Применение анодированного алюминия
Свойства анодно-окисного покрытия на алюминии являются уникальными среди других покрытий. Поэтому они нашли широкое применение в самых различных сторонах человеческой жизни.
Основа для окраски
Это было первое промышленное применение анодных покрытий после изобретения анодирования алюминия (в хромовой кислоте) в двадцатых годах прошлого столетия. Это была стандартная обработка поверхности алюминиевых (дюралевых) деталей самолетов, и она до сих пор прописана в стандартах, например, в современном британском военном стандарте DEF STAN 03-24/3. Эта комбинация органического покрытия с хромовым анодным покрытием дает максимальный срок службы для слоя краски на защитном покрытии и обеспечивает защиту металлу даже после повреждения краски.
Сернокислые анодные покрытия с бихроматным уплотнением также применяют в качестве защитного слоя и основы для нанесения органических красок. Такое защитное покрытие имеет долгий срок службы, в том числе, в морской воде.
Защита от коррозии
Неокрашенное хромовое анодное покрытие имеет высокое сопротивление коррозии, в том числе в соляной среде. Его применяют для защиты от коррозии алюминиевых деталей самолетов, когда их нельзя окрашивать. Сернокислые анодные покрытия с гидротермическим наполнением широко применяют для коррозионной защиты алюминиевых конструкций в морской и промышленной атмосферах. В последние десятилетия анодные покрытия, бесцветные и цветные, массово применяют для наружных и внутренних строительных материалов и деталей, в том числе, окон, дверей, фасадов зданий, внутренних перегородок и перил.
Военные алюминиевые конструкции и детали машин, особенно те, которые должны выдерживать длительные сроки хранения и работать, в том числе, в тропиках и морской среде, также чаще всего защищают анодными покрытиями.
Принципиальное различие между анодированным алюминием и неанодированным алюминием заключается в том, что первый имеет на поверхности плотный слой оксида толщиной 15-25 мкм. На поверхности неанодированного алюминий образуется естественная оксидная пленка толщиной около 10 нм, то есть 0, 01 мкм, которая имеет много несплошностей. Поэтому анодированные алюминиевые изделия обладают гораздо более высокой коррозионной стойкостью, чем неанодированные.
Цветной анодированный алюминий
Благодаря способности анодных покрытий поглощать красители, получают широкий спектр «цветного алюминия». Этот метод называют абсорбционным и он широко применяется для различных алюминиевых изделий – литых, прессованных, штампованных. Более прочное цветное покрытие – электролитическое – получают в различных электролитах, большинство – в растворах солей никеля, кобальта и олова. Его «ассортимент» цветов значительно уже, чем у адсорбционного, но достаточно разнообразен.
Fig. 1 – Colouring Anodized Aluminium [1]
Чистота и гигиена
При применении алюминия без анодного покрытия, например, для изготовления лестниц, кресел, перил или поручней, часто можно услышать жалобы, что алюминий оставляет серые следы – «пачкается».
Анодирование полностью решает эту проблему и применяется, например, для всех алюминиевых деталей в поездах, автобусах, троллейбусах и трамваях. Говорят, алюминиевые вязальные спицы завоевали популярность именно благодаря анодированию: они перестали пачкать пальцы. Поверхность анодированного изделия состоит из оксида алюминия (Fig. 2), который, в отличие от алюминия, не пачкает руки. Важную роль для достижения этого свойства анодированного алюминия играет хорошее уплотнение пор анодного покрытия.
Fig. 2 – Anodic film on aluminium [1]
Reflectance and emissivity of aluminium
Излучательная способность, легкость, с которой вещество излучает собственную тепловую энергию, тесно связана с отражательной способностью. Нилучшая отражающая поверхность является самым плохим излучателем, и, наоборот, наихудшая отражающая поверхность является лучшим излучателем. Обычный алюминий отражает около 75% падающего на него света и 90% теплового излучения. Однако коэффициент излучения того же алюминия низок (<10% от коэффициента излучения черного тела при той же температуре и в том же окружении).
Коэффициент излучения алюминиевой поверхности может быть значительно повышен за счет анодной обработки, и поэтому этот процесс используется при изготовлении теплообменников. Например. прозрачные анодные покрытия повышают коэффициент излучения от 35 до 65%, причем методы с фосфорной и хромовой кислотами являются наиболее эффективными в этом отношении. Черные анодированные покрытия имеют еще больший эффект и повышают его до 95%.
На рис. 3 показано влияние различных видов отделки поверхности на коэффициент излучения алюминия.
Сверхчистый алюминий, который был механически отполирован, химически осветлен с помощью процесса «Brytal» и анодирован толщиной > 3 микрон (мкм), будет давать общую отражательную способность (яркость) более 84% и зеркальный коэффициент отражения (резкость зеркального отображения) выше. чем 99% (см. рис. 4).
Fig. 3 – Reflectivity and Emissivity of Aluminium with Various Surface Treatments [2]
Fig. 4 – Comparison of Reflectivity of Various Metals [2]
Анодированный алюминий в световых отражателях
Сернокислое анодирование применяют для защиты поверхности отражателей прожекторов. Первоначальная небольшая потеря в отражательной способности считается приемлемой, так это состояние будет сохраняться годами, тогда как незащищенный алюминий будет постоянно корродировать и снижать способность отражать свет. Кроме того, анодированный алюминий намного легче чистить, чем обычный незащищенный алюминий.
Анодированный алюминий в тепловых отражателях
Анодирование давно применяют для алюминиевых нагревательных рефлекторов – их можно встретить в каждом доме. Их поверхность легко чистить и они выдерживают даже влажность ванных комнат. Эффективность анодированного алюминия как отражателя теплового излучения обеспечивается тем, что толщина анодного покрытия составляет всего около одного микрона. Теплоотражательные свойства более толстых анодных покрытий применяют при изготовлении охлаждающих радиаторов-«гребенок» в электронных приборах, в том числе, в каждом компьютере. Для повышения тепловой излучательной способности анодного покрытия его часто окрашивают в черный цвет.
Износостойкость
Анодное покрытие намного тверже, чем основной алюминий, поэтому сопротивление износу и «анти-маркость» изделия повышаются значительно. До того как стали применять гидротермическую гидратацию анодного покрытия, широко применяли его физическое наполнение маслами, воском и тому подобными веществами. Наполнение анодного покрытия смазочными маслами нашло применение в тех инженерных решениях, где на заданных поверхностях нужна постоянная смазка. Широкое применение это нашло в алюминиевых поршнях бензиновых и дизельных двигателей. Применяют также наполнение анодного покрытия графитовыми суспензиями. Твердое анодное покрытие с обычной толщиной от 40 до 60 мкм успешно применяют на деталях различных машин, например, гидравлических и пневматических цилиндрах.
Электрическая изоляция
Хотя анодное покрытие и является хорошим электрическим изолятором, опасность местного пробоя электричества из-за мелких дефектов ограничивает применение анодированных алюминиевых проводов. Однако анодированную алюминиевую ленту уже много лет применяют для некоторых типов трансформаторов, когда важно уменьшить их вес. Анодное оксидное покрытие намного лучше сопротивляется воздействию тепла, чем органические электроизоляционные материалы, поэтому часто его выбирают для работы при высоких температурах.
