Окрашивание металлов электрохимическим способом

Завод по анодированию алюминиевых изделий входит в состав Группы ROSA с 2009 года. Завод является крупнейшим предприятием данного типа в Европе. Открытие данного завода позволил компании ROSA представить на рынке освещения, широкий ассортимент алюминиевых, наружных осветительных приборов с антикоррозионными и декоративными свойствами.

Завод по анодированию ROSA специализируется на анодировании изделий из алюминия — листов, труб, профилей и иных конструктивных элементов, в десяти представленных цветах, электрохимической или интерферентной покраской, каждый из них с возможностью эффекта глянец. Классическая палитра цветов устойчива к внешним факторам, в.т. ультрафиолетовое излучение.

Электрохимическое и химическое оксидирование серебра

Серебряные изделия подвергают химическому оксидированию для окрашивания поверхности и защиты от окисления (потемнения поверхности). Оттенок оксидированного серебра может быть серым, фиолетовым, синим, черным и зависит как от времени выдержки изделия в растворе. Оттенок меняется в процессе выдержки в растворе и определяется визуально, изделие извлекают при достижении необходимого оттенка. В ювелирном деле есть прием, при котором раствор наносится на отдельные участки серебряного изделия. Таким образом получают изделия с различной цветовой гаммой, например, прокрашивают впадины и углубления в темный оттенок как бы выделяя выступающие части.

Процесс химического оксидирования серебра проводят в растворе серной печени с добавлением, в зависимости от необходимого оттенка, хлористого аммония (40 г/л) или углекислого алюминия (20 г/л). Процесс проходит при температуре 70-90 0 С. Серная печень представляет собой раствор поташа (углекислый калий K₂CO₃) и сульфида калия K₂S или серы.

Внимание: Если вы планируете провести процесс оксидирования в домашних условиях следует обратить внимание на то, что сера требует особо осторожного обращения – сера горюча, а ее пары в воздухе образуют взрывчатую смесь. Хранить серу следует в плотно закрытой емкости отдельно от окислителей.

Соотношение поташа и серы в расплаве могут быть различными, обычно одну часть серы смешивают с двумя частями поташа. Сплавление компонентов происходит в течение 15-25 минут. Затем расплав разбавляют в дистиллированной воде. При приготовлении раствора с использованием поташа и сульфида калия компоненты растворяют в воде, смешивают и медленно нагревают до температуры 80-90 0 С.

Перед погружением в раствор поверхность изделия обезжиривают бензином или спиртом. По окончанию процесса поверхность протирают фетровой салфеткой (иногда на поверхность предварительно наносят мел), затем изделие полируют.

Гальванической процесс оксидирования не отличается от процессов электрохимического осаждения металлов (хромирования, никелирования, цинкования или меднения). Электролит для гальванического оксидирования серебряных изделий содержит в своем составе:

• сернистый натрий (20-30 г/л);
• сернокислый натрий (15-20 г/л);
• серную кислоту (5-10 г/л);
• ацетон (3-5 г/л).

Процесс проходит при цеховой температуре, плотности тока 0,1-0,5 А/дм 2 в течение 1-5 минут.

Обработанные таким образом серебряные изделия не темнеют под воздействием атмосферы, покрытие сохраняет свои декоративные и защитные свойства несколько лет.

Идея технологии кратко

Защитное покрытие создается за счет окисления поверхности алюминия кислородом, возникающим из воды при протекании тока (получаемый оксид алюминия слабо реагирует с прочими химическими элементами и соединениями).

Образующийся слой оксида алюминия частично разъедается кислотой: образуются многочисленные поры, через которые раствор воды и кислоты проникает еще глубже в материал. Создается толстый защитный пористый слой.

Затем поры заполняются красителем и/или герметизируются — защитная оболочка «запечатывается».

