С помощью анодирования эта проблема была полностью снята. Метод анодирования стал использоваться для любой отделки в автобусах и пассажирских вагонах. Позднее некоторая продукция, изготовленная из алюминиевых сплавов, была заменена нержавеющей сталью. Алюминиевые вязальные спицы получили широкое распространение благодаря анодированию (пальцы вязальщицы и шерсть остаются чистыми).



3.5 Осветительная аппаратура

Процессы химического или электролитического глянцевания алюминия получили развитие только в 1934 г. Однако в целях защиты поверхности прожекторов использовался метод анодирования с применением серной кислоты. Приемлемость первоначальной потери общей отражательной способности компенсировалась постоянством ее величины в условиях эксплуатации, тогда как обычный алюминий корродировал, а его эксплуатационные свойства ухудшались. Очистка анодированной поверхности в отличие от обычной поверхности алюминия, разрушенного коррозией, не вызывает особых трудностей.

После разработки методов электроглянцевания типа "Бритал" и "Альзак" анодированный алюминий высокой чистоты стал играть весьма существенную роль. Появление химической подсветки облегчило производство отражательных покрытий на металле более низкого качества, используемого для уличных световых отражателей, осветительных потолочных решеток и такой специализированной продукции, как осветительные приборы в театрах, отражатели для лампочек в самолетах, осветительных дорожек на взлетных полосах аэродромов и рудничных ламп. Во время Второй мировой войны яркие анодированные плоские пластины использовались в качестве ударопрочных зеркальных отражателей в танках. Многие отражатели прожекторов имели анологичные покрытия.

3.6 Тепловое отражение и излучение

В течение длительного времени анодирование применяется при производстве бытовых рефлекторов, изготовленных из алюминия. Во многих квартирах можно увидеть рефлектор фирмы "Dimplex" с нагревающей кварцевой лампой. Его хорошо очищающаяся поверхность выдерживает влажность ванных комнат и является эффективным отражателем теплового излучения при условии, что толщина анодного покрытия составляет ~1 мкм.

В последние годы теплопоглощательная способность покрытий большой толщины используется при производстве поглотителей тепла для электронного оборудования. Для повышения теплопоглощательной способности покрытия зачастую окрашиваются, в черный цвет. В дополнение к отражателям естественного цвета стали использоваться покрытия, окрашенные в бледные тона, в частности с применением красителей, содержащих медь. Это положительно сказывается на внешнем виде изделия.

Отражатели для инфракрасных печей также изготовлялись из блестящего анодированного алюминия, отражательная способность которого уступает только золоту.

3.7 Износостойкость и смазка

Гидратационному уплотнению предшествовало физическое с применением масел, парафина и др. Это привело к применению покрытий, смазанных маслами, прежде всего в технике. Смазочными маслами уплотнялись, в основном, анодированные алюминиевые поршни, предназначенные для бензиновых и дизельных двигателей. В качестве уплотнителей стали также применять графитовые суспензии. Уплотненное покрытие обеспечивало, по мнению специалистов, повышение эксплуатационных свойств двигателя и снижение износа канавок для поршневого кольца. Такие покрытия, получаемые путем твердого анодирования, по-прежнему применяются на некоторых дизельных двигателях и воздушных компрессорах.

Твердые анодные покрытия нашли широкое применение в промышленности для поверхностей, которые работают на истирание при малой нагрузке и должны обладать высокой коррозионной стойкостью. В качестве примеров можно привести оборудование для производства сигарет, гидравлические цилиндры, монетные автоматы для демонстрации слайдов, прядильное оборудование, кино- и фотодетали.

Уплотнение анодированного алюминия соответствующей смесью смолы и политетрафторэтилена способствует значительному снижению коэффициента трения (до величины 0,1). Такой химически инертный уплотнитель является также дополнительным средством против коррозионного разрушения.

Интересным представляется твердое анодирование роликов, используемых для перемотки пленки в процессе ее производства. Следует отметить низкую степень износа таких роликов и их коррозионную стойкость. Кроме того, анодированные ролики дешевле роликов, изготовленных из нержавеющей стали, которая вначале предусматривалась в качестве материала для роликов, используемых в этих же целях.

Следует отметить, что оксидные покрытия на алюминии, полученные методом анодирования, всегда значительно тверже самого алюминия. Таким образом, анодирование существенно повышает износостойкость деталей и предотвращает их загрязнение.

