Глубокое анодирование

Глубоким анодированием называют процесс получения окисных пленок толщиной больше 40 мкм, отличающихся высокой твердостью, износостойкостью и хорошими электроизоляционными свойствами. С помощью таких пленок можно повысить износостойкость трущихся поверхностей деталей, например зубчатых передач, увеличить сопротивление эрозионному износу, обеспечить термостойкую электроизоляцию. Глубокое анодирование тонкостенных деталей повышает жесткость конструкции.

Глубокое анодирование часто отрицательно сказывается на механических свойствах анодированных изделий: уменьшается предел выносливости, относительное удлинение и сужение поперечного сечения. Такое влияние незначительно при малой толщине пленки и возрастает с ее увеличением. После удаления окисной пленки восстанавливаются первоначальные свойства (до анодирования).

Механические и электрические свойства толстых окисных пленок и степень их влияния на характеристики металла зависят от условий оксидирования и состава металла или сплава, подвергаемого электрохимической обработке. Роль тепловых процессов, протекающих в зоне формирования окисла, возрастает по мере наращивания толщины пленок. Это объясняется затруднением отвода тепла от поверхности металла в глубине пор, что может привести к увеличению скорости растворения пленки и растравливанию пленки и металла.

Институтом физической химии АН СССР исследован и разработан процесс глубокого анодирования при пониженной температуре электролита и обрабатываемых деталей. Электролиз ведут в 20%-ном растворе серной кислоты при температуре от —3 до 10° С. Для поддержания требуемой температуры применяют интенсивное перемешивание раствора очищенным сжатым воздухом или механическими мешалками и охлаждение его с помощью специальных агрегатов. Анодная плотность тока при глубоком анодировании 2—2,5 А/дм², в случае интенсивного охлаждения ее можно повысить до 5— 10 А/дм². Напряжение на ванне по мере увеличения толщины окисной пленки увеличивается и достигает 40— 80 В.

При оксидировании поддерживают постоянную плотность тока с помощью реостатов, включенных в цепь питания ванны. В зависимости от требуемой толщины окисной пленки изменяют скорость повышения напряжения от 22—26 до 30--36 В за 15 мин или до 45—60 В за 45 мин. При охлаждении и перемешивании электролита на алюминии и его сплавах можно получить окисные пленки толщиной 40—60 мкм, а в некоторых случаях — до 120—150 мкм. Хорошие результаты получаются, если применять циркуляцию электролита в ванне с помощью кислотоупорных насосов. Для получения пленок толщиной 200—300 мкм такого охлаждения недостаточно и приходится применять внутреннее охлаждение обрабатываемых деталей. Этот способ пригоден для деталей с внутренними неоксидируемыми полостями, через которые можно осуществить циркуляцию охлаждающего раствора.

В качестве охлаждающих средств используют жидкие хладоагенты или воду, предварительно охлажденную до —3+0° С. Скорость циркуляции охлаждающего раствора должна быть такой, чтобы разница температур при входе и выходе из детали не превышала 1 град. Режим оксидирования устанавливают с учетом марки сплава, из которого изготовлены детали. Окисные пленки, полученные при одинаковой плотности тока и продолжительности электролиза на техническом алюминии и сплаве АВ, имеют большую толщину и твердость, чем на других деформированных сплавах. Микротвердость (кгс/мм²) окисного слоя на техническом алюминии 500—520, на сплаве АВ — 480—500, сплаве Д16 — 330—360, сплаве AJT9 — 450—480.

Лучшие результаты по качеству пленок дает глубокое оксидирование алюминия и его сплавов с магнием и марганцем. На литейных сплавах типа силумина пробивное напряжение окисных пленок в 2—3 раза ниже, чем на деформируемых сплавах АВ, АК4, В95, АМг-5ВМ. Износостойкость деформируемых сплавов также относительно ниже.

Электроизоляционные окисные пленки получают в 15—20%-ном растворе H₂SO₄ при температуре от —5 до +2° С и анодной плотности тока 5 А/дм². Электрический режим процесса устанавливают с учетом материала, из которого изготовлены обрабатываемые детали. Для деталей из алюминия марки А7 начальное напряжение на ванне составляет 20—25 В, конечное 60—65 В, продолжительность оксидирования 75—90 мин, пробивное напряжение пленки 600—800 В. Для деталей из сплава Д16 начальное напряжение 20—25 В, конечное 60—65 В, продолжительность оксидирования 25—30 мин, пробивное напряжение пленки 380—450 В. Детали из сплава АМг оксидируют в течение 60—90 мин, начальное напряжение на ванне 20—25 В, конечное 60—70 В, пробивное напряжение 600—800 В. Детали, подвергаемые электроизоляционному оксидированию, должны иметь чистоту поверхности, соответствующую девятому классу, радиус закругления должен быть не менее 2—3 мм; уменьшение его приводит к снижению пробивного напряжения пленки.