Способы покраски нестандартных конструкций

Окраска нестандартных металлоконструкций может быть осуществлена несколькими методами:

• с использованием кисти. Этот способ целесообразен при окрашивании мелких металлических изделий;
• окраска валиком. Этот вариант подойдет в ситуации, когда металлическое изделие имеет ровную плоскую поверхность. Зачастую не используется при окрашивании нестандартных конструкций;
• воздушное распыление, осуществляемое при помощи бытовых краскопультов. Применение данного способа позволит окрасить любую поверхность независимо от ее конструкции и геометрических особенностей;
• безвоздушное распыление. Этот метод подразумевает применение профессионального окрасочного оборудования. Зачастую используется при окрашивании значительных площадей;
• покраска нестандартных металлоконструкций методом окунания в красящее вещество. Этот вариант подойдет в ситуации, когда металлическое изделие имеет небольшие габариты;
• порошковое полимерное окрашивание. Самый качественный и эффективный способ покраски. Осуществляется в специальных покрасочных камерах, где создаются условия для максимально качественного окрашивания.

Окрашивание нестандартных металлических конструкций: пошаговая инструкция

Процедура окраски нестандартных металлических конструкций осуществляется поэтапно. Каждый этап отвечает за определенные действия:

1. Предварительный осмотр. Для начала необходимо внимательно осмотреть металлическое изделие, определить площадь окраски и вариант покрытия.
2. Подготовка поверхности. Окрашивание может быть осуществлено исключительно на очищенную металлическую поверхность. Потому с обрабатываемого изделия необходимо убрать все очаги загрязнения, следы коррозионной активности. В случае наличия небольших сколов и трещин в конструкции, от них предстоит избавиться путем обработки специальной мастикой, в состав которой входит натуральная олифа, свинцовый сурик и мел.
3. Очистка конструкции. Данная операция осуществляется с применением механических, химических и термических методик. Наиболее оптимальный вариант – механическая очистка при помощи пескоструйного оборудования.
4. Обезжиривание и грунтование. Из металлической поверхности удаляются все следы влаги, масляных пятен и т.д. Нанесение грунтовой смеси позволяет создать идеальные условия для повышения адгезии металла с красящим составом.
5. Окрашивание конструкции и последующая сушка.

Этапы подготовки к окраске металлоконструкций (углеродистая сталь)

• Ликвидация внешних дефектов, в процессе которого устраняются расслоения, зачищаются острые кромки, остатки сварочных «брызг» и гусениц – это первоочередные работы.
• Ликвидация пятен (жировые и масляные) – это второй этап после механической обработки, требующий тщательного устранения. В противном случае масло и жир проникнут в глубокие слои поверхности металлоконструкций и последующий процесс их удаления весьма проблематичен.
• Устранение ржавчины и окалины. Вовремя не удаленная окалина рано или поздно приведет к снижению показателя коррозионной стойкости и как следствие – появление ржавчины. На практике используют три метода зачистки металла от окалины – химический (травление и пассивирование), механический (шлифование, полирование, кварцевание) и электрохимический (полирование).
• Удаление пыли, абразива и водорастворимых солей. Все эти мероприятия проводятся до момента очистки стали струйным методом.

Металлические покрытия

Цинковые покрытия

Цинковые покрытия применяются для крепежа наиболее часто. Это обусловлено высокой природной стойкостью самого цинка и его способностью обеспечивать электрохимическую (анодную) защиту при температуре до +70 °С. При более высоких температурах цинк защищает механически.

Покрытие из цинка можно получить горячим или электролитическим методом. Полученные слои будут отличаться толщиной, строением, плотностью и некоторыми другими характеристиками.

Цинковое покрытие, полученное горячим способом, толще, чем электролитическое (от 50 до 150 мкм), поэтому оно может изменять размеры деталей. Из-за невозможности точной регулировки толщины нанесения наблюдаются высокие потери металла.

При электролитическом методе создания покрытия экономия металла составляет до 50 %, при этом твердость, однородность и химическая стойкость полученного слоя выше. Толщина такого покрытия невелика (5. 35 мкм), поэтому в некоторых случаях могут наблюдаться наводораживание и охрупчивание защищаемого металла.

И горячий, и электрохимический методы цинкования вредны для экологии, поэтому для производителей актуальна проблема утилизации отходов.

Детали с цинковым покрытием могут подвергаться пассивированию или фосфатированию – это повышает их коррозионную и механическую стойкость.

