Электролитическое окрашивание анодированного алюминия

Разновидность цветного анодирования алюминия – электролитическое окрашивание алюминия – это двухстадийный процесс, в ходе которого в поры предварительно анодированного алюминия, находящегося в электролите на основе соли некоторого металла, с помощью электрического тока осаждают частицы этого самого металла.  Чаще всего применяют неорганические соли на основе олова, кобальта, никеля и меди. Ниже представлено описание процесса электролитического окрашивания на основе соли олова, а именно, сульфата олова.

Электролит на основе сульфата олова

Электролит для электроокрашивания алюминия на основе сульфата олова имеет следующий состав:

• 14-18 граммов на литр сульфата олова;
• 15-20 граммов на литр свободной серной кислоты;
• органические и неорганические добавки.

Цвета, которые можно получать с этим электролитом, представляют собой ряд от светлой и до темной бронзы вплоть до черного цвета. Цвет зависит от длительности обработки – от 30 секунд до 20 минут.

Оборудование для цветного анодирования алюминия

Электрическое оборудование состоит из преобразователя электрического тока с программируемым увеличением вольтажа от 0 до 18 вольт в течение 25-40 секунд. В конце каждого рабочего цикла источник тока автоматически отключается.

Рисунок 1 – Преобразователь электрического тока

Температура электролита – температура ванны – может быть от 15 до 25 градусов Цельсия, но обычно она терморегулируется около номинальной величины 20 градусов Цельсия. Для этого ванну электроокрашивания подключают к небольшому теплообменному агрегату. С помощью специальной помпы электролит ванны постоянно циркулирует через теплообменник и фильтр.

Рисунок 2 – Теплообменник, помпа и фильтр

Интенсивность цвета зависит от длительности подачи электрического тока в ванну. Современное оборудование для электроокрашивания алюминия применяет циклы постоянного и переменного тока. Это оборудование является более сложным в управлении, но по сравнению с обычным выпрямителем обеспечивает более высокое качество цветного анодирования. Это достигается за счет более эффективного «заталкивания» металла в поры анодированного алюминия и снижения эффекта затенения между соседними алюминиевыми профилями, что бывает характерным для обычного электролитического цветного анодирования алюминия.

Для повышения производительности элетроокрашивания часто применяют центральный электрод – центральный катод, при этом, часто как ванне электролитического окрашивания, так и в ванне предварительного бесцветного анодирования.

Рисунок 3 – Катоды ванны анодирования

Рисунок 4 – Катоды ванны электролитического окрашивания с центральным катодом

Параметры электроокрашивания алюминия

Различия в толщине анодного слоя на различных профилях одной навески не оказывают значительного влияния на получаемый цвет, как это обычно бывает при адсорбционном окрашивании. Дело в том, что в адсорбционном окрашивании краситель просто проникает в поры от входа внутрь поры, а при электролитическом – сначала оседает на дно анодной поры и затем двигается к ее входу.

Рисунок 5 – Различие абсорбционного и электролитического окрашивания алюминия

Для достижения хорошей повторяемости цветов большое значение имеют следующие факторы:

• постоянный химический состав ванны;
• постоянная температура;
• постоянное количество профилей, которые подвергаются электроокрашиванию.

Очевидно, что различия в химическом составе ванны свыше некоторых пределов будут давать различные результаты окрашивания.

Точно также, различия температуры, от которой зависит электрическая проводимость электролита, могут приводить к различиям в цвете, даже, если время обработки было одно и то же.

Количество профилей в ванне также очень важно. Если, например, в ванну загрузить только один алюминиевый профиль и черный цвет, предположим,  достигается за 5 минут. Тогда, если в ту же ванну загрузить, скажем, 30 таких же профилей, то черный цвет на них будет через 15 минут. Поэтому длительность окрашивания в определенных пределах зависит от количества профилей, загруженных в ванну электролитического окрашивания.

