RU2821966C1 - Способ повышения коррозионной стойкости листового анодированного алюминия, предназначенного для лазерной гравировки - Google Patents
Способ повышения коррозионной стойкости листового анодированного алюминия, предназначенного для лазерной гравировки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2821966C1 RU2821966C1 RU2024101434A RU2024101434A RU2821966C1 RU 2821966 C1 RU2821966 C1 RU 2821966C1 RU 2024101434 A RU2024101434 A RU 2024101434A RU 2024101434 A RU2024101434 A RU 2024101434A RU 2821966 C1 RU2821966 C1 RU 2821966C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compaction
- anodic oxidation
- carried out
- temperature
- corrosion resistance
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000010147 laser engraving Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 title abstract 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 43
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims abstract description 36
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 33
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 17
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims abstract description 8
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 abstract 2
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 abstract 2
- 239000000975 dye Substances 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 33
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 27
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 27
- 239000010408 film Substances 0.000 description 26
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 8
- 229940104869 fluorosilicate Drugs 0.000 description 7
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 7
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 7
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000010407 anodic oxide Substances 0.000 description 5
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 2
- 229910000361 cobalt sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229940044175 cobalt sulfate Drugs 0.000 description 2
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 2
- -1 nickel salts Chemical class 0.000 description 2
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 2
- 230000002335 preservative effect Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 2
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N Ammonium acetate Chemical compound N.CC(O)=O USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- 229940043376 ammonium acetate Drugs 0.000 description 1
- 235000019257 ammonium acetate Nutrition 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- KVBCYCWRDBDGBG-UHFFFAOYSA-N azane;dihydrofluoride Chemical compound [NH4+].F.[F-] KVBCYCWRDBDGBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000005282 brightening Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 description 1
- 238000009500 colour coating Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000008570 general process Effects 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000010330 laser marking Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 1
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 1
- 238000012956 testing procedure Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000012224 working solution Substances 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу повышения коррозионной стойкости листового анодированного алюминия, предназначенного для лазерной гравировки. Листовой алюминий подвергают анодному оксидированию при постоянном токе в сернокислотном электролите с концентрацией серной кислоты 180-200 г/л при постоянной температуре. Плотность тока при анодном оксидировании листового алюминия составляет 1,6-1,8 А/дм2, а продолжительность анодного оксидирования - 65-75 мин. После анодного оксидирования проводят наполнение пленки в растворах красителей, а затем уплотнение анодного покрытия путем обработки кремнийсодержащим соединением. Уплотнение анодного покрытия проводят в два этапа. На первом этапе проводят уплотнение в горячей воде с температурой 90-95°C. На втором этапе проводят уплотнение в растворе силиката натрия при температуре 95-100°C с концентрацией 8-15%. Общее время уплотнения составляет 20 мин. 4 ил., 8 табл.
Description
Изобретение относится к технологии использования в процессе анодирования силикатных растворов для повышения коррозионной стойкости алюминия, предназначенного для обработки лазерным излучением.
В связи с пористой структурой пленок, полученных на алюминии методом анодного оксидирования, антикоррозионные свойства покрытий не отвечают всем требованиям защиты от коррозии. В целях повышения коррозионной стойкости в технологический процесс встроена операция по уплотнению (наполнению) анодной пленки, которая значительно повышает коррозионную стойкость покрытия.
Существует несколько способов уплотнения анодных покрытий на алюминии. Наполнение в кипящем конденсате или на пару. Метод является широко распространенным в связи с простотой эксплуатации и содержанием гальванических ванн данного состава, но он не является эффективным. Коррозионные свойства покрытий, при данном способе ниже по сравнению с другими способами. Растворы, применяемые при уплотнении пленок, имеющие в своем составе двухромовый калий или двухромовый натрий, являются более эффективными, однако они неэкологичны, и применение их для наполнения декоративных (цветных) покрытий не представляется возможным. Составы с содержанием солей никеля и кобальта сложны и требовательны в эксплуатации и являются более экономически затратными по сравнению с методами выше (Верник С., Пиннер Р. Химическая и электрохимическая обработка алюминия и его сплавов. Государственное союзное издательство судостроительной промышленности. 1960.- 389 с.).
