Механическая обработка алюминия / Machining of aluminium

Что такое анодирование алюминия?

Анодирование – это метод обработки, который изменяет химию поверхности различных материалов, в частности, металлов. Анодированная поверхность придает металлу ряд новых свойств, дополнительную защиту от коррозии, повышение долговечности, в частности, лучшую устойчивость к царапинам, и, конечно, эстетический внешний вид. Поскольку алюминий так широко используется в сотнях отраслей промышленности, имеет смысл анодировать алюминий, чтобы он приобрел новые свойства.

Само покрытие может иметь толщину от 0,00393701 до 0,03937012. В отличие от других покрытий анодирование алюминия сохраняет естественный блеск металлов, его текстуру и эстетику самого металла.

Методы пайки

Существуют такие методы пайки:

• с канифолью;
• с припоем;
• электрохимический.

С канифолью

Пошаговая реализация метода:

1. Прогревается паяльник.
2. Залуживается жало для удаления грязи или нагара.
3. Наносится канифоль на стыковочный шов, расплавляется паяльником.
4. После расплавления жалом нужно тереть поверхность до тех пор, пока не будет удалена оксидная плёнка. Одновременно происходит лужение.
5. После завершения процесса элементы стыкуют, нагревают до температуры плавления, затем оставляют остывать.

С применением припоев

Метод с использованием припоя для пайки алюминия реализуется следующим образом:

1. Стыкуемые поверхности очищаются механическим способом.
2. Детали надёжно фиксируются.
3. Выполняется локальный прогрев конструкции.
4. Стержень с припоем ведут вдоль стыковочного шва, одновременно прогревая его горелкой до расплавления.

Если применяется припой без содержания флюса, то потребуется его использовать отдельно. Он предварительно наносится равномерным слоем на алюминий.

Электрохимический метод

Пошаговая электрохимическая пайка алюминия:

1. Поверхность очищается от грязи, частично от оксидной плёнки механическим способом.
2. Наносится тонким слоем медный купорос.
3. К детали подключается отрицательный электрод источника тока.
4. Положительный электрод соединяется с проводом из меди высокой чистоты (диаметр более 1 мм). Располагается над конструкцией на специальной подставке, обеспечивается контакт только с обработанной площадкой.
5. Включается источник питания. Начинает протекать процесс электролиза.
6. После удаления оксидной плёнки провод убирается, а детали прогреваются паяльником до температуры плавления или используется припой.

Чтобы обеспечить высокое качество пайки, нужно наносить гальванические покрытия специальными инструментами. Они позволят выполнить равномерное омеднение.

Медный купорос

История анодирования

Анодирование металлов впервые было использовано в промышленном масштабе в 1923 году. Первоначально оно было создано для защиты от коррозии деталей из дюралюминия в кораблестроительной промышленности. Очевидно, эта обработка использовалась, поскольку части морских транспортных судов требовали жесткого защитного покрытия, невосприимчивого к соленому, бурному морю.

Изначально процесс был основан на хромовой кислоте и был назван процессом Бенгуа-Стюарта, он был отмечен как стандарт обработки для сил британской армии DEF STAN 03-24 / 3. Этот процесс все еще используется сегодня, несмотря на устаревшие требования сложного цикла напряжения, которые теперь считаются ненужными.

К 1927 году этот процесс получил развитие, и был запатентован новый процесс анодирования в серной кислоте. Серная кислота остается наиболее распространенным анодирующим электролитом и по сей день.

Японцы использовали анодирование щавелевой кислотой с 1923 года, и оно было широко применено немцами, особенно в архитектурных решениях. Анодирование алюминиевых профилей широко использовалось в архитектуре в 1960-х и 70-х годах.

Органическое окрашивание

Толщина покрытия от 5 до 25 микрон.

Органическое окрашивание – технологический процесс нанесения на анодированную поверхность алюминия различных красителей. Органическое окрашивание позволяет получить более широкий спектр цветов, чем обычное анодирование. Оксидные пленки на алюминии и его сплавах, полученные электрохимическим анодированием, характеризуются высокой адсорбционной способностью. Они хорошо впитывают и удерживают в себе минеральные соли и органические соединения — красители. Органические красители окрашивают пленку, адсорбируясь в ее порах, в основном по внешней их части. Наиболее подходящими для окрашивания органическими красителями являются оксидные пленки, сформированные в сернокислом электролите. Наиболее чистые тона получаются при окрашивании оксидных пленок на алюминии и его сплавах с магнием или марганцем. Литейные сплавы типа силумина образуют при оксидировании темную пятнистую пленку, которую не удается окрашивать в светлые тона и получать однородный цвет. Органическое окрашивание применяется в: автомобильной, судостроительной, авиационной и мебельной промышленности.

