Twarde anodowanie, znane również jako twarde powlekanie lub anodowanie typu III, jest procesem stosowanym do tworzenia odpornej na zużycie, odpornej na korozję powłoki na różnych metalach. Anodowanie można podzielić na dwie szerokie podkategorie: anodowanie dekoracyjne i anodowanie twarde. Główne różnice między nimi to grubość i trwałość powłoki oraz dokładny proces jej tworzenia.
Proces anodowania
Anodowanie części metalowej polega na umieszczeniu jej w cieczy przewodzącej prąd, zazwyczaj w roztworze kwasu, zwanego elektrolitem. Obwody mają elektrodę dodatnią (katodę), do której wnikają elektrony, i ujemną (anodę), do której wychodzą; podczas anodowania część metalowa staje się elektrodą ujemną. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez roztwór, działanie elektronów opuszczających obwód przez metalową część powoduje nagromadzenie twardej, odpornej na korozję powłoki utleniania. Powłokę można pozostawić bez zmian lub dodatkowo wzmocnić barwnikami dekoracyjnymi i innymi dodatkami poprawiającymi wydajność.
Proces wytwarzania twardych elementów anodowanych różni się od powłok dekoracyjnych na kilka sposobów. Wykorzystuje prądy elektryczne, które są na ogół wyższe i roztwory elektrolitów, które są nieco słabsze. Temperatura roztworu elektrolitu jest również niższa, co pozwala na mniejsze odkształcenie części precyzyjnych i lepszą przyczepność powłoki. Ogólnie rzecz biorąc, proces anodowania jest również uważany za stosunkowo przyjazny dla środowiska, a produkty uboczne nadają się do recyklingu.
Rodzaje powłok
Powłoki anodowane na twardo są zwykle nakładane na mocno zużywające się części przemysłowe przeznaczone do stosowania w zastosowaniach agresywnych lub silnie korozyjnych. Powłoki te są zazwyczaj znacznie grubsze i twardsze niż powłoki dekoracyjne i zwykle nadają częściom trwałość zbliżoną do stali napawanej lub utwardzanej powierzchniowo. Wnikają również i lepiej kryją niedoskonałości powierzchni, takie jak bruzdy.
Ogólnie rzecz biorąc, twarde anodowane części mają powłoki przekraczające 10 μm (0.01 mm lub 0.0004 cala) z typowymi powłokami przekraczającymi 25 μm (0.025 mm lub 0.001 cala). Anodowanie dekoracyjne zwykle obejmuje powłoki o grubości poniżej 10 μm i choć jest trwałe, nie ma tych samych wyjątkowych cech zużycia jak anodowanie twarde. Obróbki dekoracyjne lub architektoniczne są powszechnie spotykane na artykułach konsumenckich, takich jak domowe naczynia kuchenne, obudowy urządzeń elektronicznych i ozdoby.
Przedmioty z utwardzoną powłoką zwykle mają ciemnoszare, matowe wykończenie, chociaż może się to różnić w zależności od metalu, z którego wykonany jest przedmiot, oraz składu roztworu elektrolitu. Ta metoda pozwala również uzyskać wykończenie w kolorze czarnym, a także różne odcienie brązu. Anodowanie dekoracyjne zwykle daje jaśniejszy odcień i może być matowe lub błyszczące. Oba typy zazwyczaj dobrze się farbują.
Korzyści
Jednym z głównych powodów anodowania metalu jest zwiększenie jego odporności na korozję. Gruba zewnętrzna warstwa utleniona zapobiega narażeniu materiału wewnętrznego na działanie wilgoci, tlenu i innych czynników, które mogą spowodować rozpad metalu. Uszczelnione elementy są jeszcze bardziej odporne na korozję i często wytrzymują tysiące godzin ekspozycji na słoną wodę.
Zewnętrzna powłoka jest również niezwykle twarda, zwykle znacznie twardsza niż oryginalny metal. W wielu przypadkach gruba, twarda powłoka anodowana może być tak twarda jak stal narzędziowa. Jest również bardzo odporny na zużycie, co oznacza, że jest często używany do tłoków i innych części ślizgowych, które często się ocierają. Ponieważ warstwa oksydacyjna jest częścią samego metalu, nie odkleja się; metalowa powierzchnia może być jednak szorstka po anodowaniu, więc może być konieczne zeszlifowanie jej, aby zapobiec odłamywaniu się kawałków.
Metale anodowane na twardo są zwykle bardzo izolujące, co oznacza, że nie przewodzą dobrze ciepła ani elektryczności. Jest to szczególnie przydatne w zastosowaniach, które wymagają używania części w wysokich temperaturach. Powłoka jest również chemicznie stabilna i nietoksyczna.
Dodatkowe zabiegi
Podobnie jak w przypadku powłok dekoracyjnych, twarde powierzchnie anodowane można barwić, chociaż w większości przypadków pozostają one bez zmian ze względu na czysto funkcjonalny charakter większości zaangażowanych części. Są one jednak często impregnowane dodatkami zwiększającymi wydajność, takimi jak Teflon®, które poprawiają samosmarowanie części. W niektórych przypadkach są one również uszczelniane we wrzącej wodzie destylowanej lub roztworach dichromianu, aby dodatkowo poprawić ich odporność na korozję.
Niedogodności
Metal, który został anodowany, ma znacznie niższą wytrzymałość zmęczeniową, co oznacza, że jest bardziej podatny na pękanie pod wpływem naprężeń, chociaż można to poprawić, jeśli przedmiot jest szczelny. Uszczelnienie przedmiotu może jednak zmniejszyć jego odporność na zużycie ścierne, więc to, czy część jest uszczelniona, często zależy od jej ostatecznego zastosowania. Anodowanie nie chroni również cieńszych metalowych przedmiotów przed uszkodzeniami, takimi jak wgniecenia. Zewnętrzna powłoka powoduje, że część metalowa jest grubsza, co może stanowić problem, jeśli otwory na śruby lub inne miejsca są wstępnie nawiercone.
Materiały, które można anodować
Chociaż aluminium jest zdecydowanie najbardziej powszechnym metalem poddawanym twardemu anodowaniu, inne materiały mogą skorzystać na tej obróbce, w tym tantal, magnez i tytan. We wszystkich przypadkach obróbka nadaje częściom wyjątkową odporność na zużycie i korozję oraz może być barwiona na prawie każdy kolor. Typowe zastosowania twardych anodowanych części obejmują ciężkie komercyjne naczynia kuchenne i piekarnicze, medyczne części protetyczne i komponenty samochodowe. Wojsko jest kolejnym dużym konsumentem tych produktów, ponieważ większość twardych powierzchni anodowanych spełnia lub przekracza rygorystyczne specyfikacje wojskowe.