Wyjaśnienie typów anodowania: typ II, typ III i dlaczego Twoje części aluminiowe potrzebują tego właściwego

W zeszłym miesiącu klient przesłał nam partię 2000 aluminiowych zamków, które anodował w innym sklepie. Zamki były anodowane na czarno (Typ II) i wyglądały świetnie - jednolity kolor, bez smug, bez gołych plam. Jednak wsporniki były przeznaczone do przenośnika do przetwarzania żywności i po 6 tygodniach od montażu czarna powłoka w punktach styku uległa zużyciu. Okazało się, że klient określił na rysunku „czarny anodowany” bez określenia typu. Dostali dekoracyjny typ II (5-15 mikronów), gdy potrzebowali twardego anodowania typu III (25-75 mikronów). Przeróbka kosztowała ich 12 000 dolarów.

To się dzieje ciągle. Inżynierowie piszą na rysunku „anodowanie zgodnie z MIL-A-8625” i przestają o tym myśleć. Ale ta specyfikacja obejmuje pięć różnych rodzajów anodowania, a każdy z nich wytwarza zupełnie inną powłokę. Użycie niewłaściwego typu jest jak określenie „farba” bez określenia, czy chcesz farbę domową, czy okładzinę zbiornika z żywicy epoksydowej.

Co właściwie robi anodowanie

Anodowanie to proces elektrochemiczny, który przekształca powierzchnię aluminium w tlenek glinu (Al2O3). To nie jest powłoka nałożona na aluminium – to samo aluminium, poddane obróbce. Część zanurza się w kwaśnym elektrolicie (kwas siarkowy dla typu II i III, kwas chromowy dla typu I) i łączy jako anodę w obwodzie elektrycznym. Przepływa prąd, jony tlenu migrują na powierzchnię aluminium i narasta porowata warstwa tlenku.

Kluczowym słowem jest „porowaty”. Utworzona warstwa tlenku ma miliony mikroskopijnych porów na centymetr kwadratowy. Pory te umożliwiają penetrację barwnika (w przypadku anodowania kolorowego) i nadają powłoce właściwości użytkowe. Typ II (anodowanie kwasem siarkowym) tworzy stosunkowo cienką, porowatą warstwę, która dobrze przyjmuje barwnik, ale ma umiarkowaną odporność na zużycie. Typ III (anodowanie twarde) wykorzystuje ten sam kwas siarkowy, ale w niższej temperaturze i wyższej gęstości prądu, tworząc grubszą, gęstszą warstwę, która jest wyjątkowo odporna na zużycie, ale nie przyjmuje barwnika tak równomiernie.

Powłoka wrasta zarówno na zewnątrz (ponad pierwotną powierzchnię), jak i do wewnątrz (w głąb aluminium). Około 50% grubości powłoki znajduje się powyżej pierwotnej powierzchni, a 50% poniżej. Oznacza to, że 25-mikronowa powłoka typu III usuwa około 12,5 mikrona oryginalnej powierzchni aluminium i dodaje 12,5 mikrona nad nią. Jeśli Twoja rola ma wymiar krytyczny, musisz to uwzględnić.

Typ II: Anodowanie kwasem siarkowym (standard)

Większość ludzi ma na myśli typ II, mówiąc „anodowane aluminium”. Jest to ustawienie domyślne dla dekoracyjnej i ogólnego przeznaczenia ochrony antykorozyjnej.

Grubość powłoki: 5-25 mikronów (typowo 8-15 mikronów w większości zastosowań). MIL-A-8625 Typ II, klasa 1 (niebarwiona) lub klasa 2 (barwiona).

Do czego to jest dobre: Ochrona przed korozją (na zewnątrz i wewnątrz), dekoracyjne zabarwienie (czarny, niebieski, czerwony, złoty, przezroczysty itp.), Utrzymanie naturalnego metalicznego wyglądu aluminium i zapewnienie przyzwoitej bazy lakierniczej. Anodowane aluminium typu II wytrzymuje ponad 200 godzin w mgle solnej ASTM B117 bez widocznej korozji.