Желтое (хроматное) пассивирование происходит при погружении оцинкованных изделий в раствор хромовой кислоты или ее солей. В результате соединения хрома и цинка образуется хроматная пленка с высокими защитными свойствами, которые практически не изменяются даже при механическом повреждении слоя.

Хроматирование (хроматное пассивирование) придает изделиям желтый или зеленовато-желтый цвет с радужным оттенком.

Если оцинкованные крепежные изделия планируется окрашивать, иногда их подвергают фосфатированию (подробнее об этой операции далее).

Кадмиевые покрытия

Цвет, механическая прочность и другие показатели кадмиевых покрытий близки к цинковым, однако их применяют намного реже из-за токсичности.

Кадмий и его соединения обладают отличными водооталкивающими свойствами, поэтому кадмированные изделия используют в зонах повышенной влажности и конденсации водяного пара.

Никелиевые покрытия

Никель является катодным покрытием по отношению к углеродистой стали, поэтому защищает ее только механически. Для никелирования деталей используются ванны колокольного или барабанного типа с электролитом из сернокислого никеля.

Никелированные изделия имеют привлекательный внешний вид, однако со временем блестящее покрытие тускнеет. Кроме того, из-за малой коррозионной стойкости никеля для крепежных изделий его применяют крайне редко. В основном, он используются в мебельной промышленности (для обработки фурнитуры и пр.).

Хромовые покрытия

Так же, как и никель, хром редко применяется для крепежных изделий. Хромированные детали имеют эстетичный внешний вид, однако предел их выносливости вдвое ниже, чем у стальных.

Хромирование наравне с латунированием, используется, прежде всего, в декоративных целях (например, для деталей крепления мебели).

Электрохимический процесс

Электрохимический процесс, протекающий на электродах при прохождении через электролит электрического тока, называется электролизом. Устройства, в которых за счет внешней электрической энергии совершаются химические превращения веществ, называются электролизерами или электролитическими (гальваническими) ваннами 1 (рис. 5.1). При гальваническом покрытии деталей в качестве электролита 2 применяют обычно раствор соли осаждаемого металла (в электролит вводят также некоторые компоненты, улучшающие свойства покрытий и увеличивающие электрическую проводимость электролита и т.д.). Анодами 3 служат пластины из осаждаемого металла, а катодами 4 — предварительно очищенные и подготовленные детали, подлежащие покрытию.

Процесс электролиза состоит из следующих этапов:

• получение в электролите ионов осаждаемого металла;
• перенос полученных ионов к детали-катоду;
• переход ионов металла в атомарное состояние;
• осаждение атомов на поверхности детали;
• формирование кристаллической решетки.

Рис. 5.1. Схема стационарной гальванической ванны:
1 — ванна; 2 — электролит; 3 — аноды; 4 — деталь.

Электролиз может проводиться с применением растворимых и нерастворимых анодов. В случае проведения электролиза с растворимым анодом, изготовленным из осаждаемого на поверхности детали металла, он постепенно растворяется в электролите, образуя новые ионы металла взамен выделившихся на катоде, тем самым поддерживая требуемую концентрацию металла в растворе. В тех случаях, когда происходит нанесение покрытия на внутреннюю поверхность цилиндрических деталей малого диаметра и большой длины, допускается применение нерастворимых анодов. Нерастворимые аноды изготавливаются из металла или сплава, который в данном электролите не растворяется (чаще всего используется свинец), или из графита. При осаждении металлов из цианистых электролитов в качестве нерастворимых анодов используют стальные аноды, а в кислых — освинцованную проволоку. На нерастворимых анодах при электролизе обычно выделяется кислород.

Выбор электролитов

Режим электролиза при заданном составе электролита характеризуется тремя основными показателями:

• кислотностью электролита, выраженной в граммах на литр, или в единицах рН;
• температурой электролита;
• катодной плотностью тока в амперах на квадратный дециметр.

В зависимости от кислотности электролиты можно разделить на две группы: щелочные и кислые электролиты. По составу входящих в них соединений электролиты бывают простые и сложные, в состав которых входят комплексные соединения.