Известен способ уплотнения анодно-окисного покрытия на деталях из алюминия и его сплавов (патент RU2383663, МПК C25D 11/12, C25D 11/20, опубл. 10.03.2010) согласно которому анодное оксидирование проводится в 20% растворе серной кислоты при температуре 18-19°С и плотности тока 1 А/дм2, а дальнейшее уплотнение анодной пленки проводят катодным способом, в водном электролите, содержащем сернокислый магний 5-20 г/л, хлорное железо 0,1-0,3 г/л, аммоний уксуснокислый 0,001-0,1 г/л. Обработку проводят на катоде при плотности постоянного тока 0,1-0,2 А/дм2, напряжении 6-7 В в течение 3-5 мин и температуре 18-22°С.
Основным недостатком данного метода является то, что покрытие является неподходящим для нанесения цветных и декоративных покрытий.
Известен способ уплотнения анодно-окисных пленок на алюминии и его сплавов (патент RU2061801, МПК C25D 11/18, C25D 11/18, опубл. 10.06.1996), который включает в себя применение раствора, содержащего никель сернокислый, кобальт сернокислый и аммоний фтористый кислый при следующем соотношении компонентов, г: Никель сернокислый 1:3 Кобальт сернокислый 1:3 Аммоний фтористый кислый 1:3. Раствор готовят простым смешением компонентов на водопроводной воде. Процесс уплотнения ведут при температуре 10-30°С, рН рабочего раствора 5,0-7,0. Время наполнения 1-2 мин на 1 мкм толщины покрытия.
Основным недостатком данного метода является то, что применяемые компоненты являются неэкологичными и отработанные растворы ванн уплотнения и промывки требуют особенно тщательной нейтрализации с использованием очистных сооружений.
Наиболее близким аналогом является способ уплотнения анодных оксидных покрытия на алюминии и его сплавах (патент RU2073752, МПК C25D 11/18, C25D 11/28, опубл. 20.00.1997), согласно которому уплотнение анодных оксидных покрытий производят с использованием кремнийорганических соединений с последующей термообработкой. Детали с покрытием прогревают в шкафу при температуре 300-400°C в течение 2-2,5 ч, охлаждают на воздухе до комнатной температуры и затем погружают в раствор метилгидридсилазана 10 г/л и гексана 100 г/л на 5-10 мин; после чего образцы подвергают термообработке при температуре 300-500°C в течение 1- 2,5 ч.
Основным недостатком данного метода является то, что он не применим для получения цветных, декоративных покрытий, а также подразумевает использование дополнительного оборудования с высоким энергопотреблением.
Задачей изобретения является разработка экспериментальной технологии повышения коррозионной стойкости листового анодированного алюминия путем подбора параметров технологического процесса и способа уплотнения анодно-окисного покрытия.
Техническим результатом предлагаемого решения является повышение коррозионной стойкости листового анодированного алюминия, предназначенного для лазерной гравировки, при сохранении наилучших декоративных свойств и с применением экологически безопасных веществ.
Технический результат достигается за счет того, что в способе повышения коррозионной стойкости листового анодированного алюминия, предназначенного для лазерной гравировки, характеризующемся тем, что изделие подвергают анодному оксидированию при постоянном токе в сернокислотном электролите с концентрацией серной кислоты 180-200 г/л при постоянной температуре, после анодного оксидирования проводят наполнение пленки в растворах красителей, а затем уплотнение анодного покрытия путем обработки кремнийсодержащим соединением, плотность тока при анодировании сплавов алюминия составляет 1,6-1,8 А/дм2, а продолжительность анодирования при данных параметрах составляет 65-75 минут, при этом уплотнение анодной пленки производят в два этапа, на первом этапе производят уплотнение в горячей воде с температурой 90-95°C, на втором этапе производят уплотнение в растворе силиката натрия при температуре 95-100°C с концентрацией 8-15 %, причем общее время уплотнения составляет 20 минут.
