Анодирование алюминия: защита, размер и износостойкость
Анодирование создаёт оксидную поверхность за счёт преобразования алюминия. Оно отличается от нанесения слоя металла сверху: часть толщины оксида располагается внутри исходного контура, часть выступает наружу. Для посадки важен именно наружный прирост, а для характеристики покрытия — полная толщина оксидного слоя. Подмена этих величин способна превратить предусмотренный зазор в натяг.
Толщина и перемещение поверхности
Обозначим полную толщину оксида t и долю наружного роста f. Тогда наружный прирост на одной поверхности b = ft, а глубина преобразованной зоны в простой геометрической модели p = (1 − f)t. Коэффициент f здесь должен быть известен для выбранного процесса, сплава и состояния детали. Правило «половина наружу» используют как приближение для некоторых покрытий, но не как универсальный закон.
| Величина | Условное значение | Смысл |
|---|---|---|
| Полная толщина t | 40 мкм | Весь оксидный слой |
| Доля наружного роста f | 0,50 | Назначенное допущение примера |
| Наружный прирост b | 20 мкм | Смещение одной поверхности |
| Зона внутри исходного контура p | 20 мкм | Оставшаяся часть толщины |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
В документации NASA для твёрдого анодирования приведено типичное приближение с половиной толщины в виде прироста и половиной в виде проникновения. Слово «типичное» существенно: фактические размеры подтверждают для конкретного производства. Предварительная подготовка также может снимать материал, поэтому окончательный размер нельзя всегда восстановить только по измеренной толщине оксида.
Условный расчёт вала и отверстия
Пусть до обработки диаметр алюминиевого вала равен 25,000 мм, а отверстия другой алюминиевой детали — 25,100 мм. Обе поверхности анодируют с назначенными t = 40 мкм = 0,040 мм и f = 0,50. Наружный прирост b = 0,50 × 0,040 = 0,020 мм на сторону. Внешний диаметр вала становится 25,000 + 2b = 25,040 мм.
Рост поверхности внутрь отверстия уменьшает его свободный диаметр: Dо = 25,100 − 2b = 25,060 мм. Диаметральный зазор после обработки равен 25,060 − 25,040 = 0,020 мм вместо исходных 0,100 мм. Радиальный зазор равен 0,010 мм. Если ошибочно считать весь оксид наружным слоем, получилось бы изменение каждого диаметра на 0,080 мм и неверный вывод о посадке.
Для оценки чувствительности оставим t прежним, но условно зададим f = 0,40. Тогда b = 0,016 мм, вал станет 25,032 мм, отверстие — 25,068 мм, а зазор — 0,036 мм. Это не рекомендация выбирать процесс по коэффициенту 0,40: второе число показывает зависимость геометрии от исходного допущения. Подготовительный съём материала и разброс размеров здесь не включены.
Защита и работа поверхности
Оксидное покрытие применяют для защиты поверхности и изменения её свойств, включая сопротивление износу. Однако толщина сама по себе не подтверждает ресурс. На работу влияют сплав, состояние покрытия, обработка пор, шероховатость, контртело и характер нагрузки. Сравнивать два покрытия по названию «твёрдое» без условий испытания недостаточно.
Для точной посадки на чертеже полезно отделить размеры до обработки от окончательных размеров, определить покрываемые поверхности и согласовать контроль. Маскирование отверстия меняет расчёт: исчезает вклад его стенок, но остаётся изменение вала. В резьбах простая формула для гладкого диаметра не описывает весь профиль. Исходное приближение опубликовано в NASA PRC-5006; различие толщины, прироста и подготовительных изменений поясняет Aluminum Anodizers Council FAQ.