Объяснение типов анодирования: тип II, тип III и почему вашим алюминиевым деталям нужен правильный вариант

В прошлом месяце клиент прислал нам партию из 2000 алюминиевых кронштейнов, анодированных в другом магазине. Кронштейны были анодированы в черный цвет (Тип II) и выглядели великолепно — однородный цвет, без разводов и голых пятен. Но кронштейны были для конвейера пищевой промышленности, и за 6 недель после установки черное покрытие стерлось в местах контакта. Оказывается, на чертеже заказчик указал «черный анод», не указав тип. Декоративный тип II (5-15 микрон) получали тогда, когда требовалось твердое анодирование III типа (25-75 микрон). Переделка обошлась им в 12 000 долларов.

Это происходит постоянно. Инженеры пишут на чертеже «анодирование по MIL-A-8625» и перестают об этом думать. Но эта спецификация охватывает пять различных типов анодирования, и каждый из них дает совершенно разное покрытие. Использовать неправильный тип — это все равно, что указать «краску», не указав, хотите ли вы краску для дома или облицовку резервуара эпоксидной смолой.

Что на самом деле дает анодирование

Анодирование — это электрохимический процесс, который превращает поверхность алюминия в оксид алюминия (Al2O3). Это не покрытие, нанесенное поверх алюминия, а сам алюминий, преобразованный. Деталь погружается в кислый электролит (серная кислота для типа II и III, хромовая кислота для типа I) и включается в качестве анода в электрическую цепь. Течет ток, ионы кислорода мигрируют к поверхности алюминия, и слой пористого оксида растет.

Ключевое слово «пористый». Сформированный оксидный слой имеет миллионы микроскопических пор на квадратный сантиметр. Именно эти поры позволяют красителю проникать (для цветного анодирования) и придают покрытию износостойкость. Тип II (анодирование серной кислотой) образует относительно тонкий пористый слой, который хорошо впитывает краску, но имеет умеренную износостойкость. Тип III (жесткое анодирование) использует ту же серную кислоту, но при более низкой температуре и более высокой плотности тока, создавая более толстый и плотный слой, который чрезвычайно устойчив к износу, но не так равномерно впитывает краситель.

Покрытие растет как наружу (над исходной поверхностью), так и внутрь (вглубь алюминия). Примерно 50% толщины покрытия находится над исходной поверхностью, а 50% — под ней. Это означает, что 25-микронное покрытие типа III удаляет около 12,5 микрон исходной алюминиевой поверхности и добавляет 12,5 микрон над ней. Если ваша деталь имеет критический размер, вам необходимо это учитывать.

Тип II: анодирование серной кислотой (стандарт)

Тип II — это то, что большинство людей имеют в виду, когда говорят «анодированный алюминий». Это значение по умолчанию для декоративной и общей защиты от коррозии.

Толщина покрытия: 5–25 микрон (обычно 8–15 микрон для большинства применений). MIL-A-8625 Тип II, класс 1 (неокрашенный) или класс 2 (окрашенный).

Для чего это полезно: Защита от коррозии (на открытом воздухе и в помещении), декоративная окраска (черная, синяя, красная, золотая, прозрачная и т. д.), сохранение естественного металлического вида алюминия и обеспечение достойной основы для краски. Анодированный алюминий типа II выдерживает более 200 часов в соляном тумане ASTM B117 без видимой коррозии.

Для чего это НЕ хорошо: Применения с высокой степенью износа. Покрытие относительно мягкое (около 200-300 HV) и изнашивается в точках контакта, поверхностях скольжения и резьбе. Если ваш кронштейн скользит по другой детали или если с ним часто обращаются, тип II изнашивается и обнажается голый алюминий.

Значение механической обработки: Покрытие вырастает примерно на 50% над исходной поверхностью. При покрытии толщиной 12 микрон ваша деталь вырастает примерно на 6 микрон (0,006 мм) на каждой поверхности. Для большинства деталей это находится в пределах обычного допуска обработки, поэтому обычно вам не нужно корректировать размеры для типа II. Размеры резьбы могут нуждаться в корректировке, если резьба плотно прилегает.

Расходы: Самый низкий из всех типов анодирования. Около $0,50-2,00 за кг деталей (цена партии), в зависимости от цвета и количества. Прозрачный (натуральный) дешевле. Черный немного больше. Пользовательские цвета (соответствующие Pantone) увеличивают стоимость.

Тип III: твердое анодирование (тот, который действительно нужен для движущихся частей)

Тип III – совершенно другое животное. Тот же основной химический состав (сернокислый электролит), но обработка осуществляется при более низкой температуре (от -1°С до +5°С по сравнению с 18-22°С для типа II), более высокой плотности тока (2,5-4,0 А/дм2 по сравнению с 1,0-1,5 А/дм2) и более длительном времени процесса. В результате получается густое, плотное и твердое покрытие.

Толщина покрытия: 25–100 микрон (обычно 25–50 микрон для большинства применений). MIL-A-8625 Тип III.

