Anodizare

Carabinere din aluminiu anodizat.

Anodizarea (denumită și oxidare anodică ) este un proces electrochimic prin care se formează un strat protector de oxid pe suprafața metalului de tratat.

Procesul se numește anodizare, deoarece piesele care trebuie tratate sunt conectate la polul pozitiv al unei celule electrolitice , numit anod. Procesul are loc prin imersie într-o soluție numită electrolit și curentul catodic este aplicat unui material conductor, numit catod, cufundat în această soluție.

Anodizarea se efectuează pentru a crește caracteristicile suprafeței, atât tehnice, cât și estetice.

Tratamentele de anodizare sunt utilizate în principal pentru a proteja aliajele de aluminiu , dar există și procese care se aplică la titan , magneziu și zinc .

Anodizarea aluminiului

Aluminiul este un metal care se oxidează ușor, chiar și în medii nu deosebit de agresive. Prin urmare, are nevoie de o protecție care să îi inhibe oxidarea și coroziunea. Anodizarea este principalul tratament de protecție al aluminiului, care îi conferă, de asemenea, un aspect estetic excelent, datorită posibilității de a fi colorat cu pigmenți care pătrund în strat.

Anodizarea aluminiului formează un strat superficial foarte dur și compact de oxid de aluminiu, care mărește caracteristicile suprafeței de rezistență la coroziune , rezistență la uzură , duritate și izolație dielectrică.

Primul proces de anodizare a aluminiului a fost dezvoltat în 1923 de către Bengough și Stuart și a folosit acidul crom ca electrolit.

Cel mai utilizat proces industrial este cel cu acid sulfuric , introdus în 1927 de Gower și O'Brien.

Pot fi identificate două tipuri de oxidare anodică în acid sulfuric care diferă prin caracteristicile lor și procesul de producție:

anodizare naturală sau decorativă , cu grosimi cuprinse între 5µm și 20µm, utilizată pentru a proteja piesele de coroziune în medii neagresive și pentru a crește rezistența la zgârieturi și uzură. Se pretează să fie ușor colorat cu pigmenți care pătrund în porii învelișului.
anodizarea dură , cu grosimi cuprinse între 30µm și 50µm, mărește caracteristicile rezistenței la coroziune, rezistență la uzură, duritate și izolație dielectrică.

Principalele standarde naționale și internaționale care reglementează procesele și acoperirile de anodizare sunt: ISO 7599, ISO 10074, UNI 10681, UNI 7796, MIL-A-8625, ISO 7583.

Grosime

Creșterea stratului de oxid de aluminiu este proporțională cu curentul aplicat și cu timpul de tratament și, prin urmare, este posibil să se efectueze acoperirea cu grosimi calibrate.

Standardul ISO 7599 referitor la anodizarea decorativă identifică 5 grosimi tipice ale anodizării: 5µm, 10µm, 15µm, 20µm, 25µm. Odată cu creșterea grosimii crește proporțional

Anodizarea dură are de obicei o grosime de 30-50 µm, așa cum este identificată de standardele ISO 10074 și MIL-A-8625. Conform nevoilor specifice, este posibil să se efectueze o anodizare tare la grosimi mai mici de 30µm, mai ales atunci când există toleranțe strânse.

Unele aliaje nu reușesc să atingă grosimi mari, cum ar fi aliajele din seria 2000 care conțin mult cupru sau aliaje cu un conținut ridicat de siliciu ^[1] .

Pre-tratamente

Pentru a obține o anodizare corectă este necesar ca suprafața piesei de tratat să fie complet curată și lipsită de impurități. Apoi se efectuează tratamente preliminare de anodizare pentru a degresa, curăța și activa suprafața.

Unele dintre cele mai utilizate pretratamente sunt:

degresare : necesară pentru îndepărtarea murdăriei, impurităților și uleiurilor.
decapare alcalină: soluție de hidroxid de sodiu care dizolvă superficial aluminiul, curățând și activând suprafața. De asemenea, realizează un finisaj satinat care ascunde imperfecțiunile, cum ar fi liniile de extrudare.
decapare acidă: curăță suprafața prin dizolvarea oxizilor și a unor elemente prezente în aliajele de aluminiu, cum ar fi cuprul și zincul.

Structura coloană a oxidului de aluminiu

Proces de anodizare

Procesul de anodizare în acid sulfuric are loc prin imersiune într-o soluție de aproximativ 20% acid sulfuric.

Curentul anodic se aplică piesei de tratat, în timp ce curentul catodic se aplică catodului care este de obicei din aluminiu sau plumb.

Prin aplicarea curentului pe celula electrolitică, ionii de oxigen sunt eliberați pe suprafața anodului, care se combină cu atomii de aluminiu, formând oxid de aluminiu.

Soluția de tratament trebuie menținută la o temperatură constantă de aproximativ 20 ° C pentru anodizarea naturală și aproximativ 0 ° C pentru anodizarea tare, prin utilizarea sistemelor de răcire.

Structura stratului de oxid de aluminiu este formată din coloane microscopice de formă hexagonală dispuse într-un fagure, cu o gaură centrală numită por. Porii au o dimensiune de aproximativ 50-100nm cu anodizare naturală și aproximativ 20-40nm cu anodizare tare.

Post-tratamente

Porozitățile stratului de oxid au caracteristica de a putea încorpora unele substanțe, ale căror molecule sunt mai mici decât diametrul porului.

Colorare

Stratul poros se pretează ușor să fie colorat prin intermediul unor pigmenți speciali care pătrund în por. Anodizarea decorativă, cu grosime redusă și pori mari, se pretează ușor să fie colorată cu o varietate de culori. Anodizarea tare, cu grosimi mai mari și pori mai mici, își asumă o culoare gri închisă deja după anodizare și, prin urmare, cea mai utilizată culoare este negru, care permite standardizarea diferențelor de culoare ale diferitelor aliaje.

Fixare

Porozitățile stratului anodic sunt primii factori declanșatori de coroziune. Pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune, se efectuează un proces numit fixare care poate fi diferențiat în:

Fixare la cald: tratament efectuat prin imersie în apă cu o temperatură de aproximativ 95 ° C care permite hidratarea oxidului de aluminiu și închiderea porilor la suprafață.

Fixare la rece: prin imersie într-o soluție de fluorură de nichel la temperatura camerei, moleculele de fluorură de nichel pătrund în interiorul porilor care îmbunătățesc rezistența la coroziune a stratului anodic. Ca etapă finală, se recomandă efectuarea unei fixări la cald cu o temperatură de cel puțin 60 ° C.

Compușii de nichel sunt considerați cancerigeni, iar nichelul este un alergen; din acest motiv este foarte des preferată fixarea la cald. Nu este posibil să se utilizeze fixarea la rece pe piesele destinate sectorului alimentar.

PTFE

După anodizare, o acoperire pe bază de PTFE poate fi aplicată prin imersiune într-o soluție de PTFE sau prin pulverizare. Grosimea acestei acoperiri este egală cu câțiva microni și conferă netezime și putere de detașare. Particulele de PTFE nu pătrund în acoperire deoarece sunt mai mari decât porozitățile stratului de oxid.