Процесс анодирования

Перед конкретно анодированием алюминий должен проследовать по следующему технологическому процессу:

1. Очистка .

   Анодируемую деталь необходимо сначала очистить, чтобы удалить все включения масел, полирующих составов и других примесей. Это делается путем погружения в водный раствор, который содержит мягкие кислоты или щелочи вместе с различными моющими средствами.

2. Предварительная обработка .

   Этот этап в основном для эстетических целей, он улучшает внешний вид поверхности перед этапом анодирования. Самая распространенная предварительная обработка это травление, при котором поверхность приобретает атласный или яркий оттенок, что дает яркий блестящий оттенок.

3. Анодирование .

   Анодирование алюминия – это электрохимический процесс. Проще говоря, он включает извлечение алюминиевого сплава и погружение его в большой резервуар, заполненный раствором электролита. Чаще всего это раствор на основе серной кислоты и дистиллированной воды. Хотя точный тип используемой кислоты зависит от области применения. Электрический ток проходит через алюминиевую часть, в этом случае алюминий действует как анод. Катод производят из алюминия или свинца и также помещают в гальваническую ванну. Вода расщепляется, высвобождая кислород на поверхности алюминия, а затем объединяется, образуя покрытие, тонкий прозрачный слой оксида алюминия. Толщина этого покрытия определяется уровнем электрического тока, а также количеством времени, в течение которого он подается.

Народные способы очищения и полировки алюминиевых изделий

Чтобы придать сияющий вид бытовым принадлежностям и элементам декора, применяют различные рецепты с простыми и недорогими ингредиентами.

Кислое яблоко

Чтобы очистить емкость от нагара, нужно разрезать яблоко пополам и половинкой хорошо натереть поверхность. Кислота в составе фрукта способствует быстрому удалению нагара.

Кефир или огуречный рассол

Для борьбы с темными пятнами следует оставить посуду с рассолом или кефиром внутри на 12 часов. Далее нужно помыть изделие в теплой воде мягкой тряпкой.

Пищевая сода

Разбавляют соду водой до консистенции кашицы, которую наносят на металл и протирают губкой. Способ поможет очистить изделие от налета и загрязнений, отполировать до блеска.

Пищевая сода – средство для полировки алюминия

Аммиак и бура

Самодельная полировочная смесь из буры (15 г) и аммиака (5 г) позволяет вернуть красоту изделия и придать вещице сияние до зеркального состояния. Состав наносят губкой и хорошо натирают, после промывают под струей воды.

Цветное анодирование

Когда вы думаете об анодировании алюминия, в первую очередь, это поверхность яркого цвета. Цвет может быть нанесен 2 способами:

• Интегральное нанесение цвета. Этот процесс окрашивания алюминия дает желаемый цвет, когда анодирование проводится в ванне. Этот процесс дает алюминию более стойкое к истиранию покрытие, но недостатком является стоимость: просто требуется гораздо больше электроэнергии, что делает его более дорогим вариантом.
• Электролитическая окраска. Этот вид обработки придает цвет алюминиевой детали, потому что процесс анодирования создает стабильные и устойчивые поры на поверхности алюминия, а краситель просто заполняет эти поры. Металл погружается в ванну, которая содержит неорганическую соль металла. Ток подается и откладывает соль металла в основании пор.

Используемые материалы

Для выполнения работ потребуется подготовить следующие материалы:

• флюс;
• припой.

Для получения качественных швов нужно использовать флюс для пайки алюминия на основе цинка, кремния, меди. Стыки получаются прочными, долговечными, стойкими к коррозии, статическим и динамическим нагрузкам.

Для пайки алюминия подходят припои со следующими маркировками:

• ЦОП-40 — тугоплавкий оловянно-цинковый состав;
• ПОС — легкосплавный припой;
• 34А — сплав на основе меди и кремния;
• «Aluminium-13» — зарубежный аналог 34А.

Применение флюса позволяет улучшить адгезию металла с припоем, за счёт чего получить прочное соединение. От его выбора зависит долговечность шва, прочностные характеристики изделия, стойкость материала к негативным воздействиям внешней среды. В составе флюсов содержатся активные элементы: фторборат цинка или аммония, триэтаноламин.

Паяльный жир бывает следующих видов:

• нейтральный на основе канифоли и стеарина — отличается густотой, способен удалять небольшие загрязнения, хорошо держится на поверхности свариваемых металлов;
• активный со сложным химическим составом — эффективно удаляет окислы, следы коррозии, повышает паяльные свойства.

В составе жира содержится хлорид цинка и аммония, парафин, вспомогательные вещества.

Паяльный жир имеет следующие преимущества:

• лёгкое лужение за счёт растекания тонким слоем;
• доступность;
• точность дозировки;
• отсутствие следов после его использования.

