Проблема не всегда в уплотнении

Джордж О, Натан Шеффилд
30.06.2020 525

Ненадлежащие условия анодирования могут привести к получению некачественных покрытий и несоответствию стандарту AAMA 611.

Анодирование алюминия обеспечивает механическую и химическую защиту металлического алюминия и его сплавов путем образования пористого слоя оксида алюминия, который затем уплотняется посредством химических и/или физических методов.

Структурные параметры (общая толщина покрытия, размер/радиус пор, толщина стенок пор и длина пор) зависят от ряда факторов, включая продолжительность анодирования, плотность тока, температуру в ванне и концентрацию электролита. Например, повышенная плотность тока приводит к получению более крупных пор с более толстыми стенками, в то время как при повышенной температуре получается более тонкое покрытие из-за высокой скорости растворения анодированного слоя.

Эти условия также могут повлиять на состав (например, повышенная температура анодирования приводит к большему включению в слой сульфатных примесей). В качестве наиболее оптимальных условий мы обычно рекомендуем выполнять анодирование при температуре 70°F и плотности тока 18 А/фут2.

Когда анодированная деталь не проходит одно из испытаний, используемых для оценки качества анодирования, источником проблем зачастую считают уплотнение. Однако из-за описанных выше факторов качество слоя оксида алюминия может существенно зависеть от условий в других ваннах, например, ванна анодирования. Чтобы изучить влияние некоторых условий анодирования и практические ограничения, касающиеся прохождения эксплуатационных испытаний, мы рассмотрели анодированные детали (класс I) с применением стандартных параметров анодирования и изменением только температуры в ванне и плотности тока, а также влияние этих факторов на результаты испытания на растворимость в кислотах, вес покрытия, плотность покрытия и износостойкость.

ИСПЫТАНИЕ НА РАСТВОРИМОСТЬ В КИСЛОТАХ

Испытание на растворимость в кислотах – это единственное испытание в стандарте AAMA 611, явно предназначенное для оценки качества уплотнения, что подтверждается результатами данного исследования. На рисунке 1 представлена зависимость результатов испытания на растворимость в кислотах от плотности тока при температуре анодирования 70°F, 80°F и 85°F.

Рисунок 1. Результаты испытания на растворимость в кислотах в зависимости от плотности тока.

Видно, что при 13 А/фут2 и выше все детали соответствуют требованию 2,6 мг/дюйм2 независимо от температуры ванны. При 8 А/фут2 прослеживается выраженная тенденция к получению неудовлетворительных результатов испытания на растворимость в кислотах при высоких температурах ванны; следовательно, данное испытание не может служить показателем качества уплотнения только при самых низких плотностях тока, а повышение температуры в процессе анодирования приводит к получению покрытий более низкого качества. К тому же, при 8 А/фут2 электролитически окрашенные детали демонстрируют более хорошие результаты, чем их аналоги с прозрачным покрытием. Как правило, в производственных процессах встречается обратная тенденция, которую, однако, можно объяснить множеством экспериментальных изменений, а в данном случае это, вероятно, связано со шламом на прозрачной поверхности, оставшимся после слишком кратковременной промывки и нефильтрованной ванны уплотнения.

Другие тенденции сложно установить из-за большого разброса в результатах испытания на растворимость в кислотах. Неожиданно, детали с цветным покрытием, 80°F/8 А/фут2 прошли испытание, однако для данной совокупности условий, а также для условий 85°F/8 А/фут2/прозрачное покрытие, разброс значений весьма существенный (5,63; 0,98) и (2,82; 0,39), соответственно.

ВЕС И ПЛОТНОСТЬ ПОКРЫТИЯ

Температура ванны, по-видимому, оказывает более существенное влияние на вес покрытия, чем плотность тока, причем электроосаждение олова не проявляет четко выраженной тенденции в этом отношении (рисунок 2). Как правило, более высокие температуры анодирования и более низкие плотности тока приводят к получению покрытия с низким весом и только при 70°F или при 24 А/фут2 можно получить надежные результаты с определенной погрешностью.