3.8 Электрическая изоляция

Оксидное покрытие на алюминии, полученное методом анодирования, является хорошим электролитическим изолятором. Тем не менее, широкое применение анодированной проволоки ограничивается вследствие опасности ее пробоя при наличии незначительных дефектов. Однако в течение многих лет применялась непрерывно анодируемая алюминиевая полоса для обмотки электромагнитов и некоторых типов трансформаторов. При этом снижалась их масса, что имело немаловажное значение. Оксидное покрытие по сравнению с органическими изоляционными материалами обладает значительно более высокой теплостойкостью и поэтому применяется в высокотемпературных условиях.



4. Подготовка детали

Последовательность технологических операций подготовки поверхности под анодирование определяется исходным состоянием поверхности, её требуемой шероховатостью, имеющимся оборудованием и материалами.

Все подготовительные операции делят на четыре группы:

1) предварительная обработка (грубая очистка, грубое травление, обдувка кварцевой крошкой и дробью);

основная обработка (галтовка, крацевание, гидропескоструйная обработка, шлифование, травление);

окончательная обработка (полирование механическое, химическое, электрохимическое);

очистка (обезжиривание химическое, электрохимическое; ультразвуковая очистка; удаление пассивной пленки).

Операции четвертой группы практически не изменяют размеров изделий.

4.1 Предварительная обработка

Обычно операциям предварительной обработки подвергают детали, изготовленные методом литья, когда необходимо удалить остатки формовочной смеси, литейной корки, грубых поверхностных дефектов.

Операции предварительной обработки обеспечивают параметр шероховатости поверхности Rz ? 80 мкм.



4.2 Основная обработка

На стадии основной обработки деталь приобретает размеры, близкие к заданным. Часто для деталей со сравнительно гладкой поверхностью обработка начинается с этих операций.

Гидропескоструйную и дробеструйную обработку выполняют воздействием на поверхность струи песка или дроби. Диаметр зерен песка обычно составляет 0,1--0,3 мм, давление сжатого воздуха 0,1 -- 0,5 МПа. В последнее время пескоструйная обработка практически полностью заменена гидропескоструйной.

Небольшие заусенцы и травильный шлам удаляют с поверхности изделий кварцеванием щетками из стальной или латунной проволоки диаметром от 0,05 до 0,5 мм на станках или вручную. Линейная скорость рабочей части щетки обычно не превышает 1000 м/мин. Иногда кварцевание проводят с применением смачивающей жидкости (воды, содовых или мыльных растворов).

При галтовке обрабатываемые детали загружают во вращающийся барабан или колокол. Вместе с деталями загружают полирующие элементы (стальные шарики или цилиндрики, речной песок, фарфоровый бой и т. д.). Детали обрабатываются в результате взаимного трения о полирующие элементы. При сухой галтовке в качестве полирующих материалов применяют древесные опилки несмолистых пород деревьев. Мокрую галтовку часто проводят с применением обессоленной воды, в которую добавлено 3--5 г/л хозяйственного мыла. Ее также можно совмещать с процессами травления и обезжиривания. Для этого применяют обычные травильные и обезжиривающие сильно разбавленные растворы.

Разновидностью галтовки является виброгалтовка. Особенностью этого метода является то, что детали, абразив и наполнитель загружаются в барабан, которому сообщают колебания переменной частоты и амплитуды.

Виброгалтовку следует применять для обработки мелких легкодеформируемых деталей, а также когда требуется обеспечить высокостабильную точность съема металла.

Шлифование -- абразивная обработка, при которой инструмент совершает только вращательное движение, которое является главным движением резания, а заготовка -- любое движение.

Для обработки мягких и вязких материалов (пластмасс, цветных металлов и других) применяют сферокорунд. В процессе шлифования его сферические зерна разрушаются, образуя острые режущие кромки, что обеспечивает высокопроизводительную обработку при малом выделении теплоты.

Для охлаждения деталей, уменьшения трения и удаления продуктов шлифования применяют смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) -- эмульсии и масла.

Для шлифования часто используют эластичные круги из войлока, фетра, сукна, кожи и других материалов Окончательное шлифование выполняют на засаленных кругах. Для этого круг с мелким абразивным зерном покрывают тонким слоем парафина, сала или специальными пастами.

Декоративное и подготовительное травление, как правило, также входит в состав операций основной подготовки. В процессе травления поверхность приобретает серебристый цвет; с нее удаляются некоторые мелкие дефекты. На этом этапе изменение размеров детали составляет несколько микрометров.

4.3 Окончательная обработка

На операциях окончательной обработки изделие приобретает необходимый декоративный вид, а его поверхность зеркальный блеск. Эти операции включают в себя полирование механическое, химическое, электрохимическое и хонингование.