Поэтому рекомендуется загружать в ванну навески с одинаковой площадью поверхности (и одинаковой плотностью тока), чтобы исключить влияние количества материала на параметры окрашивания.

Для каждой ванны существенным является практический опыт для определения длительности окрашивания при различных рабочих параметрах обработки.

Если в результате обработки цвет получился слишком светлым, то его можно сделать более темным путем увеличения длительности окрашивания.

Если цвет получился слишком темным, то его можно «осветлить» путем выдержки навески с профилями в ванне электроокрашивания в течение некоторого времени – от 30 секунд до 1 минуты – при отключенном электрическом токе.

Фильтрование электролита

Ванну электролитического окрашивания необходимо периодически фильтровать – минимум один раз в день, чтобы удалять нерастворимые продукты, которые образуются при распаде сульфата олова (см. рисунок 2). Незначительное движение электролита в ванне не оказывает вредного влияния на качество окрашивания.

Быстрое извлечение окрашенных профилей

Окрашенные алюминиевые профили нужно извлекать из ванны без промедления, чтобы избежать того, что более бледные участки профилей станут еще бледнее в той части навески, которая дольше других находится в ванне в процессе подъема навески.

В ванне электролитического окрашивания электроды – катоды – выполняют обычно из нержавеющей стали AISI 316 в виде пластин или круглых труб (см. рисунок 4).

Поверхность электродов-катодов нужно периодически чистить и контролировать на надежность электрических контактов. Плотность тока в ванне электролитического окрашивания должна быть не ниже 0,8 ампер на квадратный дециметр.

Уровень электролита в рабочих ваннах

Уровень электролита в ванне анодного оксидирования должен быть всегда выше, чем уровень электролита в ванне электролитического окрашивания. Это нужно для того, чтобы алюминиевые штанги навесок, которые погружаются в электролит ванны электролитического окрашивания, всегда были проанодированными на предыдущем этапе рабочего цикла. В противном случае при электролитическом окрашивании на неанодированном алюминии будет выделяться водород, который приведет к дефектам окрашивания.

Срок службы ванны на основе сульфата олова

Ванна электролитического окрашивания – кроме случаев аварии или загрязнения – является «долгоиграющей» ванной. В общем случае она не требует периодического полного сброса и замены. Нормальная ванна на основе сульфата олова может работать несколько лет при условии периодического ее фильтрования и добавления рабочего препарата для восполнения расходуемых материалов. При этом надо принимать во внимание, что электролит на основе сульфата олова имеет естественную тенденцию терять свою работоспособность при самопроизвольном переходе ионов сульфата олова II в сульфат олова IV.

Особенности навешивания профилей

Необходимо отметить, что титановые навески или материалы нельзя применять при электролитическом окрашивании.

Навешивание профилей для электролитического окрашивания должно производиться особенно тщательно. Если какие-то профили сдвинулись после анодирования, то диэлектрический анодный слой в контакте профиля со штангой не обеспечит нужного электрического контакта и, следовательно, электролитического окрашивания.

Количество алюминиевых профилей, которое навешивают для электролитического окрашивания, обычно меньше, чем при других способах окрашивания. Это связано с тем, что для получения равномерного цвета по всей навеске профили должны располагаться на ней так, чтобы они не затеняли друг друга от катодов.

Электролитическое окрашивание благодаря применению низкой плотности тока является почти атермичной реакцией. Поэтому температура ванны не подвергается сколь-нибудь заметным изменениям. Однако, если в течение дня происходит электролитическое окрашивание большого количества профилей, то ванна должна быть снабжена соответствующей системой охлаждения. При электролитическом окрашивании раствор не перемешивают воздухом, так как это оказывает на него вредное влияние. Воздух способствует выпадению в ванне осадка в виде диоксида олова, который образуется при распаде сульфата олова.

Источник: Материалы фирмы Monti Engineering (Италия)