Twarde anodowe powłoki tlenkowe na aluminium i jego stopach

Te pierwsze zwykle zawierają wysoką zawartość pierwiastków stopowych, które występują w postaci związków międzymetalicznych. Fazy te często nie ulegają utlenianiu i roztwarzają się lub są wbudowywane w powłokę tlenkową. Bardzo ważne jest również wykończenie powierzchni – anodowa powłoka na nieobrobionej, szorstkiej powierzchni odlewu jest bardzo cienka. W celu uzyskania dobrej jakości powłok na stopach odlewniczych stężenie kwasu nie powinno być zbyt wysokie. Jeżeli będzie, to powierzchnie będą charakteryzować się wysokim współczynnikiem chropowatości powierzchni.

W przypadku stopów aluminium o niskiej podatności do utleniania anodowego stosuje się bardziej wyrafinowane elektrolity. Poprzez zastosowanie dodatków organicznych i nieorganicznych do kąpieli galwanicznej można wpłynąć na poprawę jakości wytworzonych anodowych powłok tlenkowych. Mogą one wpływać na zahamowanie procesu „przypalenia” powłok anodowych, jak również zmniejszają szybkość ich roztwarzania [1, 4]. Przykładem może być proces Sanford. Roztwór stosowany w tym procesie składa się z następujących składników: kwasu siarkowego (7%), alkoholu metylowego (7%) w celu obniżenia temperatury krzepnięcia roztworu, ekstraktu torfowego (3%) i niewielkiego dodatku środków powierzchniowo czynnych (0,02% alkoholu nonylowego i 0,02% glikolu polietylenowego). Temperatura anodowania wynosi -10°C, a gęstość prądu mieści się w zakresie od 1,1 do 2,2 A/dm² [1, 5]. Mieszaninę kwasu siarkowego z kwasem azotowym zastosowano również do obróbki anodowej stopów bogatych w Cu. Zastosowanie kwasu azotowego (lub azotanów, takich jak: azotan amonu, azotan aniliny, azotan miedzi) obniża napięcie podczas anodowania. Podobny efekt uzyskano w mieszaninie kwasu siarkowego z kwasem solnym [1].

Ponieważ faza CuAl₂ może być utleniona do pewnego stopnia w kwasie szczawiowym, kwas ten właśnie znajduje zastosowanie do anodowania stopów bogatych w miedź, na przykład 3-5-procentowy H₂C₂O₄ w temperaturze 3-5°C, gęstości prądu między 1 a 2 A/dm² [5]. Dopuszczalny jest szeroki zakres stężenia kwasu szczawiowego, tj. od 1 do 100 g/dm³.

W literaturze opisuje się również mieszaniny kwasu szczawiowego i kwasu mrówkowego, np. 80 g/dm³ H₂C₂O₄ i 80 g/dm³ H₂C₂O₄ [1]. Inną możliwością jest mieszanina kwasu siarkowego i szczawiowego z dodatkami nieorganicznymi, takimi jak CaF₂ i Cr₂(SO₄)₃. Elektrolity na bazie kwasu winowego zostały opracowane w Japonii, natomiast kwasu sulfonowego – w Niemczech [1]. Gęstość prądu zastosowana w procesie twardego anodowania jest kilkukrotnie wyższa niż w procesie konwencjonalnym. Typowa wartość wynosi 2,5 A/dm². Anodowanie odbywa się raczej przy stałej gęstości prądu niż stałym napięciu. Po wytworzeniu grubej powłoki napięcie rośnie, na przykład od wartości początkowej około 20 V do ponad 100 V. Jest to zależne od substancji chemicznej, składu chemicznego stopu, elektrolitu i jego temperatury.

Docelowa gęstość prądu powinna być powoli zwiększana od 0 do wartości docelowej w początkowej fazie wytwarzania powłoki. Zaobserwowano, że w przypadku stopów trudnych do anodowania (np. stopy odlewnicze) spadek gęstości prądu często poprawia jakość wytworzonych powłok. Z drugiej strony zwiększenie gęstości prądu skutkuje poprawą odporności na ścieranie powłok anodowych wytwarzanych na stopach kutych. W związku z tym czasem stosuje się prąd pulsacyjny d.c. Bardzo wysoka gęstość prądu (2-5 razy wyższa niż w procesie d.c.) jest stosowana przez określony czas (od milisekund do sekund). Po nim następuje okres, w którym znacznie niższy prąd lub nawet zerowy prąd przepływa przez utleniany detal. Duża ilość wytwarzanego ciepła jest wtedy łatwa do odebrania. Zastosowanie pulsacyjnego prądu stałego ułatwia uzyskanie powłok bez wypalonych rogów lub krawędzi i jest szczególnie przydatny w obróbce stopów o niskiej podatności do utleniania anodowego [1, 4].

W praktyce przemysłowej spotyka się różne kolory i odcienie twardych anodowych powłok tlenkowych. Barwa jest uzależniona zarówno od składu chemicznego stopu aluminium, jak również od składu roztworu, w którym wytwarza się twarde anodowe powłoki tlenkowe.

Funkcje twardych anodowych powłok tlenkowych wytwarzanych na wyrobach z aluminium

Twarde anodowe powłoki tlenkowe wytwarzane na wyrobach z aluminium i stopów aluminium pełnią różne funkcje. M.in. powłok przeciwciernych, powłok elektroizolacyjnych, powłok termoizolacyjnych oraz powłok ochronnych przed korozją (po procesie uszczelnienia).