Реализация способа характеризуется следующими чертежами:
- на фиг. 1 представлены полученные образцы материала с различной толщиной анодной плёнки;
- на фиг. 2 показано визуальное сравнение экспериментальных образцов материала (обработка при низкой плотности тока - слева);
- на фиг. 3 показано сравнение экспериментальных образцов материала (обработка при высокой плотности тока - слева);
- на фиг. 4 показаны образцы после испытаний методом капли (ГОСТ 9.302-88) анодированного алюминия, предназначенного для лазерной гравировки, на защитные свойства и коррозионную стойкость: 1) - уплотнение анодной пленки листового алюминия в конденсате; 2) - уплотнение на пару; 3) уплотнение в хромпике; 4) - уплотнение в силикате; 5) - предлагаемый способ уплотнения; 6) - импортный аналог («Trotec» - вероятный способ уплотнения: соли никеля).
Способ анодирования и повышения коррозионной стойкости листового алюминия, предназначенного для обработки лазерным излучением, осуществляют следующим образом.
В качестве марок сплава алюминия были выбраны Амг2М, АД1Н. Данные сплавы являются наиболее распространенными и широко используемыми в промышленности листовыми материалами алюминиевых сплавов, также данные марки сплава являются более экономичными вариантами для проведения анодного оксидирования.
В качестве образцов были использованы алюминиевые листы толщиной 0,5 мм, длиной 130 мм и шириной 100 мм. При этом площадь поверхности каждого образца составила 26000 мм2или 2,6 дм2.
Общий процесс анодного оксидирования с окрашиванием в цвет состоит из следующих операций:
- предварительная подготовка и обезжиривание;
- монтаж на оснастку;
- травление в растворе едкого натрия;
- промывка в теплой проточной воде;
- промывка в холодной проточной воде;
- осветление в азотной кислоте;
- промывка в холодной проточной воде;
- анодное оксидирование;
- промывка в холодной проточной воде;
- наполнение пленки в растворах красителей;
- промывка в холодной проточной воде;
- уплотнение анодной пленки;
- промывка в теплой проточной воде;
- промывка в холодной проточной воде;
- сушка;
- демонтаж с оснастки;
- протирка и пропитка;
- контроль качества покрытия.
Предварительная подготовка и обезжиривание заключается в удалении консервирующей смазки с использованием салфетки, смоченной органическим растворителем (бензин БР-2). Удаление маркировочной информации и остатков консервирующей смазки с листов осуществляется с использованием растворителя Р-4. После проведения предварительной подготовки проводится визуальный контроль качества поверхности (к дальнейшей работе не допускаются образцы с глубокими царапинами и потертостями). Также осуществлялся контроль на наличие коррозии.
Образцы листового алюминия монтируются на приспособления, изготовленные из алюминиевого сплава АЕ (алюминий технической чистоты с максимальным содержанием примесей 0,5%), по своей твердости данный сплав намного мягче материала, из которого изготовлены образцы, что позволило осуществить их монтаж на приспособление без деформации (твердость сплава АЕ 25-35 НВ, твердость Амг2М 45-60 НВ). Также материал оснастки обладает высокой электропроводностью, что снижает потери тока при проведении процесса анодирования. Электропроводность сплава АЕ составляет 60% по отношению к меди, а, например, электропроводность сплава Амг2М 35%. Одно из важных условий - это обеспечение надежного контакта в цепочке: анодируемое изделие - подвеска - токоподводящая штанга.
Для удаления окислов с поверхности образцов, а также для удаления остаточных жировых загрязнений используют раствор едкого натрия с концентрацией 50 г/л. Травление осуществляют при температуре 40-50°C, продолжительностью 4-5 минут.
Для удаления с поверхности тёмного налёта и продуктов реакции алюминиевых сплавов с щелочью (алюминаты и элементы, входящие химический состав сплавов) проводят кислотное осветление в растворе азотной кислоты с концентрацией 300 г/л. Продолжительность обработки 5-8 минут до полного осветления образцов.
После каждой технологической операции травления и осветления производится промывка образцов, путём 5-6 кратного погружения в проточную воду.
Анодное оксидирование проводят в сернокислотном электролите с концентрацией серной кислоты ~190 г/л (допустимая концентрация раствора составляет 180-200 г/л). Процесс анодирования ведется при постоянной температуре и с перемешиванием электролита.
В целях получения максимально толстого и качественного покрытия, пригодного для декоративного окрашивания в цвет, для каждой из выбранной марки сплава была определена оптимальная плотность тока, при которой осуществлялся процесс и время анодного оксидирования. Для отработки данного параметра в технологический процесс было запущенно 9 образцов с одинаковыми габаритами.
