Uusissa moottoripyörissä (ja ei-niin uusissakin) on paljon (seostettuja) alumiiniosia. Niistä lähes kaikki voi anodisoida, itseasiassa lähes kaikki joka näyttää vähänkään alumiinilta on anodisoitavissa.
Ennenkuin lähdet kokeilemaan anodisointia itse, tulee sinun tietää että anodisointiin sisältyy tiettyjä riskejä. Anodisoinnin aikana syntyy vetykaasua, ja vety yhdessä hapen kanssa on aina vaarallinen yhdistelmä (saatat olla kuullut tapauksesta Hindenburg). Muutakin kaasua anodisoinnin aikana vapautuu, jotain sellaista joka pistää väkisinkin yskimään jo parin metrin päästä (ilmeisesti rikkihappohöyryä ja klooria jos rikkihappo laimennettu hanaveteen). Ei hyvää terveydelle. Ilmastoinnin on oltava hyvä ja kipinöitä ei saa muodostua anodisointiastian läheisyydessä. Jos ei ilmastointia pysty järjestämään on anodisointi parasta tehdä ulkona. Toinen asia on rikkihappo ja sen turvallinen käsittely. Vähintään suojalasit pitää olla päässä aina sitä käsiteltäessä, sillä sitä tulee roiskumaan kun sen kanssa lutraa ja kaatelee astioista toiseen vaikka kuinka huolellinen yrittäisi olla. Teet siis kaiken omalla vastuulla, sinua on varoitettu! Ã�lä tee mitään jos et tiedä mitä olet tekemässä!
Sisällysluettelo
Mitä on anodisointi?
Alumiinikappaleiden pintaan muodostuu luonnostaankin ohut alumiinioksidikerros kun alumiini reagoi hapen kanssa. Raudan yhteydessä samasta ilmiöstä käytetään nimeä ruostuminen. Ero alumiinioksidikerroksella ja ruostekerroksella on kuitenkin se, että alumiinioksidikerros on niin tiivis että se estää hapen pääsyn syvemmälle alumiiniin. Raudan tapauksessahan kaikki tietävät, että rautakappaleet ruostuvat lopulta puhki. Anodisoinnissa on kyse alumiinioksidikerroksen kasvattamisesta elektrolyyttisesti paksummaksi mitä se luonnostaan voisi olla. Tällöin kerros saadaan kymmeniä kertoja(tai jopa tuhat kertaa) paksummaksi. Anodisointia kutsutaan myös eloksoinniksi.
Mitä hyötyä on anodisoinnista?
Alumiinioksidi on kovaa ainetta, se on tyypillinen keraami. Alumiinioksidikerros alumiiniosassa parantaa osan kulumiskestävyyttä ja korroosionkestävyyttä. Naarmuuntumisenkesto on hyvä. Siksi esimerkiksi kaikki moottoripyörien alumiiniset vanteet ovatkin anodisoituja. Anodisointi myös eristää kappaleen ulkoiselta sähkövirralta, sillä alumiinioksidi on hyvä eriste. Anodisoinnilla saadaan myös osista näyttävän näköisiä sillä huokoinen alumiinioksidikerros on helposti värjättävissä monella eri värillä.
Mitä anodisoinnissa tapahtuu?