Качество гальванических покрытий определяется их внешним видом, прочностью сцепления с основным металлом, толщиной и пористостью. Допускается наличие рисок, царапин, отдельных шероховатостей и несквозных пор, легко устраняемых при последующем полировании. Допустимыми дефектами являются также высохшие подтеки воды и разные оттенки.

Виды ванн

В зависимости от размеров детали конструкция гальванической ванны существенно различается. Нанесение гальванических покрытий может проводиться:

• в стационарных емкостях с вращением детали и без него;
• в струйных ваннах;
• в переносных ваннах;
• электролизом во внутренних полостях деталей без использования гальванической ванны;
• в барабанах и колоколах.

Рис. 5.2. Установка для покрытия наружной поверхности цилиндрических деталей:
1 — катодная шина со скользящим контактом; 2 — покрываемая деталь; 3 — цилиндрический корпус гальванической ванны; 4 — цилиндрический анод; 5 — подпятник из пластмассы; 6 — станина; 7 — электродвигатель с редуктором.

Процесс получения гальванических покрытий в стационарных емкостях представлен выше (см. рис. 5.1). Вращение детали вокруг своей оси в течение всего времени осаждения позволяет формировать более ровные по толщине гальванические покрытия. Вращение детали также применяют для покрытия наружной поверхности цилиндрических деталей. Как видно из рис. 5.2, деталь помещена вертикально в центре цилиндрического анода, установленного также в цилиндрической стационарной ванне, и получает вращение от электродвигателя с редуктором. Для питания током к детали подведен скользящий контакт. Вращение детали позволяет применять высокие плотности тока и поэтому покрытия получаются гладкими и равномерными.

Использование для нанесения покрытий струйных ванн повышает производительность процесса. Постоянная смена электролита, контактирующего с поверхностью детали, предотвращает его обеднение ионами осаждаемого металла. Возможность регулировки размеров ванны для струйного нанесения позволяет создавать гальванические покрытия на отдельных участках длинномерных деталей (рис. 5.3).

Применение переносных ванн целесообразно для создания местных покрытий на крупногабаритных деталях. В переносных ваннах деталь не погружают в электролит целиком, а наоборот, пристраивают ванну к тому участку детали, на котором необходимо сформировать гальваническое покрытие (рис. 5.4).

Рис. 5.3. Схема установки для струйного нанесения покрытий:
1 — анод; 2 — верхняя часть гальванической ванны; 3 — деталь; 4 — раздвижная кассета; 5 — нижняя часть гальванической ванны; 6 — электролит; 7 — подогреватель; 8 — насос.

Рис. 5.4. Схема установки переносной ванны:
1 — деталь; 2 — анод; 3 — электролит; 4 — гальваническая ванна; 5 — клеевой слой.

Создание гальванических покрытий на внутренних поверхностях в деталях, имеющих закрытые внутренние полости, может осуществляться без использования емкостей для электролита. Роль такой емкости выполняет сама деталь (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Монтаж внутренних электродов для создания покрытий на внутренних поверхностях трубчатых деталей:
1 — анод; 2 — центрирующая втулка; 3 — деталь.

В центре наращиваемой детали помещают свинцовый анод, а деталь служит катодом. При монтаже внутренних анодов в трубчатых деталях диаметр анодов должен составлять от 0,3 до 0,5 внутреннего диаметра труб. Внутренние аноды должны быть строго центрированы по отношению к стенкам трубы, что достигается установкой центрирующих втулок из пластмассы. Если диаметр анода велик, то его изготовляют полым внутри, а для снижения его массы и увеличения активной поверхности сверлят ряд отверстий в стенках. Полые трубчатые аноды особенно удобны, когда электролит во время процесса необходимо нагревать или охлаждать. Часто через полые трубчатые аноды производят прокачивание электролита для улучшения или ускорения процесса. При большой длине труб или при использовании гибких проволочных анодов на них через равные промежутки длины надевают центрирующие изоляторы в форме равностороннего плоского треугольника с отверстием в центре для пропускания анода. В качестве материала для изолятора применяют листовой целлулоид, винипласт и прочие химические стойкие пластмассы.