Рекомендуется использовать флюсы следующих марок: Ф-64, Ф-61А, Ф-59А, 34А, Ф-5, Ф-124.

Пайка алюминия с припоем

Для чего используется анодирование алюминия?

Преимущества анодированного алюминия, такие как устойчивость к коррозии и истиранию, в сочетании с удивительным внешним видом из огромной цветовой гаммы открывают множество областей применения. Возможности анодирования алюминия для коммерческих, промышленных и потребительских отраслей безграничны:

• Архитектурные панели;
• Витрины;
• Вентилируемые фасады;
• Кровельные системы;
• Холодильники;
• Сушильные машины;
• Телевизоры;
• Кофемашины;
• Светильники;
• Оконные рамы;
• Сантехника;
• Двери;
• Охладители;
• Сковороды;
• Грили;
• Тележки для гольфа;
• Лодки;
• Туристическое оборудование;
• Рыболовное снаряжение;
• Комплектующие для автомобилей;
• Колпаки на колеса;
• Фирменные таблички;
• Аэрокосмические панели;
• Солнечные панели;
• Электронные изделия;
• Огнетушители;
• Фотооборудование;
• Телефоны;
• Дизайн интерьера;
• Искусство.

Ход работ

Покраска алюминия начинается с соединения ингредиентов для электролитического состава и приготовления раствора. Количества воды должно быть достаточно для полного погружения алюминиевого элемента. Полученная жидкость наливается в две одинаковые емкости. В одну из них насыпается сода в соотношении 1 к 5 (соды и воды соответственно), в другую добавляется соль в таком же количестве. После чего жидкость перемешивается до полного растворения добавок. Следующим этапом является процеживание и соединение состава из двух сосудов. Раствор должен отстояться, в это время можно отшлифовать металлическую поверхность. Жир и загрязнения удаляются при помощи ткани, смоченной в ацетоне.

Далее отдельные элементы ополаскиваются под проточной водой и помещаются в тару с раствором. Предварительно необходимо надеть резиновые перчатки для обеспечения безопасности.

Отрицательная клемма подключается к емкости с погруженными деталями, плюсовая – непосредственно к самим элементам. Анодирование продолжается на протяжении 2-3 часов до появления голубовато-серого оттенка.

Далее может производиться покраска алюминия в домашних условиях. Красящий состав состоит из 1 литра жидкости, 20 грамм анилиновой краски и 2 мл уксуса. Раствор необходимо подогреть до 80 градусов при постоянном помешивании. Изделия, прошедшие через процедуру анодирования, помещаются в емкость с красящим составом на 15-20 минут.

Воздействие на окружающую среду

Анодирование алюминия – один из самых экологически чистых процессов обработки металла. В процессе используются только очень небольшие количества тяжелых металлов, галогенов или органических соединений. Процесс окрашивания не приводит к образованию ЛОС или тяжелых металлов. Возможность вторичной переработки анодированного и окрашенного алюминия эквивалентна стандартному алюминию с точки зрения воздействия на окружающую среду. Отходы процесса анодирования легко перерабатываются для производства квасцов, разрыхлителя, газетной бумаги и косметики. Отходы могут также использоваться для удобрения и в промышленных очистных сооружениях.

Химическое полирование

Толщина покрытия от 5 до 25 микрон

Химическое полирование — это предварительная обработка алюминия перед анодированием для получения декоративного эффекта зеркальной или полированной поверхности. В процессе химического полирования, происходит растворение верхнего слоя металла. При растворении, все микронеровности удаляются и поверхность детали приобретает блеск. Алюминиевый профиль и детали с химическим полированием активно применяются во многих сферах промышленности и в том числе в мебельной.

Окраска баллончиком

Перед применением данной технологии используется стандартная подготовка материала, к примеру, как при анодировании. Среди особенностей стоит отметить необходимость соблюдения достаточного расстояния между поверхностью и баллончиком, а также нанесение большого количества слоев. С момента нанесения предыдущего слоя должно пройти не менее 20 минут, только после этого можно покрывать следующим слоем краски. Количество слоев варьируется от качества лакокрасочного материала и эксплуатации детали. В среднем оно может варьироваться в пределах 3-15 нанесений.

Особенности

Важно не забывать про периодическое встряхивание баллона, это поможет избежать потеков и разводов. В некоторых случаях возможно засорение сопла. Для его прочистки необходимо перевернуть баллон и распылять состав до того момента, пока не появится прозрачный состав.

После завершения окраски при наличии остатков их необходимо убрать в место, защищенное от воздействия солнечных лучей. Используемые инструменты очищаются при помощи растворителя. Покраска под алюминий производится аналогичным образом, независимо от материала, используемого для работы.