Механизм образования анодизационных покрытий.

При прохождении тока через электролит продукты реакции на аноде могут растворяться до насыщения раствора; продукты реакции, не растворяясь в электролите, образуют на аноде прочно-сцепленное электроизоляционное окисное покрытие (рост покрытия продолжается до тех пор, пока сопротивление его не будет препятствовать прохождению тока до анода); продукты реакции могут частично растворяться в электролите и образовывать окисное покрытие, которое в сухом состоянии препятствует прохождению тока через анод.

Все анодные покрытия на алюминии или его сплавах в той или иной степени пористые: поры, образующиеся в покрытии, большие, поэтому поступление электрического тока к аноду в процессе оксидирования происходит постоянно. Рост анодной пленки продолжается до тех пор, пока скорость ее образования превышает скорость ее растворения.

Максимальная толщина окисного покрытия изменяется в зависимости от состава электролита и условий электролиза, особенно от температуры, влияющей на скорость растворения. Зависимость изменения толщины анодизационного покрытия и толщины основы от времени электролиза представлена на рис. 131.

Рис. 131. Изменение толщины металла (1 и 2) и толщины анодизационного покрытия (3) при анодировании в сернокислом электролите (i_а = 15 А/дм², t=20°С)

Анодные пленки из хромовокислых электролитов содержат помимо Аl₂O₃ до 0,5% Cr. В покрытиях из сернокислых и щавелевокислых электролитов помимо оксида алюминия содержится (в массовых долях) 15% воды, 14% SO₃ и 3% СООН (содержание воды соответствует формуле 2Аl₂O₃ х Н₂O). По результатам исследований строения окисное электроизоляционное покрытие в основном состоит из γ - Аl₂O₃. При этом вода в окисном покрытии химически не связана, за исключением верхних слоев покрытия, где она находится в виде Аl₂O₃•Н₂O.

Анодизационное покрытие состоит из двух слоев: пористого толстого внешнего слоя и тонкого слоя внутреннего, который является плотным и электроизоляционным. Последний называют барьерным или диэлектрическим слоем, составляющим 0,5 - 2% общей толщины пленки. Этот слой образуется в начале анодирования при высоком напряжении, и его толщина изменяется прямо пропорционально рабочему напряжению и обратно пропорционально растворимости оксида в данном электролите. Средняя толщина диэлектрического слоя анодных пленок равна 0,03-0,05 мкм. Верхний слой оксидной пленки имеет микропористую структуру.

Механизм роста анодизационного покрытия. Реакция окисления алюминия на аноде может быть выражена уравнением 2Аl + 3O -> Аl₂O₃ + энергия.

Зарождение окисного покрытия начинается обычно у основания пор или микровпадин на поверхности алюминия. При этом покрытие растет до тех пор, пока имеется возможность поступления кислорода в кристаллическую решетку алюминия. В основании поры образуется окисная ячейка.

При электроизоляционном окислении алюминия в 15%-ной H₂SO₄ при 21°С и i_а = 1,3 А/дм² скорость роста пленки составляет 22 мкм/ч, а скорость растворения оксида равна ~ 3 мкм/ч. В табл. 42 приведена зависимость пористости окисных покрытий от состава электролита и напряжения.

42. Число пор в окисных покрытиях

Электролит			Напряжение, В	Число пор на 6,29 см2, n•10-9
Компонент	Содержание, массовые доли в %	Температура, °С
Серная кислота	15	10	15 20 30	498 334 179
Щавелевая кислота	2	24	20 40 60	230 75 37
Хромовая кислота	3	29	20 40 60	140 52 27

В зависимости от состава электролита при окислении алюминия могут происходить вторичные реакции, влияющие на свойства покрытий (цвет, коррозионную стойкость и другие свойства).

Петр Степанович Мельников. Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении, 1979.