Anodisointi suoritetaan yleensä laimeahkossa(15% ... 25%) rikkihapossa noin 20°C:n lämpötilassa. Anodisoitava kappale kytketään tasavirtalähteen anodiksi, jolloin se on positiivisesti varautunut. Tällöin rikkihappo-liuoksessa olevat negatiivisesti varautuneet happi-ionit kulkeutuvat anodille ja yhtyvät alumiinin kanssa muodostaen alumiinioksidia. Sivutuotteena syntyy katodilla ainakin vetykaasua. Oksidikerros muodostuu huokoiseksi, koska rikkihappo syövyttää pintaa(pistesyöpyminen) samalla kun sitä muodostuu lisää. Tällöin alumiinioksidikerros kasvaa pylväsmäisinä alueina. Tietyllä virralla, tietyn ajan kuluttua, saavutetaan tasapaino eli alumiinioksidia muodostuu yhtä paljon kuin sitä syöpyy. Sen jälkeen kerros ei tule enää paksummaksi ja viimeistään tällöin anodisointia voidaan pitää valmiina. Anodisoinnin jälkeen kappaleen mitat eivät ole kasvaneet sillä reaktion aikana oksidikerros (anodisointikerros) kasvaa sisällepäin. Koska alumiinioksidin ominaistilavuus (aineen tilavuus moolia kohti) on suurempi kuin alumiinimetallin, kerros näyttää kasvavan ulospäin.Vaikka pinta kasvaisikin ulospäin, kyse on niin pienistä muutoksista että ne eivät vaikuta edes laakeripintoihin. Muutos on maksimissaan 80 mikrometriä eli 80 metrin miljoonasosaa.
Niinsanottu kova-anodisointi tapahtuu vastaavasti, mutta matalammassa lämpötilassa ja puolta suuremmalla virralla. Käytettävä jännite on siinä kuitenkin moninkertainen. Silloin saavutetaan vieläkin paksumpi oksidikerros.
Miten värjäys tapahtuu?
Kun huokoinen kerros on kasvatettu voidaan pinta värjätä upottamalla kappale väriaineeseen. Tällöin väri imeytyy pinnassa oleviin huokosiin. Värin tummuutta voi säädellä väriaineessa pidettävällä ajalla. Tätä värjäysmenetelmää kutsutaan adsorptio-värjäykseksi. Se on yleisin menetelmä, mutta sen heikkous on huono UV-säteilyn kesto. Sen takia monet auringonvalon kanssa tekemisissä olleet anodisoidut osat näyttävät (useiden) vuosien päästä haalistuneilta vaikka osiin ei olisi kohdistunutkaan suurempaa kulutusta. Mutta mitä sitten? Kuluvathan ne maalitkin. Muitakin värjäysmenetelmiä on joissa koko alumiinioksidikerros värjäytyy eikä vain tyhjät huokoset. Tällöin pinta kestää hyvin UV-säteilyäkin.
Mitä vielä?
Varsinkin värjäyksen jälkeen on pinta vielä ns. tiivistettävä. Huokosethan ovat vielä auki ja väri pääsee (vain) periaatteessa karkuun. Tiivistys tapahtuu esimerkiksi kuumassa (~90 °C) vedessä. Tällöin muodostuu pinnalle alumiinihydraattia, joka tukkii avonaiset huokoset, ja väri jää pysyvästi huokosiin. Jos anodisoitua kappaletta ei värjätä on tiivistyksen merkitys se että se sitkistää oksidikerrosta samalla kun kovuus hieman kärsii. Tiivistys ei ole pakollinen jos ei ole tarkoitus värjätä. Se on kuitenkin enemmän kuin suositeltavaa, sillä huokoinen alumiinioksidikerros ilman tiivistävää alumiinihydraattia on kova, mutta hauras.
Tee-se-itse-anodisointi
Mitä tarvitaan?
-12V:n tasavirtalähde. Tarvittava virta(siis virtalähteen koko) riippuu anodisoitavan kappaleen koosta. -Noin 25%:sta rikkihappoa, eli 50%:sta akkuhappoa(joka on 50%:sta rikkihappoa) -Katodi rikkihappoon. Yleensä alumiinia. -Anodijohde (yhtä jaloa kuin alumiini tai jalompaa). Kaytännössä alumiinia tai titaania. -Anodisointiastia. Hyvin laimeaa rikkihappoa kestävä. Yleensä muovia. Helpoin ratkaisu olisi tehdä astia alumiinista jolloin astia toimisi samalla katodina. Alumiinikin kestää 25% rikkihappoa hyvän tovin(kuukausia) vaikka jatkuvassa säilytyksessä syöpyykin. -Väriainetta, jos tarkoitus värjätä. -Astia myös väriaineelle. -Mahdollisesti vielä yksi ylimääräinen vesiastia jonne dipata kappaletta eri vaiheiden välillä. -Menetelmä jolla lämmittää vettä ja/tai väriainetta värjäyksen ja/tai tiivistyksen yhteydessä
Miten minä olen ratkaissut tarpeet?