При этом деталь устанавливают на резиновый лист рядом с емкостью для удаления в процессе нанесения покрытий промывающей и охлаждающей жидкости. Резиновый лист покрывают целлулоидом, так как резина может растворяться в горячем электролите.

Для массового осаждения покрытий на крепежных или мелких деталей используют ванны с вращающимися барабанами. Барабан изготовляют шестигранного сечения, из листового железа, с задвижной дверцей для загрузки и выгрузки деталей и с шестерней для вращения, закрепленной по оси на одном из торцов. Диаметр с барабана обычно принимают равным 500-600 мм при длине 600-800 мм. Частота вращения не выше 15-5 об/ч. Загрузка барабана составляет 40-50 кг деталей.

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

Грунт необходимо подбирать с учетом типа металлов, условий, в которых он будет находиться, и от типа краски, наносимой после покрытия.

• Алкидная смесь. Одно из известных прикрытий плоскостей металла, изготовленных на основании алкидных пленкообразователей. Такой грунт хорошо увеличивает устойчивость металла к ржавчине, а также гарантирует высокое соединение с краской, имеет хорошую термостойкость. Применяется не только для внешних, но и для внутрипостроечных отделок. Хорошо взаимодействует с разнообразными типами лакокрасочных материалов.
• Акриловая грунтовка. Из-за его быстроты высыхания и отсутствия противного запаха может применяться для работ, проводимых в жилых помещениях. Такой грунт гарантирует хорошую адгезию. Расход около 0,2 кг на 1 м^2. Внимание! Кислотный грунт нельзя использовать под покрытие краской.
• Эпоксидная смесь. Прекрасно защищает металл не только от влияния атмосферы, но и нефтепродуктов. Рекомендуется использовать в среде с повышенной влажностью. Затраты составляют примерно 0,15 кг на 1 м^2.
• Полиуретановая грунтовка. Подходит для использования со сталью, чугуном, алюминием и медью. Является сочетаемой с полиуретановыми красками.

Какие же грунты претендуют на звание лучших?

Самыми влагоустойчивыми признаются эпоксидные грунты.

Как выглядит грунтовка:

Лак.

• Полиуретановая лакировка. Обладает большим сроком эксплуатации, термостойкий, высокопрочный вид. Возможно добавление пигмента.
• Битумный лак. Высокопрочный тип лака, термостоек, хорошо выдерживает химическое воздействие. Образует на поверхности защитную пленку черного цвета.
• Акриловый лак. Быстро сохнет, устойчив к влаге.
• Алкидная лакировка. Высокая устойчивость к химическому воздействию, термостойкий, устойчив к механическим изменениям.
• «Печной». Обладает высокой термостойкостью, имеет черный цвет, имеет хорошую атмосферостойкость.

Примеры лаковых покрытий:

Цинкламельное покрытие

наносят на предварительно подготовленную поверхность деталей путем погружая в высокодисперсную суспензию цинкового и алюминиевого порошков, имеющих форму чешуек, в связующем материале или ее напыления с последующим нагревом деталей до 240°С для сушки и отверждения. Сформировавшееся покрытие содержит более 70% цинкового и до 10% алюминиевого порошка, а также связующий органический материал. Оно состоит из множества слоев алюминиевых и цинковых частиц толщиной менее микрометра и шириной около 10 мкм, расположенных параллельно друг другу и покрываемой поверхности, соединенных связующим компонентом. Малый размер частиц делает возможным наносить цинкламельные покрытия толщиной 4 – 8 мкм, которые применяют в автомобилестроении. Коррозионная стойкость покрытий свыше 700 часов в нейтральном соляном тумане. Более толстые покрытия применяют для нанесения на детали и элементы строительных конструкций.

Данное покрытие обладает электропроводящими свойствами, его более электроотрицательный потенциал по отношению к стали создает электрохимическую защиту в дополнение к барьерной.

При применении цинконаполненных покрытий не приводит к возникновению водородной хрупкости покрываемых сталей. Толщина покрытий на стали, как и в случае обычных цинковых покрытий, определяется любыми магнитными, магнитно-индукционными и другими подобными толщиномерами.