Projekt anodowania aluminium i przewodnik po aplikacjach

Anodowanie jest jedną z najczęstszych opcji obróbki powierzchni aluminium CNC.Zajmuje duży udział w rynku części anodowanych.Proces ten jest bardzo odpowiedni dla części aluminiowych wytwarzanych w różnych procesach produkcyjnych, takich jak obróbka CNC, odlewanie i formowanie płyt.

Ten artykuł poprowadzi Cię do rozważań projektowych związanych z anodowaniem.
Wprowadzenie do utleniania anodowego
Utlenianie anodowe to proces przekształcania powierzchni metalu w warstwę tlenku w procesie elektrolitycznym.Dzięki temu procesowi zwiększa się grubość tej naturalnej warstwy tlenku, aby poprawić trwałość części, przyczepność farby, wygląd komponentów i odporność na korozję.Poniższy rysunek przedstawia niektóre części, które zostały anodowane, a następnie pofarbowane na różne kolory.
Proces wykorzystuje kąpiel kwasową i prąd do utworzenia warstwy anodowej na metalu nieszlachetnym.Krótko mówiąc, ma to na celu stworzenie kontrolowanej i trwałej warstwy tlenku na komponencie, zamiast polegać na cienkiej warstwie tlenku utworzonej przez sam materiał.Jest podobny do niebieszczenia, fosforanowania, pasywacji i innych obróbek powierzchni stali stosowanych do odporności na korozję i utwardzania powierzchni.

Rodzaj anodowania
W niniejszym artykule utlenianie anodowe podzielono na trzy kategorie i dwie kategorie.Te trzy typy są następujące:
Typ I:
Typ I i ​​IB – anodowanie kwasem chromowym
Typ IC – anodowanie bez chromu zamiast typu I i IB
Typ II:
Typ II - powłoka konwencjonalna w kąpieli kwasu siarkowego
Typ IIB - bezchromianowa alternatywa dla powłok typu I i IB

Kategoria III:
Typ III - anodowanie twarde
Każdy rodzaj anodowania ma określone powody.Niektóre z tych powodów to:
1. Typ I, IB i II są używane do odporności na korozję i pewnego stopnia odporności na zużycie.W przypadku krytycznych zastosowań zmęczeniowych stosuje się typy I i Ib, ponieważ są to cienkie powłoki.Jednym z przykładów są wysoce zmęczone elementy konstrukcyjne samolotu.
2. Gdy I i IB wymagają alternatyw bez chromianu, należy zastosować typ IC i IIB.Wynika to zwykle z przepisów lub wymagań dotyczących ochrony środowiska.
3. Typ III służy głównie do zwiększenia odporności na zużycie i odporności na zużycie.Jest to grubsza powłoka, więc będzie lepsza od innych rodzajów zużycia.Ale powłoka może skrócić żywotność zmęczeniową.Anodowanie typu III jest powszechnie stosowane do części broni palnej, przekładni, zaworów i wielu innych stosunkowo ślizgających się części.
W porównaniu z czystym aluminium, wszystkie rodzaje klejów przyczyniają się do przyczepności farby i innych klejów.Oprócz procesu anodowania niektóre części mogą wymagać barwienia, uszczelniania lub obróbki innymi materiałami, takimi jak smary suche.Jeśli część ma być barwiona, uważa się ją za klasę 2, podczas gdy część niebarwiona to klasa .

Rozważania projektowe
Do tej pory podczas projektowania części anodowanych mogłeś zostać poproszony o rozważenie kilku kluczowych czynników.Są one łatwo (i często) pomijane w świecie designu.

1. Rozmiar
Pierwszym czynnikiem, który musimy wziąć pod uwagę, są zmiany wymiarowe związane z anodowanymi elementami.Na rysunkach inżynier lub projektant może określić zastosowanie rozmiaru po przetworzeniu, aby zrekompensować tę zmianę, ale w przypadku szybkiego prototypowania rzadko mamy rysunki, zwłaszcza jeśli korzystamy z usługi szybkiego toczenia, która opiera się na solidnych modelach.
Gdy części są anodowane, powierzchnia „rośnie”.Kiedy mówię „wzrost”, mam na myśli to, że średnica zewnętrzna powiększy się, a otwór się zmniejszy.Dzieje się tak, ponieważ warstwa anody rośnie do wewnątrz i na zewnątrz od powierzchni części, gdy tworzy się tlenek glinu.
Można oszacować, że przyrost wielkości wynosi około 50% całkowitej grubości warstwy anodowej.Poniższa tabela przedstawia zakres grubości różnych typów powłok zgodnie z Mil-A-8625.

Te grubości mogą się różnić w zależności od konkretnego stopu i zastosowanej kontroli procesu.Ekranowanie może być wymagane, jeśli projektantowi zależy na kontrolowaniu wzrostu cech o wysokiej precyzji.W niektórych przypadkach, takich jak grubsza powłoka typu III, części można docierać lub polerować do ostatecznego rozmiaru, ale podniesie to koszt.
Inną kwestią wymiarową jest promień krawędzi i narożników wewnętrznych, ponieważ powłoka anodowa nie może być utworzona na ostrych narożnikach.Dotyczy to w szczególności powłok typu III, gdzie zgodnie z Mil-A-8625 zalecane są następujące promienie naroża dla danej grubości typu III:
W przypadku cieńszych powłok wystarczające jest pęknięcie krawędzi w zakresie 0,01-0,02, ale lepiej skonsultować się z inżynierem ds. procesu przyspieszenia, aby to zweryfikować.