Рисунок 2. Вес покрытия в зависимости от плотности тока.

Напомним, что вес покрытия, главным образом, зависит от скорости оксидирования алюминия и растворения оксида, а реакция с концентрированной кислотой и растворение в ней анодированного оксида алюминия в ванне анодирования приводит к получению покрытия низкого веса при более высоких температурах.

Удовлетворительные значения весовой плотности покрытия получены только для анодирования при температуре 70°F (рисунок 3).

Рисунок 3. Весовая плотность покрытия в зависимости от плотности тока.

Напомним, что при более высокой температуре сернокислый электролит быстрее реагирует с оксидом алюминия, образующимся при анодировании. Определенные явления, стоящие за этими результатами, в данной статье не рассматриваются, однако это может быть связано с растворением в порах и/или неравномерным растворением на поверхности, что может привести к минимальному влиянию на общую толщину слоя при одновременном снижении веса покрытия и плотности.

При всех температурах плотность покрытия повышается при плотности тока до 18 А/фут2, затем постепенно снижается. При максимальных значениях плотности тока для пористой структуры анодированного оксида алюминия характерны более крупные поры с более толстыми стенками. Эта тенденция в сочетании с сокращенным временем анодирования приводит к более низкой плотности слоя при высокой плотности тока. При низких значениях плотности тока другие факторы (такие как включение электролита и низкая скорость окисления) оказывают большее влияние, чем увеличенное время анодирования, что дает более низкую плотность слоя.

Следовательно, оптимальная плотность тока с точки зрения весовой плотности покрытия составляет 16 А/фут2, при этом 18 А/фут2 – также приемлемое значение.

Как правило, плотность покрытия окрашенных деталей выше, чем для прозрачных аналогов, что можно объяснить электроосаждением олова, которое вносит свой вклад в массу без какого-либо иного воздействия на анодированный слой при указанных условиях.

ИСПЫТАНИЕ НА АБРАЗИВНЫЙ ИЗНОС МАЙКЛА КЛАРКА

Все детали, анодированные при 85 и 80°F, не прошли испытания на абразивный износ; что особенно выражено для деталей при 85°F или при низкой плотности тока, а также при 70°F для деталей, анодированных при 8 А/фут2 (рисунок 4).

Рисунок 4. Несколько пластин после выполнения испытаний на абразивный износ. Детали, характеризующие более высокие температуры, – слева, детали, характеризующие более высокие плотности тока, – снизу.

Как и ожидалось, более высокие температуры и низкие плотности тока привели к получению слабых механических свойств, причем деталь, анодированная при 85°F/8 А/фут2, имеет явно мягкое порошковое покрытие.

Эти результаты согласуются с общими тенденциями касательно весовой плотности покрытия и могут объясняться теми же характеристиками микроструктуры, связанными с более тонкими стенками пор и большим химическим включением в стенки пор оксида алюминия. Физическое обоснование неудовлетворительных результатов для мелких пор с тонкими стенками и удовлетворительных результатов для больших пор с толстыми стенками также может быть применимо на макроуровне. Например, можно было бы ожидать, что Парфенон будет гораздо менее устойчивым, если бы каждая колонна была заменена на несколько более узких балок.

КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ

  • Единственным испытанием из стандарта AAMA 611, которое достоверно идентифицирует проблему с уплотнением, является испытание на растворимость в кислотах.
  • Данное испытание показывает ложноотрицательный результат при очень низкой плотности тока.
  • Вес покрытия удовлетворяет требованиям только при 70°F. Весовая плотность покрытия — при 70°F, но значения снижаются при очень высоких и низких плотностях тока.
  • Условия 18 А/фут2 и 70°F обеспечивают самый надежный диапазон для получения хороших результатов всех проведенных испытаний в рамках стандарта AAMA 611.
  • Точность и простота испытания Майкла Кларка делают его отличным показателем ненадлежащих условий анодирования.
  • Однако неудовлетворительные результаты данного испытания МОГУТ также свидетельствовать и о некачественном уплотнении, поэтому для определения основной причины неудачной проверки качества результаты данного испытания (и других испытаний) следует рассматривать в сочетании с результатами других испытаний.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  • Рунге, Джут Мэри (2018). Металлургия анодированного алюминия: наука и практика, стр. 160-187. Изд. Springer International Publishing AG, Хам, Швейцария.
  • Брэйс, Артур У. и Шисби, Питер Г. (1979). Технология анодирования алюминия, 2-е издание. Изд.Technicopy Ltd, Глостершир, Англия.
  • Американская ассоциация промышленных конструкторов (2014). AAMA 611-14: Рекомендательная спецификация на анодированный алюминий для архитектурных применений. Шаумбург, штат Иллинойс.

Доктор Джордж О и Натан Шеффилд, Компания HOUGHTON INTERNATIONAL

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Разработка технологий вакуумного напыления для получения хромовых покрытий
Разработка технологий вакуумного напыления для получения хромовых покрытий
В данной статье рассматриваются преимущества вакуумной технологии и характеристики PVD-систем, разработанных в компании Kolzer.
Антонио Д'Эспозито, Изабела Ланге
04.08.2020
644
Катодно-механическое хромирование или гальванохонингование?
Катодно-механическое хромирование или гальванохонингование?
Сравнение процесса катодно-механического нанесения покрытий с процессом гальванохонингования демонстрирует существенное принципиальное различие между этими процессами…
Жеско Ю.Е.
09.07.2019
1079
Электрохимические приборы и устройства для анализа состава гальванических ванн и контроля качества покрытий
Электрохимические приборы и устройства для анализа состава гальванических ванн и контроля качества покрытий
Учитывая серьезность опасности, которой гальванические производства угрожают окружающей среде, отрасли необходимы эффективные анализаторы, позволяющие быстро…
В.В. Кондратьев, д.х.н.
17.07.2018
3348
Заполнение отверстий малого диаметра (микровиа). Теоретические и практические аспекты.
Заполнение отверстий малого диаметра (микровиа). Теоретические и практические аспекты.
Заполнение отверстий малого диаметра (микровиа) стало необходимым, когда кристаллодержатели и другие компоненты стали монтироваться непосредственно…
Берт Ринтс, Штефан Кенни (Мир гальваники 2008)
17.07.2018
911
Исследование дефектов хромовых покрытий
Исследование дефектов хромовых покрытий
Как правило, дефекты твердых хромовых покрытий возникают в большинстве случаев в основном металле или в…
Устюгов А.В.
17.07.2018
4218
Композиционные химические никелевые покрытия для применения в ветроэнергетике
Композиционные химические никелевые покрытия для применения в ветроэнергетике
Способность композиционных химических никелевых покрытий взаимодействовать с разнообразными частицами делает их крайне полезными для применения…
Майкл Фелдштейн
17.05.2021
313
Гибридизация как эффективное соединение, исследование электрохимической коррозии как необходимость. Часть 2.
Гибридизация как эффективное соединение, исследование электрохимической коррозии как необходимость. Часть 2.
Технология получения композиционных материалов позволяет создавать конструкции с высокой степенью интеграции, где количество компонентов и…
А. Виандиер, Д. Стефаниак, К. Хухне, М. Синапиус
22.01.2020
783
Полублестящее электролитическое покрытие чистым оловом
Полублестящее электролитическое покрытие чистым оловом
Ceramistan 1031 от компании Technic — это ванна для нанесения электролитического покрытия из чистого олова,…
10.08.2022
80
Измерение толщины покрытия – это приоритетная задача
Измерение толщины покрытия – это приоритетная задача
Если толщина покрытия больше заданной, это влияет на внешний вид и долговечность покрытия.
Джозеф Субда
16.11.2020
442