Do czego to NIE jest dobre: Zastosowania narażone na duże zużycie. Powłoka jest stosunkowo miękka (około 200-300 HV) i będzie ulegać zużyciu w punktach styku, powierzchniach ślizgowych i gwintach. Jeśli wspornik ślizga się po innej części lub jest często używany, typ II ulegnie zużyciu i odsłania gołe aluminium.

Implikacje obróbki: Powłoka wyrasta około 50% ponad pierwotną powierzchnię. W przypadku powłoki o grubości 12 mikronów część rośnie o około 6 mikronów (0,006 mm) na każdej powierzchni. Dla większości części mieści się to w granicach normalnej tolerancji obróbki, więc zazwyczaj nie ma potrzeby dostosowywania wymiarów dla typu II. Wymiary gwintu mogą wymagać regulacji, jeśli gwinty są ciasno dopasowane.

Koszt: Najniższy ze wszystkich typów anodowanych. Około 0,50-2,00 USD za kg części (ceny partii), w zależności od koloru i ilości. Przezroczysty (naturalny) jest najtańszy. Czarnego jest nieco więcej. Kolory niestandardowe (dopasowane do Pantone) zwiększają koszt.

Typ III: Twardy anodowany (ten, którego faktycznie potrzebujesz do ruchomych części)

Typ III to zupełnie inne zwierzę. Ten sam podstawowy skład chemiczny (elektrolit kwasu siarkowego), ale obróbka w niższej temperaturze (-1°C do +5°C w porównaniu z 18-22°C w przypadku typu II), wyższa gęstość prądu (2,5-4,0 A/dm2 w porównaniu z 1,0-1,5 A/dm2) i dłuższy czas procesu. Rezultatem jest gruba, gęsta i twarda powłoka.

Grubość powłoki: 25-100 mikronów (typowo 25-50 mikronów w większości zastosowań). MIL-A-8625 Typ III.

Twardość: 400-600 HV (odpowiednik około 50-60 HRC). Jest to wystarczająco twarde, aby wytrzymać zużycie spowodowane większością kontaktu mechanicznego. Twarde anodowane powierzchnie aluminiowe mogą stykać się ze stalą bez znacznego zużycia.

Do czego to jest dobre: Zastosowania narażone na duże zużycie (powierzchnie ślizgowe, punkty obrotu, otwory łożysk), odporność na ścieranie, izolacja elektryczna (gruba warstwa tlenku ma wysoką wytrzymałość dielektryczną) i zastosowania, w których wymagana jest maksymalna odporność na korozję (grubsza powłoka typu III zapewnia znacznie lepszą skuteczność w mgle solnej niż typ II).

Kolor: Typ naturalny III jest ciemnoszary do brązowego, w zależności od stopu aluminium i grubości powłoki. Można go farbować na czarno, ale uzyskanie jasnych kolorów (niebieski, czerwony) jest trudne, ponieważ gruba, gęsta powłoka nie wchłania barwnika tak łatwo, jak Typ II. Większość twardych anodowanych części jest w kolorze naturalnym szarym/brązowym lub barwionym na czarno.

Implikacje obróbki: Tutaj ludzie wpadają w kłopoty. Powłoka typu III o grubości 50 mikronów usuwa 25 mikronów oryginalnej powierzchni i dodaje 25 mikronów nad nią. Oznacza to zmianę wymiarów netto o 25 mikronów (0,025 mm) na powierzchnię. Jeśli masz otwór o średnicy 50 mm, który po twardym anodowaniu powinien mieć średnicę 50 000 mm, przed anodowaniem należy go obrobić do średnicy 50,025 mm. Uwzględniamy to w naszym procesie obróbki, gdy wiemy, że część będzie twardo anodowana.