2. Odporność na zużycie
Biorąc pod uwagę wzrost twardości warstwy anodowej wiemy, że wzrasta twardość powierzchni.Twardość faktycznie określonej powłoki nie jest typowa z powodu interakcji między bardziej miękkim metalem podstawowym a twardą warstwą anody.Mil-A-8625 określa testy odporności na zużycie, aby sprostać tym wyzwaniom.
Jako rama odniesienia, twardość aluminiowego materiału bazowego 2024 mieści się w zakresie 60-70 Rockwell B, przy czym twardość anodowania typu III wynosi 60-70 Rockwell C. Poniższy rysunek przedstawia jeden z moich zacisków CNC, który ma został anodowany i zabarwiony na czerwono.
Chociaż twarde drewno, konstrukcyjne tworzywa sztuczne i metale nieferrytyczne były trudne do zastosowania w środowisku o wysokich wibracjach, powierzchnia prawie się nie zużywa.

3. Barwienie barwnikiem
Jak opisano powyżej, anodowana folia może być zabarwiona.Dzieje się tak z różnych powodów, takich jak estetyka, redukcja światła rozproszonego w układzie optycznym oraz kontrast/identyfikacja części w montażu.
Jeśli chodzi o anodowanie, niektóre wyzwania do omówienia z dostawcami to:
Dopasowanie kolorów: trudno jest uzyskać prawdziwe dopasowanie kolorów w przypadku części anodowanych, zwłaszcza jeśli nie są one przetwarzane w tej samej partii.Jeśli zespół składa się z kilku części anodowanych w tym samym kolorze, wymagane jest specjalne urządzenie sterujące.
Blaknięcie: folia anodowana wystawiona na działanie promieniowania UV lub wysokiej temperatury może blaknąć.Barwniki organiczne są bardziej dotknięte niż barwniki nieorganiczne, ale wiele kolorów wymaga barwników organicznych.
Reakcja na barwnik: nie wszystkie typy anodowania i powłoki mogą dobrze wykorzystywać barwniki.Anodowanie typu I będzie trudne do uzyskania prawdziwej czerni, ponieważ powłoka jest bardzo cienka.Ogólnie rzecz biorąc, chociaż używane są czarne barwniki, części nadal będą wyglądały na szare, więc kolorowe barwniki mogą nie być praktyczne bez specjalnej obróbki.Gdy grubość powłoki jest duża, twarda powłoka typu III może również wydawać się ciemnoszara lub czarna na niektórych stopach, a wybór koloru będzie ograniczony.Niektóre cieńsze powłoki typu III mogą akceptować wiele kolorów, ale jeśli estetyka jest główną siłą napędową, powłoki typu II są najlepszym wyborem dla opcji kolorystycznych.
Nie są one wyczerpujące, ale zapewnią dobry początek przy wykonywaniu wymaganych części po raz pierwszy.

4. Przewodność
Warstwa anodowa jest dobrym izolatorem, chociaż metal nieszlachetny ma przewodnictwo.Dlatego też, jeśli obudowa lub komponenty wymagają uziemienia, może być konieczne nałożenie przezroczystej powłoki chemicznej i pokrycie niektórych obszarów.
Powszechną metodą określania, czy części aluminiowe zostały anodowane, jest użycie multimetru cyfrowego do badania przewodności powierzchniowej.Jeśli części nie są anodowane, mogą być przewodzące i mieć bardzo niską rezystancję.
5. Powłoka kompozytowa
Anodowana część może być również poddana wtórnej obróbce w celu powlekania lub obróbki anodowanej powierzchni w celu poprawy wydajności.Niektóre typowe dodatki do powłok anodowych to:
Farba: powłoka anodowa może być malowana w celu uzyskania określonego koloru, którego nie może uzyskać barwnik, lub dodatkowo poprawić odporność na korozję.
Impregnacja teflonem: twarda powłoka typu III może być impregnowana teflonem w celu zmniejszenia współczynnika tarcia surowego anodowania.Można to zrobić w gnieździe formy, jak również w częściach ślizgowych/kontaktowych.

Istnieją inne procesy, które można zastosować do zmiany wydajności powłoki anodowej, ale są one mniej powszechne i mogą wymagać wyspecjalizowanych dostawców.
Główne środki ostrożności:
1. Gruba powłoka anodowa może zmniejszyć trwałość zmęczeniową elementów, zwłaszcza gdy wykorzystują proces typu III.
2. Należy wziąć pod uwagę zmiany geometryczne każdej części przeznaczonej do anodowania.Jest to krytyczne dla procesów typu II i III, ale może nie być wymagane w przypadku niektórych procesów typu I.
3. W przypadku przetwarzania wielu partii dopasowanie kolorów może być bardzo trudne.Przy współpracy z różnymi dostawcami dopasowanie kolorów może być bardzo trudne.
4. W celu zapewnienia odpowiedniej ochrony przed korozją może być konieczne uszczelnienie otworów warstwy anodowej.
5. Gdy grubość zbliża się i przekracza 0,003 cala, odporność na zużycie twardej powłoki typu III może się zmniejszyć.
Różne stopy mogą w różny sposób reagować na proces anodowego utleniania.Na przykład, w porównaniu z innymi stopami, stopy o zawartości miedzi większej niż 2% lub więcej generalnie mają słabą odporność na zużycie, gdy są poddawane testom specyfikacji mil dla powłok klasy III.Innymi słowy, twarda powłoka typu III na aluminium serii 2000 i niektóre aluminium serii 7000 nie będzie tak odporna na zużycie jak twarda powłoka 6061.