Virtalähde
12V:n tasavirtalähde on tyypillinen auton akkulaturi. Akkulaturin tyypissä on huomioitavaa että se ei saa olla automaattisesti säätyvä, ne eivät yksinkertaisesti sovellu anodisointiin. Marketeissa myytävät maksimissaan 8A:n laturit riittävät pienille ja keskikokoisille osille. 18A pitäisi riittää useimpiin tarkoituksiin. Itselläni on Bilteman 40A:n laturi josta riittää virtaa jo isommillekin osille. Tämä on kallein asia joka pitää hankkia, jos ei sellaista entuudestaan omista.
Rikkihappo
Hankin 22l:n muovisen bensakanisterin josta täytin puolet (11l) vedellä ja suuntasin autovaraosa/-tarvikeliikkeeseen. He suostuivat myymään akkuhappoa litramääräisesti säiliöstään (vaikka ei ihan yleisimmin esitetty pyyntö ollutkaan). Akkuhappo on 50%:sta rikkihappoa. Tuloksena sain siis 22l 25%:sta rikkihappoa, ja hintaa kertyi reilu parikymmentä euroa. Muistakaa: Ensin vesi sitten happo, ettei tule sormeen rakko! Rikkihappo kuulostaa pelottavalta, ja 50%:na sitä vielä vähän onkin. Mutta 25% rikkihappo on jo suhteellisen mietoa tavaraa. Silmiin sitä ei silti missään tapauksessa saa päästää. Aina sitä käsiteltäessä tulee käyttää suojalaseja. Mutta sen iholle pääsyä ei tarvi pelätä jos on vesihana lähellä, se kyllä ilmoittaa olemassaolostaan, ei heti mutta vähän ajan kuluttua. Ei siitä pysyvää jälkeä tule mutta se tuntuu samalta kuin NitroMors(metyleenikloridi) iholla. Se myöskin kuivaa ihoa. Rikkihappo ei katoa anodisoinnin aikana, joten sitä voi käyttää yhä uudelleen ja uudelleen kunhan ei likaa sitä(ei alumiinia epäjalompia metalleja liuoksessa).
Katodi
Alumiinifolio soveltuu katodiksi. Se on halpaa, mutta kertakäyttöisluontoista. Se on myös hieman vaivalloista asetella siten että se ei koske anodisoitavaan kappaleeseen(se tahtoo lähteä "lentämään" koska se on niin ohutta). Itse olen käyttänyt muovieristettyä kupari-sähköjohtoa pitäämään folion kurissa(siten että kupari ei ole kosketuksissa liuokseen). Katodin pinta-ala pitäisi olla vähintään yhtäsuuri kuin anodisoitavan kappaleen pinta-ala. Jos pysyvän katodin haluaa, on alumiinilevy oikea vaihtoehto.
Anodijohde
Tämä on siis johde, joka johtaa virran virtalähteeltä anodisoitavaan kappaleeseen. Se on kosketuksissa rikkihappo-liuokseen joten sen on oltava yhtä jaloa tai jalompaa kuin alumiini. Parhaimmat vaihtoehtot olisivat alumiinilanka ja titaanilanka. Titaani olisi paras koska se ei osallistuisi ollenkaan anodisointitapahtumaan. Jos johde on alumiinia, myös johde anodisoituu. Tämän takia alumiinijohdetta ei voi käyttää uudestaan ilman sen alumiinioksidikerroksen poistamista hiomalla tai kemiallisesti. En löytänyt alumiinilankaa mistään, joten ratkaisin ongelman siten että ostin marketista halvan alumiinisen kynnyslistan, josta ensin poistin anodisoidun kerroksen, ja sitten leikkasin ohuita siivuja. Sain siten paksua "alumiinilankaa". Samoja johteita olen käyttänyt jo monet kerrat. Ne on niin paksuja että ne kestää ja niistä pystyy viilaamaan aiemmat oksidikerrokset pois.