Для определения оптимальной плотности тока, анодирование образцов проводили при температуре 19°C, с временем выдержки в растворе 60 минут, при различных плотностях тока, от 1 до 2,4 А/дм2. В результате получили зависимость, а также динамику роста толщины покрытия от увеличения плотности тока, при котором проводился процесс. В целях выбора оптимального значения данного параметра, после завершения процесса анодирования, образцы были окрашены в растворе чёрного красителя и наполнены в дистиллированной воде при температуре 90-95°C. Затем произвели визуальный контроль и проверку на пористость полученных плёнок. Пористость проверяли с использованием 8% раствора плавиковой кислоты, нанося каплю раствора на анодированную поверхность образцов и засекая время до появления пузырьков газа в капле (признак разрушения анодной пленки и начало реакции с материалом основы). Для сплава Амг2М данные представлены в таблице 1, для сплава Ад1Н данные представлены в таблице 2.
Таблица 1 - Зависимость толщины покрытия, полученной при различных плотностях тока на сплаве Амг2М. к времени выдержки капли раствора плавиковой кислоты (время капли)
| № образца | Плотность тока, А/дм2 | Толщина покрытия, мкм | Время капли, с |
| 1 | 1.0 | 10 | 5 |
| 2 | 1.2 | 12 | 8 |
| 3 | 1.4 | 13 | 12 |
| 4 | 1.6 | 15 | 15 |
| 5 | 1.7 | 20 | 21 |
| 6 | 1,8 | 25 | 29 |
| 7 | 2.0 | 29 | 35 |
| 8 | 2.2 | 35 | 37 |
| 9 | 2.4 | 38 | 40 |
Таблица 2 - Зависимость толщины покрытия, полученной при различных плотностях тока на сплаве Ад1Н к времени капли
| № образца | Плотность тока, А/дм2 | Толщина покрытия, мкм | Время капли, с |
| 1 | 1.0 | 9 | 21 |
| 2 | 1.2 | 10 | 23 |
| 3 | 1.4 | 12 | 27 |
| 4 | 1.6 | 14 | 28 |
| 5 | 1.7 | 20 | 36 |
| 6 | 1,8 | 24 | 43 |
| 7 | 2.0 | 28 | 45 |
| 8 | 2.2 | 31 | 48 |
| 9 | 2.4 | 35 | 50 |
После завершения технологического цикла анодирования производился визуальный контроль качества поверхности анодированных образцов.
На основе полученных данных было определено:
- при низких плотностях тока качество поверхности не отвечает декоративным требованиям (фиг.2);
- при высоких плотностях тока покрытие неравномерное, матовое, с мажущей поверхностью (фиг.3);
- отсутствует линейная зависимость между толщиной покрытия и пористостью, выраженной через время капли. Пористость увеличивается при повышении плотности тока выше оптимальных значений. Высокая толщина покрытия не отвечает требованиям по декоративной составляющей и качеству полученного покрытия;
- получены оптимальные значения плотности тока для различных марок сплава. Для сплава Амг2М 1,6-1,7 А/дм2, для сплава Ад1Н 1,6-1,8 А/дм2.
В связи с тем, что во время анодирования алюминия протекает одновременно два процесса - это образование пленки и её растворение, существует некоторое пиковое значение времени, при котором достигается максимальная толщина покрытия, а процесс растворения сбалансирован с процессом образования пленки, без влияния на её пористость.
Для определения оптимального времени анодирования образцы покрывали при температуре 19°C с временем выдержки в растворе от 20 до 110 минут. При этом плотность тока для сплава Амг2М составляла 1,65 А/дм2, для сплава Ад1Н - 1,7 А/дм2. В результате получили зависимости, а также динамику роста толщины покрытия от продолжительности проведения процесса. Для сплава Амг2М данные представлены в таблице 3. Для сплава Ад1Н данные представлены в таблице 4.