Твердость: 400–600 HV (эквивалент примерно 50–60 HRC). Это достаточно сложно, чтобы противостоять износу от большинства механических контактов. Поверхности из твердого анодированного алюминия могут работать со сталью без значительного износа.

Для чего это полезно: Применения в условиях повышенного износа (поверхности скольжения, точки поворота, отверстия подшипников), устойчивость к истиранию, электрическая изоляция (толстый оксидный слой имеет высокую диэлектрическую прочность) и применения, где необходима максимальная коррозионная стойкость (более толстое покрытие типа III обеспечивает значительно лучшие характеристики в солевом тумане, чем покрытие типа II).

Цвет: Натуральный тип III имеет цвет от темно-серого до бронзового, в зависимости от алюминиевого сплава и толщины покрытия. Его можно покрасить в черный цвет, но добиться ярких цветов (синего, красного) сложно, поскольку толстое и плотное покрытие не так хорошо впитывает краску, как тип II. Большинство деталей с твердым анодированием имеют либо натуральный серый/бронзовый цвет, либо окрашены в черный цвет.

Значение механической обработки: Вот тут-то у людей и случаются неприятности. Покрытие Type III толщиной 50 микрон удаляет 25 микрон исходной поверхности и добавляет 25 микрон над ней. Это чистое изменение размеров составляет 25 микрон (0,025 мм) на поверхность. Если у вас есть отверстие диаметром 50 мм, а после жесткого анодирования оно должно быть 50 000 мм, вам необходимо обработать его до 50,025 мм перед анодированием. Мы учитываем это в процессе обработки, когда знаем, что деталь будет жестко анодирована.

Размеры резьбы обязательно должны быть отрегулированы. Покрытие толщиной 50 микрон на резьбе М6 сделает резьбу слишком тугой для сборки. Мы либо предварительно определяем размер резьбы с учетом припуска на покрытие, маскируем резьбу во время анодирования, либо нарезаем резьбу после анодирования метчиком.

Расходы: в 2-3 раза больше, чем Тип II. Около $1,50-5,00 за кг деталей. Более высокая стоимость обусловлена ​​более длительным временем процесса, меньшей производительностью партии (из-за более низкой температуры и более высокого тока) и более строгим контролем качества.

Тип I: анодирование хромовой кислотой (аэрокосмический).

Тип I использует хромовую кислоту вместо серной кислоты. Покрытие тонкое (2-10 микрон), мягкое и обеспечивает умеренную защиту от коррозии. Его главное преимущество состоит в том, что электролит хромовой кислоты не застревает в щелях и соединениях (в отличие от серной кислоты), что делает его пригодным для узлов, которые невозможно полностью промыть.

Это прежде всего аэрокосмический процесс. Если вы производите детали для самолетов, вы увидите указанный тип I. Для общепромышленного применения почти всегда лучшим выбором является тип II (лучшая коррозионная стойкость, более низкая стоимость, доступность различных цветов).

Экологическая обеспокоенность, связанная с Типом I, значительна: хромовая кислота содержит шестивалентный хром (Cr6+), который является известным канцерогеном и строго регулируется. Многие производители переходят от типа I к тонкопленочной серной кислоте или другим альтернативам.

Краткое руководство по принятию решений

Размеренная вещь, в которой все ошибаются

Вот ошибка, которую мы видим чаще всего: инженер проектирует деталь с диаметром отверстия 30 000 мм, отправляет ее на твердое анодирование, а затем после нанесения покрытия обнаруживает, что диаметр отверстия составляет 29 950 мм. Покрытие выросло внутрь на 25 микрон с каждой стороны, а канал ствола сжался.

Эмпирическое правило: тип II (покрытие толщиной 12 микрон) меняет размеры примерно на 6 микрон на поверхность. Обычно ничтожно. Тип III (покрытие 50 микрон) меняет размеры примерно на 25 микрон на поверхность. Определенно не незначительный. Вы ДОЛЖНЫ предварительно определить размеры критически важных элементов с учетом роста покрытия.

Мы обрабатываем детали, которые будут подвергнуты твердому анодированию до размеров предварительного анодирования, соответствующих указанной толщине покрытия. Заказчик сообщает нам целевую толщину покрытия (или мы рассчитываем ее на основе спецификации), и мы соответствующим образом корректируем все важные размеры. Это часть нашей проверки DFM: если вы сообщите нам, что деталь будет анодирована, мы отметим размерные последствия перед обработкой.

А как насчет неалюминиевых деталей?

Анодирование работает только с алюминием. Период. Не существует «анодирования нержавеющей стали» или «анодирования титана» в промышленном смысле. Титан можно анодировать (он образует тонкий оксидный слой интерференционных цветов), но он в первую очередь декоративен и не обеспечивает значительной защиты от износа или коррозии. Нержавеющую сталь пассивируют, электрополируют или гальванизируют, а не анодируют.

Если вам нужна твердая, износостойкая поверхность неалюминиевой детали, доступны следующие варианты: твердое хромирование (сталь, латунь), химическое никелирование (сталь, латунь, медь), физическое осаждение из паровой фазы (PVD) или термическое напыление. Каждый из них имеет свою толщину, твердость и размерные характеристики.