Полирование и хонингование осуществляют для изменения толщины и микрогеометрии толстослойного анодного покрытия, для доводки его размеров и придания ему зеркального блеска.

Механическое полирование металлических поверхностей (в том случае, когда не предъявляются жесткие требования к качеству поверхности) обычно выполняют полировальными кругами, которые изготовляют из сукна,войлока, фетра, ткани, дерева, кожи, синтетических материалов или плотной бумаги.

При полировании сплавов алюминия необходимо следить, чтобы поверхность металла не перегревалась. При местных перегревах возможно окисление металла или внедрение компонентов пасты в поверхностный слой. Для снижения температуры нагрева деталей из алюминия снижают давление на круг, окружную скорость круга или полируют, используя взвесь: 250--300 г оксида алюминия и 15-25 г технического мыла на 1 л воды. Окружная скорость круга для полирования алюминия обычно не превышает 25 м/с.

Хонингование с применением СОЖ применяют для обработки деталей сложной конфигурации. Для этого смесь воды или пара и оксида алюминия подают под давлением несколько атмосфер на обрабатываемую поверхность.

Электрохимическое полирование позволяет получать изделия с высоким качеством обработки поверхности; при этом удаляется поверхностный слой, содержащий инородные включения и скрытые дефекты. Для электрохимического полирования характерна меньшая трудоемкость, чем для механического полирования. Этот вид обработки ведется в гальванических ваннах и легко поддается автоматизации. Съем металла при электрохимическом полировании незначителен и составляет несколько микрометров.

При обработке алюминиевых сплавов решающее значение для чистоты обработки и отражающей способности имеют химический состав и структура металла. Особенно большое влияние на качество поверхности оказывают нерастворимые при полировании примеси кремния. Для получения высокого качества поверхности при электрохимическом полировании требуется тщательная предварительная подготовка, так как царапины и другие дефекты при этом методе обработки не уничтожаются.

В качестве катода для электрохимического полирования алюминия применяют пластины из коррозионно-стойкой стали или алюминия; для обработки стали -- из свинца или коррозионно-стойкой стали; для обработки меди и ее сплавов -- из свинца или меди.

Химическое полирование ведут без применения источников тока. Этот метод пригоден для полирования деталей сложной конфигурации и больших размеров; производительность процесса высокая.

4.4 Обезжиривание и очистка деталей

Химического обезжиривания

Задачей химического обезжиривания является удаление с поверхности деталей жиров органического и минерального происхождения. Органические жиры остаются на детали после применения полировальных паст с олеином, стеарином или от соприкосновения с руками человека. Минеральные масла остаются от консервирующих смазочных материалов или попадают на металл в процессе механической обработки. В процессе химического обезжиривания удаляются также мелкие твердые загрязнения, удерживаемые на поверхности жировой пленкой. Пленки минеральных жиров обычно удаляются в органических растворителях; жировые загрязнения животного и растительного происхождения -- в щелочных растворах.

Электрохимическое обезжиривание

Более эффективным, чем химическое, является электрохимическое обезжиривание. Оно заключается в том, что очищаемые детали выполняют функцию одного из электродов гальванической ванны; функцию второго электрода обычно выполняют листы из коррозионно-стойкой стали. Процесс интенсифицируется в результате того, что на электроде выделяются пузырьки водорода (при катодном обезжиривании) или кислорода (при анодном обезжиривании), которые способствуют разрушению жировой пленки.

Электрохимическое обезжиривание часто проводят после предварительного химического обезжиривания. Эффективность электрохимического обезжиривания деталей сложной конфигурации обычно невысока (из-за перераспределения плотности тока).

Ультразвуковая очистка.

Воздействие ультразвуковыми механическими колебаниями вызывает интенсификацию физико-химических процессов в жидких средах. Экономический эффект от применения этого метода заключается в том, что для очистки могут быть применены растворы с меньшей концентрацией и температурой при резком увеличении скорости процесса. Особенно эффективно применение ультразвуковой очистки для массовой обработки деталей малых размеров и сложной конфигурации.



Заключение

В настоящее время анодирование является незаменимым этапом процесса изготовления металлически изделий любых форм и размеров, которые применяются в самых разнообразных областях, начиная бытовой сферой и заканчивая космонавтикой.



Список использованных источников

1. В.Ф. Хенли «Анодное оксидирование алюминия и его сплавов»

2. М.А. Беленький «Электроосаждение металлических покрытий»

3. Е.Е.Аверьянов «Справочник по анодированию»

Размещено на Allbest.ru

...