Таблица 3 - Зависимость толщины покрытия, полученной при различном времени анодирования и постоянной плотности тока на сплаве Амг2М к времени капли
| № образца | Время анодирования, мин. | Толщина покрытия, мкм | Время капли, с |
| 1 | 20 | 5 | 4 |
| 2 | 40 | 9 | 12 |
| 3 | 60 | 18 | 18 |
| 4 | 70 | 23 | 36 |
| 5 | 80 | 26 | 34 |
| 6 | 90 | 27 | 28 |
| 7 | 100 | 27 | 19 |
| 8 | 110 | 26 | 11 |
Таблица 4 - Зависимость толщины покрытия, полученной при различном времени анодирования и постоянной плотности тока на сплаве Ад1Н к времени капли
| № образца | Время анодирования, мин. | Толщина покрытия, мкм | Время капли, с |
| 1 | 20 | 10 | 4 |
| 2 | 40 | 15 | 11 |
| 3 | 60 | 20 | 20 |
| 4 | 70 | 25 | 39 |
| 5 | 80 | 27 | 37 |
| 6 | 90 | 30 | 27 |
| 7 | 100 | 32 | 20 |
| 8 | 110 | 33 | 12 |
После завершения технологического цикла анодирования производился визуальный контроль качества поверхности анодированных образцов.
На основе полученных данных было определено:
- продолжительность анодирования, при постоянной плотности тока - это один из ключевых параметров для получения качественного покрытия. При малой продолжительности анодирования образуются тонкие пленки, которые не окрашиваются в достаточной степени, а при большей продолжительности процесса наносятся толстые покрытия, анодная пленка которых неравномерна и сильно пористая;
- на основе данных найдена оптимальная продолжительность анодирования при постоянной плотности тока для исследуемых марок сплава алюминия составляют 65-75 минут.
После процесса анодирования контрольных образцов производилось наполнение анодной пленки в растворе чёрного красителя. Раствор красителя готовился на дистиллированной воде с концентрацией красящего вещества 10 г/л. Время выдержки составляло 15 минут, при температуре раствора 70 °C. Образцы тщательно промывались в проточной воде и просушивались.
Качество окрашивания проверялось внешним осмотром поверхности, не допускались подтеки красителя, неокрашенные участки (кроме зон контакта подвески с образцом), неравномерность окраски.
В дальнейшем, для повышения коррозионной стойкости окрашенных образцов, осуществлялось уплотнение анодной пленки. Для этого в качестве контрольных образцов использовались пластины, анодная пленка которых уплотнялась с использованием различных методов (фиг.4): уплотнение анодной пленки листового алюминия в конденсате нагретой до 90-95°C дистиллированной воды в течение 20 минут; уплотнение на пару при температуре 95-100 °C в течении 20 минут; уплотнение в водном растворе хромпика следующего состава: бихромат калия 40-55 г/л, при температуре раствора 90-95 °C, время выдержки 20-25 минут; в растворах силиката натрия с концентрацией от 1%- 30%, температура раствора 90-100 °C, время выдержки 20 минут; предлагаемый способ уплотнения; импортный аналог («Trotec» - вероятный способ уплотнения: соли никеля). Замеряли толщину покрытия и время капли. Основные данные представлены в таблице 5. Также производился визуальный контроль качества поверхности.
Таблица 5 - Время капли на сплавах Амг2М, Ад1Н при различных способах уплотнения анодной пленки.
| Сплав | Толщина, мкм |
Время капли, с | ||||||
| Уплотнение на пару | Уплотнение в дис. воде | Уплотнение в растворе силиката натрия | ||||||
| 1% | 5% | 10% | 20% | 30% | ||||
| Амг2М | 24 | 36 | 38 | 36 | 83 | 98 | 101 | 97 |
| Ад1Н | 26 | 42 | 45 | 40 | 92 | 105 | 104 | 105 |
Стоит отметить, что время капли при уплотнении в хромпике и на импортном аналоге составляет более часа. Основными недостатками данных подходов является дороговизна и неэкологичность при использовании.
Основные выводы:
- при уплотнении плёнки на пару или в дистиллированной воде поверхность отвечает декоративным требованиям по равномерности и тону окрашенного цвета, но уступает в качестве (менее стойкая к капле);
- при уплотнении в растворе силиката натрия с различной концентрацией, наилучший результат по уплотнению плёнки достигается при концентрации 10-30%, но в связи с щелочной средой всех растворов, происходило практически полное выщелачивание красящего вещества из пор пленки при всех концентрациях силиката, что вело к отсутствию декоративности.