Anodisointiastia
Jos anodisoi pieniä osia, ei tämä muodosta ongelmaa. Astiaksi kelpaa mikä tahansa muovinen kanisterinpuolikas tai ämpäri. Mutta esimerkiksi moottoripyörän vanteisiin (21"/18" mun tapauksessa) ei valmiita riittävän kokoisia muoviastioita löydykkään valmiina mistään. Tai sitten löytyy, mutta niiden vetoisuus on jo satoja litroja jotta saisi noin 15cm syvyisesti rikkihappoa. Tein testejä ja havaitsin että polyesterihartsi(siis se josta yleensä puhutaan vaan "hartsi", ja joka on kertamuovi) kestää 25%:sta rikkihappoa riittävän hyvin. Kuukauden aikana testikappaleessa ei tapahtunut mitään silminhavaittavaa. Niinpä tein lujitemuovisen astian (polyesterihartsi+lasikuitu) jonne sekä 21" ja 18" vanteet sopivat kumpikin sopivasti. Lisäksi laskin että 22l riittää tarpeeksi korkealle astiassa. Ovela vaihtoehto olisi ollut tehdä astia hitsaamalla alumiinista jolloin astia olisi ajanut samalla myös katodin virkaa.
Väriaine
Oikeita anodisointivärejä on olemassa, mutta niiden löytäminen/saaminen yksityiselle henkilölle on vaikeaa. Ja ovathan ne varmaan kalliitakin. Itse käytän kangasvärejä, tarkemmin Dylon-kuumavärejä. Tiedättehän niitä sellaisia nappimaisissa rasioissa myytäviä jauheita. Näiden värien kanssa on huomattava että ne vaativat kuumaa vettä jotta ne toimivat. Jostain syystä (vain) musta Dylon toimi kylmänäkin. Mutta yleissääntönä ne saa lämmittää niin kuumaksi että sormea polttaa ennenkuin upottaa anodisoidun kappaleen sinne. Tässä on vähän ristiriitaa, voisi luulla että pinta heti tiivistyy kuumassa aiheuttaen sen että se ei ota väriä. Mutta ei pidä paikkaansa, esimerkiksi niitä vanteita värjätessäni 15 minuutin jälkeenkään ne eivät olleet ottaneet kaikkea väriä ja ottivat väriä yhä edelleen. Vasta noin 40 minuutin jälkeen ne olivat täysin mustat.
Veden ja/tai väriaineen lämmitys
Minä olen käyttänyt lämmitykseen venäläisiä 0,5kW kuppilämmittimiä. Mulla on niitä kolme, eli yhteensä 1500W joka riittää lämmittämään pinta-alaltaan jo aika suurtakin määrää vettä. Jokainen ratkaiskoon tämän ongelman niinkuin parhaaksi näkee. Jos asuu maalla, yksi vaihtoehto voisi olla pistää nuotio metalliastian alle. Jos kappale on pieni, paras ratkaisu on käyttää vanhaa kattilaa hellalla.