Należy bezwzględnie dopasować wymiary gwintu. Powłoka o grubości 50 mikronów na gwincie M6 spowoduje, że gwint będzie zbyt ciasny, aby można go było zamontować. Albo wstępnie dopasowujemy gwinty do naddatku na powłokę, maskujemy gwinty podczas anodowania, albo ścigamy gwinty po anodowaniu za pomocą kranu.

Koszt: 2-3x więcej niż typ II. Około 1,50-5,00 dolarów za kg części. Wyższy koszt wynika z dłuższego czasu procesu, mniejszej przepustowości partii (z powodu niższej temperatury i wyższego prądu) oraz ściślejszej kontroli jakości.

Typ I: Anodowanie kwasem chromowym (The Aerospace One)

Typ I wykorzystuje kwas chromowy zamiast kwasu siarkowego. Powłoka jest cienka (2-10 mikronów), miękka i zapewnia umiarkowaną ochronę przed korozją. Jego główną zaletą jest to, że elektrolit kwasu chromowego nie zostaje uwięziony w szczelinach i złączach (w przeciwieństwie do kwasu siarkowego), dzięki czemu nadaje się do podzespołów, których nie można całkowicie wypłukać.

Jest to przede wszystkim proces lotniczy. Jeśli produkujesz części do samolotów, zobaczysz typ I. Do ogólnych zastosowań przemysłowych typ II jest prawie zawsze lepszym wyborem (lepsza odporność na korozję, niższy koszt, dostępny w kolorach).

Ochrona środowiska typu I jest znacząca – kwas chromowy zawiera sześciowartościowy chrom (Cr6+), który jest znanym czynnikiem rakotwórczym i podlega ścisłym regulacjom. Wielu producentów odchodzi od typu I w kierunku cienkowarstwowego kwasu siarkowego lub innych alternatyw.

Przewodnik szybkiego podejmowania decyzji

Rzecz wymiarowa, w której wszyscy się mylą

Oto najczęściej spotykany błąd: inżynier projektuje część z otworem o średnicy 30 000 mm, wysyła ją do twardego anodowania, a następnie po pokryciu okazuje się, że otwór ma średnicę 29 950 mm. Powłoka urosła do wewnątrz o 25 mikronów na stronę, a otwór się skurczył.

Praktyczna zasada: Typ II (powłoka 12 mikronów) zmienia wymiary o około 6 mikronów na powierzchnię. Zwykle znikome. Typ III (powłoka 50 mikronów) zmienia wymiary o około 25 mikronów na powierzchnię. Zdecydowanie nie bez znaczenia. MUSISZ wstępnie określić rozmiar krytycznych elementów, aby uwzględnić wzrost powłoki.

Obrabiamy części, które zostaną anodowane na twardo do wymiaru przed anodowaniem odpowiadającego określonej grubości powłoki. Klient podaje nam docelową grubość powłoki (lub obliczamy ją na podstawie specyfikacji), a my odpowiednio dostosowujemy wszystkie krytyczne wymiary. Jest to część naszego przeglądu DFM – jeśli poinformujesz nas, że część zostanie anodowana, przed obróbką oznaczymy konsekwencje wymiarowe.

A co z częściami niealuminiowymi?

Anodowanie działa tylko na aluminium. Okres. Nie ma „anodowania stali nierdzewnej” ani „anodowania tytanu” w sensie przemysłowym. Tytan można anodować (tworzy cienką warstwę tlenku o barwach interferencyjnych), ale ma on przede wszystkim charakter dekoracyjny i nie zapewnia znaczącej ochrony przed zużyciem ani korozją. Stal nierdzewna jest pasywowana, polerowana elektrolitycznie lub platerowana, a nie anodowana.

Jeśli potrzebujesz twardej, odpornej na zużycie powierzchni na części innej niż aluminium, dostępne są następujące opcje: chromowanie twarde (stal, mosiądz), niklowanie bezprądowe (stal, mosiądz, miedź), powłoka poprzez fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) lub powłoka natryskowa termiczna. Każdy z nich ma swoją własną grubość, twardość i cechy wymiarowe.