В целях достижения высоких показателей декоративной составляющей и высокой степени уплотнения анодной плёнки в решении применен комбинированный способ уплотнения. При этом производилось предварительное уплотнение в дистиллированной воде, при различном времени выдержки, а затем в растворе силиката натрия с концентрацией 8-30%. При этом общее время уплотнения составляло 20 минут. В качестве отработки данного способа уплотнения был использован материал Ад1Н. Было получено время капли для различных режимов, а также проведен визуальный осмотр.
На основе полученных данных было установлено:
- при применении предварительного уплотнения происходит частичное уплотнение пор анодной плёнки, при котором не происходит выщелачивание красителя из покрытия;
- получены оптимальные данные по концентрациям и режимам уплотнения, позволяющие получить покрытия с высокими защитно-декоративными характеристиками. Максимально качественное покрытие было получено при предварительном уплотнении в горячей воде с температурой 90-95°C и последующем уплотнении в растворе силиката натрия при температуре 95-100°C с концентрацией 8-15 %.
Были проведены официальные испытания аккредитованной организацией ООО «НПЦ «Самара» на соответствие защитных свойств анодированного алюминия требованиям ГОСТ 9.302-88 методом капли.
Сводные данные результатов испытаний приведены в таблице 6.
Таблица 6 - Результаты испытаний ООО «НПЦ «Самара»
| № образца | Наименование | Время, мин |
| 1 | Образец из анодированного алюминия, наполнение в воде и фторсиликате № 1 (концентрация 15%) | 22,22 |
| 2 | Образец из анодированного алюминия, наполнение в воде и фторсиликате № 2 (концентрация 1%) | 14,32 |
| 3 | Образец из анодированного алюминия, наполнение в воде и фторсиликате, черный | 20,44 |
| 4 | Образец из анодированного алюминия, наполнение в хромпике | 22,11 |
| 5 | Образец из анодированного алюминия, наполнение в воде и фторсиликате на гравировке, выполненной до анодирования | 11,06 |
| 6 | Образец из анодированного алюминия, наполнение в воде и фторсиликате, выполненной после травления | 15,52 |
| 7 | Образец из анодированного алюминия, наполнение в воде и фторсиликате, на гравировке, выполненной после наполнения | 8,36 |
| 8 | Образец из анодированного алюминия, наполнение в воде и фторсиликате, на гравировке, выполненной до наполнения | 5,43 |
| 9 | Образец из анодированного алюминия Trotec (импортный) | 16,47 |
Согласно полученным данным, можно сделать вывод о том, что предлагаемый способ равноценен по стойкости неэкологичному хромпику, не хуже импортного аналога (который, вероятно, уплотнен в солях никеля - данный метод является дорогим и неэкологичным) и применима для цветного анодирования (технология наполнения в одном только силикате даёт менее качественный результат).
Таким образом, данный способ отвечает критериям научной новизны и превосходит имеющиеся аналоги по ряду показателей.
Были также проведены испытания экспериментальных образцов анодированного алюминия на лазерном оборудовании.
Для проведения испытаний использовалась система лазерной маркировки и гравировки на базе оптоволоконного лазера с диодной накачкой.
Основные характеристики лазерной установки приведены в таблице 7.
Таблица 7 - Основные характеристики лазерной установки
| Тип лазера | Иттербиевый импульсный волоконный лазер |
| Средняя выходная мощность лазера | 30 Вт |
| Длина волны лазерного излучения | 1,064 мкм |
| Частота следования импульсов | регулируемая, от 20 кГц до 100 кГц |
| Максимальная энергия в импульсе лазера | До 0,7 мДж |
| Сканирующее устройство | 2-х осевой сканатор |
| Поле обработки | 210 х 210 мм |
| Скорость перемещения луча | регулируемая, до 8,7 м/с |
| Программно-аппаратное разрешение | 5 мкм |
Разрабатываемый материал может быть использован для нанесения на него лазерной гравировки. Данный процесс имеет множество параметров, оптимальное сочетание которых приводит к наилучшему результату.
Было проведено нанесение лазерной гравировки на различных режимах работы аппарата и подобраны оптимальные соотношения параметров лазерного излучения и цифровой модели наносимого изображения.