Työn suorittaminen
Esivalmistelut
Pinnan puhtaus on tärkein asia anodisoinnin onnistumisen kannalta. Vain puhdasta alumiinia saa olla pinnassa. Jos haluaa anodisoida uudelleen jo ennestään anodisoidun osan, on siis aiempi kerros saatava pois. Siihen tarkoitukseen soveltuu hyvin natriumhydroksidi eli lipeä eli viemärinavaaja. Sinne kun upottaa kappaleen noin tunniksi(todella mieto liuoskin riittää) ja 10 minuutin välein pyyhkii kappaletta, pitäisi viimeistään kaikki vanha oksidikerros olla pois . Ei kannata liioitella ajan kanssa sillä natriumhydroksidi todellakin syö alumiinia. Yleensä moottoripyörissä käytettävissä alumiiniseoksissa on kuparia mukana, joka aiheuttaa pinnan mustumisen. Ei kannata säikähtää. Natriumhydroksidi vain syö alumiinin ja jättää kuparin pinnalle. Sen saa pois kevyesti teräsvillalla hankaamalla, saattaa lähteä jopa kankaalla. (Anodisointilaitoksissa on käytetty mietoa typpihappoliuosta noen poistoon) Teräsvillalla hangatun pinnan kun anodisoi, on tuloksena mattapinta. Jos kiiltävähköä pintaa tavoittelee on ensin hiottava vesihiomapaperilla tai teräsvillalla ,jonka jälkeen kiillotettava hiomatahnalla tai sellasella "tiiliskivellä". Hiomatahnan mukana ei saa tulla vahakerrosta. Ainakin Fareclan hiomatahna soveltuu tähän tarkoitukseen. Kiillottaminen onnistuu jo vesihiomapaperin 400 karkeudesta asti, joten ei kannata liioitella tässäkään asiassa. Pitää muistaa että anodisointi ei peitä virheitä. Vielä ennen anodisointia kappale on syytä puhdistaa esim. asetonilla, joka haihtuu nopeasti eikä jätä mitään rasvakerrosta pintaan. Myös Sormenjälkiä tulee välttää kaikissa vaiheissa. Varsinkin jos juuri ennen värjäystä onnistuu tahraamaan pinnan rasvasella sormellaan jää sormenjälki pysyvästi kappaleeseen.
Anodisointi
Johteen hyvä kiinnitys anodisoitavaan kappaleeseen on tärkeää. Kosketuksen pitää olla mahdollisimman tiukka. Kosketuspisteestä jää aina pieni laikku joka ei anodisoidu, mutta kosketuspiste kannattaa valita sellaiseen paikkaan joka ei näy. Tämän jälkeen anodisoitava kappale tulee asettaa roikkumaan astiaan siten että se uppoaa kokonaan pinnan alapuolella mutta ei kosketa pohjaan tai katodiin. Rikkihapon lämpötilan tulisi olla noin 20°C. Olen kuitenkin onnistunut vastaavasti 10°C:n lämpötilassa vain hieman suuremmalla virralla. Rikkihappo kylläkin lämpiää anodisoinnin aikana, sitä ei saa päästää liian suureksi sillä myös virta kasvaa lämpötilan kasvaessa. Seuraavaksi pitää tietää kuinka suurta virtaa tulisi anodisoinnissa käyttää ja kuinka kauan anodisoinnin tulisi kestää. Löysin netistä sivun (linkki 2), jossa kerrottiin laskukaavat tähän. Kaavat voisi toki tehdä itsekin jos vain jaksaisi anodisoida monia kymmeniä testikappaleita samaan aikaan. Kaavat ovat siis seuraavat(olen muuttanut neliöjalat neliösenteiksi):
Virta: 4,5 - 13 mA/cm^2 (milliampeeria per neliösenttimetri)
Aika: 0,775 A*min/cm^2 (ampeeriminuuttia per neliösenttimetri]
Virta kannattaa pyrkiä valitsemaan siitä keskeltä, noin 8,5mA /cm^2. Olen havainnut että virtaa asettuu luonnostaankin siihen noin 8,5mA/cm^2 (paitsi jos anodisoitava kappale on todella pieni ja katodin pinta-ala suuri siihen verrattuna). Eli ei siinä mitään säätämisiä tarvitse kunhan akkulaturin maksimivirta ei vain ylity. Kannattaa kuitenkin etukäteen laskea missä rajoissa virran pitäisi olla ja katsoa sitten anodisoitaessa mitä laturin virtamittari näyttää. Sitten päättää mahdolliset säätötoimenpiteet. Virransyöttö pitää aina aloittaa laturin pienimmästä asennosta sillä virta nousee ensimmäisinä sekunteina hyvinkin korkeaksi. Vasta noin viiden minuutin kuluttua virran kytkemisestä virta on pudonnut lopulliseen tasoonsa.