При проведении анализа результатов испытаний на соответствие материала требованиям, предъявляемым к материалам для лазерной гравировки согласно ГОСТ 59736-2021 и ГОСТ 57302-2016, были выявлены следующие основные критерии качества данного класса материалов:
- отсутствие деформации после осуществления лазерной гравировки;
- равномерность гравировки;
- соответствие геометрических размеров нанесённого макета и его электронной модели;
- визуальная считываемость;
- машинная считываемость (например, для Data Matrix кода);
- контрастность нанесённого макета относительно фона;
- отсутствие переходной границы между фоном и нанесённым изображением.
Полученное изображение является визуально читаемым и контрастным. Проверка контрастности осуществлялась в программном обеспечении по градиентной шкале. Результат составил более 70% для бесцветного покрытия и более 90% для чёрного покрытия (при стандарте более 20%). Данное условие выполняется с большим запасом.
Нанесённый на исследуемый материал Data Matrix код (или любой другой код) легко может быть детектирован машинным методом. Проверка считывания Data Matrix кода осуществлялась при помощи специальной программы, установленной на смартфон.
При нанесении лазерной гравировки границы изображения получаются чёткими, без визуально различимой переходной области между фоном и гравировкой. Отсутствуют пережоги, деформации в приграничной зоне, выгорание красителя (для цветного покрытия) и прочие нежелательные эффекты.
В результате проведённого анализа сделан вывод, что разрабатываемый материал полностью соответствует требованиям, предъявляемым к материалам для лазерной гравировки.
Методика испытаний полученных образцов на лазерном оборудовании состоит из следующих пунктов:
1) Нахождение точки фокуса лазерного излучения (при помощи фокусоискателя и/или специальной программы);
2) Нанесение матриц режимов на различные образцы, определение оптимальных режимов маркировки;
3) Нанесение Data Matrix кода на различные образцы на оптимальном режиме гравировки;
4) Анализ полученных результатов, проверка считываемости нанесённых макетов, сравнение с аналогичными испытаниями на необработанном образце;
5) Занесение полученных результатов в Протокол испытаний.
Результаты проведенных испытаний приведены в таблице 8.
Таблица 8 - информация из протокола соответствия качества гравировки требованиям ГОСТ 59736-2021 и ГОСТ 57302-2016
| Без покрытия | АМГ2М | АД1Н | |
| Образец сохранил исходную форму (деформация отсутствует) | ДА | ДА | ДА |
| Гравировка равномерная (без включений, пережогов и прочих паразитных элементов) | НЕТ | ДА | ДА |
| Геометрические размеры макета соответствуют электронной модели | ДА | ДА | ДА |
| Достигнута визуальная считываемость | НЕТ | ДА | ДА |
| Достигнута машинная считываемость | НЕТ | ДА | ДА |
| Контрастность нанесенного макета относительно фона | 3% | 74% | 80% |
| Переходная граница между фоном и гравировкой отсутствует | ДА | ДА | ДА |
Claims (1)
- Способ повышения коррозионной стойкости листового анодированного алюминия, предназначенного для лазерной гравировки, включающий анодное оксидирование листового алюминия при постоянном токе в сернокислотном электролите с концентрацией серной кислоты 180-200 г/л при постоянной температуре, после анодного оксидирования проводят наполнение пленки в растворах красителей, а затем уплотнение анодного покрытия путем обработки кремнийсодержащим соединением, отличающийся тем, что плотность тока при анодном оксидировании листового алюминия составляет 1,6-1,8 А/дм2, а продолжительность анодного оксидирования при данных параметрах составляет 65-75 мин, при этом уплотнение анодного покрытия проводят в два этапа, на первом этапе проводят уплотнение в горячей воде с температурой 90-95°C, на втором этапе проводят уплотнение в растворе силиката натрия при температуре 95-100°C с концентрацией 8-15%, причем общее время уплотнения составляет 20 мин.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2821966C1 true RU2821966C1 (ru) | 2024-06-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH503796A (fr) * | 1968-12-06 | 1971-02-28 | Cegedur Gp | Procédé de coloration des objets en aluminium anodisé |
| RU2072000C1 (ru) * | 1993-08-23 | 1997-01-20 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Способ разноцветного окрашивания изделий из алюминия и его сплавов |
| RU2073752C1 (ru) * | 1993-04-29 | 1997-02-20 | Люсия Семеновна Саакиян | Способ уплотнения анодных оксидных покрытий на алюминии и его сплавах |
| RU2555366C2 (ru) * | 2010-08-16 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Способ получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой и способ формирования массивов анизотропных наноструктур на его основе |
| CN105908204B (zh) * | 2016-06-23 | 2018-10-26 | 十堰恒融实业有限公司 | 一种铝制燃油箱表面防腐蚀处理技术 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH503796A (fr) * | 1968-12-06 | 1971-02-28 | Cegedur Gp | Procédé de coloration des objets en aluminium anodisé |
| RU2073752C1 (ru) * | 1993-04-29 | 1997-02-20 | Люсия Семеновна Саакиян | Способ уплотнения анодных оксидных покрытий на алюминии и его сплавах |
| RU2072000C1 (ru) * | 1993-08-23 | 1997-01-20 | Институт химии Дальневосточного отделения РАН | Способ разноцветного окрашивания изделий из алюминия и его сплавов |
| RU2555366C2 (ru) * | 2010-08-16 | 2015-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Способ получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой и способ формирования массивов анизотропных наноструктур на его основе |
| CN105908204B (zh) * | 2016-06-23 | 2018-10-26 | 十堰恒融实业有限公司 | 一种铝制燃油箱表面防腐蚀处理技术 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3019644B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines korrosionsbeständigen und verschleissfähigen aluminiumsubstrats | |
| US20180230617A1 (en) | Aluminum panels | |
| KR20070029458A (ko) | 알루미늄 소재에 문자나 도형의 마킹방법 | |
| US4442829A (en) | Material for selective absorption of solar energy and production thereof | |
| RU2821966C1 (ru) | Способ повышения коррозионной стойкости листового анодированного алюминия, предназначенного для лазерной гравировки | |
| CA2226418A1 (en) | Process for sealing anodized metals with lithium- and fluoride-containing solutions free from heavy metals | |
| US3337431A (en) | Electrochemical treatment of metal surfaces | |
| JP2018521886A (ja) | 印刷に関する改良 | |
| EA015400B1 (ru) | Способ анодирования изделий из алюминия или алюминиевых сплавов | |
| CN105220216A (zh) | 一种铝或铝合金电化学抛光方法 | |
| AU601047B2 (en) | Electrolytic coloring of anodized aluminium | |
| JP5143416B2 (ja) | 表面処理アルミニウム材料の製造方法 | |
| US5462634A (en) | Surface-treated aluminum material and method for its surface treatment | |
| DE10025643A1 (de) | Aluminium- und Magnesium-Druckgusskörper mit einer eingebrannten kataphoretischen Tauchlackierungsschicht und Verfahren zu deren Herstellung | |
| EP0269851A2 (de) | Trägermaterial auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen für Offsetdruckplatten sowie Verfahren zu dessen Herstellung | |
| GB2140033A (en) | Sealing aluminum and aluminum alloys following anodization | |
| KR20040094105A (ko) | 양극산화처리용 전해질 용액 및 이를 이용하는 마그네슘합금의 내부식 코팅 방법 | |
| US5288372A (en) | Altering a metal body surface | |
| US20220136127A1 (en) | Method for producing a corrosion-resistant aluminum-silicon alloy casting, such corrosion-resistant aluminum-silicon alloy casting and its use | |
| US20210054469A1 (en) | Surface hardening method using post heat treatment of aluminum alloy oxide layer | |
| JP3553288B2 (ja) | 耐食性および光輝性に優れた車両用ホイール | |
| JP2953474B2 (ja) | アルミニウムおよびアルミニウム合金の電解処理方法 | |
| Hara et al. | Optimization of environmentally friendly anodic oxide film for magnesium alloys | |
| US4381226A (en) | Electrochemical treatment of aluminum in non-aqueous polymeric polybasic organic acid containing electrolytes | |
| KR20210001331U (ko) | 알루미늄 합금 부재의 표면 처리 방법 및 양극산화된 알루미늄 합금으로 제조된 부재 |