Esimerkiksi jos anodisoidaan 15cm * 15cm alumiinilevy, saadaan pinta-alaksi 2*15*15cm^2 = 450cm^2. Tällöin Virran tulisi olla minimissään 4,5mA * 450 = 2025mA = ~2,0A ja maksimissaan 13mA * 450 = 5850mA =5,9A. Eli 2,0A ... 5,9A. Kun virta on ollut kytkettynä 5 minuuttia laturin virtamittari sanoo, että virta on noin 4A. Se on hyvä sillä se sijoittuu 2,0A ja 5,9A välille, mutta kuinka kauan tulisi anodisoida? Ajaksi saadaan laskettua 450 * 0,775A*min = 349A*min. Kun tämä vielä jaetaan laturin näyttämällä virralla (4A) saadaan: 349min / 4 = 87min. Eli parametreiksi tulisi 4 ampeeria ja 87 minuuttia.
Kun aika on kulunut kannattaa kappale nosta pois haposta ja upottaa kylmään veteen jolloin rikkihapot samalla huuhtoutuu pois pinnasta. Ilmaan sitä ei ainakaan tule jättää moneksi minuutiksi, jos se on tarkoitus vielä värjätä.
Värjäys
Kappale on värjättävä niin pian kuin mahdollista anodisoinnin (ja vedessähuuhtelun) jälkeen etteivät huokoset pääse sulkeutumaan. Tässä vaiheessa pitää erityisesti välttää tahrimasta osaa, eli roikuta sitä vain niistä johteista joilla se anodisointiastiassakin roikkui. Koska nyt puhun värjäämisestä kangasväreillä, on tätä ennen, eli anodisoinnin aikana väriaine pitänyt lämmittää kuumaksi(siten että sormea polttaa, ei ihan kiehuvaksi kuitenkaan varmuuden vuoksi). Kun osa on upotettu kuumaan väriaineeseen tulee sitä pitää siellä niin kauan kunnes se on saavuttanut halutun tummuusasteen. Mikäli väri ei näytä tarttuvan kovin nopeasti niin pari tippaa fairya väriaineliuoksessa nopeuttaa värjäystä melkolailla. Tämän jälkeen tulee osaa kiehuttaa puhtaassa vedessä. Jos taas puhdasta väriä(musta,punainen jne.) hakee voi samantien vain kiehuttaa osaa väriaineessa kunnes pinta on tiivistynyt. Kuinka kauan? Ainakin tunti, niin voi olla varma. Pari tuntia keitin vanteita väriäineessa varmuuden vuoksi (ja koska en saanut väriainetta ihan kiehuvaksi asti). Mustan värin saa aikaiseksi myös harmaalla värillä. Vanteiden anodisointiin käytin 4kpl harmaata(musta oli loppu) Dylon-kuumaväriä noin 20 litraan vettä, eli ainakaan mustaa tavoiteltaessa väriaineen määrässä ei tarvitse liioitella.
Huomioita
Lasikuulapuhallus ei ole oikea vaihtoehto pinnan puhdistamiseen. Se jotenkin muokkaa pintaa siten, että lasikuulapuhallettu kohta muuttuu harmaaksi anodisoinnin aikana.
Hyödyllisiä linkkejä
Tekstin kirjoitti alunperin foorumille KaTooM
