El anodizado del aluminio consiste en sumergir piezas de aluminio o de su aleación en un electrolito adecuado, donde el aluminio actúa como ánodo y otro material metálico como cátodo. Al aplicar una corriente eléctrica, se forma una película de óxido en la superficie del aluminio.
Mediante la selección de diferentes tipos y concentraciones de electrolitos y el control de las condiciones del proceso durante la oxidación, se pueden obtener películas de óxido anodizado con propiedades y espesores variables, desde decenas hasta cientos de micrómetros. Estas películas presentan una resistencia a la corrosión y al desgaste, así como cualidades decorativas significativamente superiores a las de las películas de óxido químicas.
El electrolito utilizado para el anodizado del aluminio y sus aleaciones es una solución ácida con una capacidad de disolución moderada. Durante el proceso de anodizado, se producen dos reacciones simultáneas. Por un lado, la pieza de aluminio, que actúa como ánodo, reacciona con los átomos de oxígeno generados por la hidrólisis del agua para formar una película de óxido (Al).2O3) mediante una reacción electroquímica, como se muestra a continuación:
H2O – 2e – → [O] + 2H+
2Al + 3[O] → Al2O3
Por otro lado, el electrolito disuelve continuamente el Al recién formado.2O3 película, con la reacción:
Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O
El crecimiento de la película de óxido es un proceso dinámico de formación y disolución continuas. Se obtiene una película de óxido más gruesa solo cuando la velocidad de formación supera la de disolución. La superficie de la película de óxido anodizado sobre aluminio y sus aleaciones se caracteriza por una estructura porosa, similar a un panal, con una composición de dos capas. La capa interna, adyacente al sustrato, es una capa densa de Al.2O3 Película con un espesor de 0.01–0.05 μm, comúnmente denominada capa barrera, que presenta una alta dureza. La capa exterior es una película de óxido porosa compuesta de Al2O3 con agua cristalina, que es menos dura pero tiene excelentes propiedades de adsorción.
Propiedades de las películas anodizadas de aluminio
Los microporos de una película de óxido anodizado poroso se disponen regularmente, perpendicularmente a la superficie del metal, formando una estructura tubular. Por ejemplo, en una película de óxido anodizado con ácido sulfúrico de 10 μm de espesor, el diámetro de los poros suele ser inferior a 20 nm, lo que implica que su longitud es más de 500 veces mayor que su diámetro. Estos poros se asemejan a tubos rectos y alargados. La densidad de poros puede alcanzar hasta 76 mil millones de poros por centímetro cuadrado; es decir, el número de poros en un área del tamaño de una uña equivale aproximadamente a diez veces la población mundial.
La estructura porosa y la morfología de las películas de óxido anodizado se observan normalmente de forma directa mediante microscopía electrónica de barrido de alta resolución, que revela las características de la película desde varios ángulos.
Proceso de anodizado de aluminio
El proceso típico de anodizado de aluminio y aleaciones de aluminio incluye los siguientes pasos:
Nivelación de superficies → Enrasado → Desengrasado químico → Enjuague → Neutralización → Enjuague → Grabado alcalino → Enjuague → Anodizado → Enjuague → Teñido o coloración electrolítica → Enjuague → Sellado → Pulido mecánico → Inspección
Este es un proceso estándar, pero algunos pasos específicos pueden ajustarse u omitirse según los requisitos y las necesidades específicas. método de anodizado usado.
Tabla: Parámetros clave para el anodizado con ácido sulfúrico
| Paso | Proceso | Composición de la solución | Parámetros de proceso |
| 1 | Desengrase | 2% Na3PO4 1% Na2CO3 NaOH al 0.5% | Temperatura: 45–60 ° C Tiempo: 3–5 minutos |
| 2 | Enjuague con agua caliente | Agua del grifo | Temperatura: 40–60 ° C Tiempo: Hasta que esté limpio |
| 3 | Grabado alcalino | 40–50 g/L NaOH | Temperatura: Temperatura ambiente Tiempo: 1–5 minutos |
| 4 | enjuague con agua fría | Agua del grifo | Temperatura: Temperatura ambiente Tiempo: Hasta que esté limpio |
| 5 | Neutralización | 10–30% HNO3 | Temperatura: Temperatura ambiente Tiempo: 3–8 minutos |
| 6 | Sellado | Agua pura | Temperatura: ≥ 90 °C Tiempo: > 20 min pH: 4-6 |
Mesa: Especificaciones de postratamiento para la oxidación química
| Proceso | Composición de la solución (g/L) | Parámetros de proceso | observaciones |
| Tratamiento de relleno | Dicromato de potasio: 30–50 | 90-95 ° C 5 – 10 min | Para la oxidación ácida |
| tratamiento de pasivación | Cromato de potasio: 20 | Temperatura ambiente 5–15 s | Para la oxidación alcalina |
Sellado para películas de aluminio anodizado
Debido a la estructura porosa y las fuertes propiedades de adsorción de las películas de óxido anodizado, la superficie es propensa a la contaminación, especialmente por medios corrosivos que pueden penetrar en los poros y causar corrosión. Por lo tanto, tras la formación de la película de óxido anodizado, con o sin tinte, es necesario un tratamiento de sellado para cerrar los poros, mejorando así la resistencia a la corrosión, el aislamiento y la resistencia al desgaste, a la vez que se reduce la adsorción de impurezas o aceites. Los métodos de sellado más comunes incluyen el sellado con agua caliente, vapor, dicromato, hidrólisis y relleno.
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(1) Sellado con agua caliente
El sellado con agua caliente consiste en tratar una película de óxido de anodizado recién formada en agua hirviendo o casi hirviendo durante un tiempo determinado. Esto desactiva la película, impidiendo la adsorción de tinte y estabilizando el color aplicado. El principio se basa en la hidratación del aluminio amorfo.2O3
Al2O3+ nH2O → Al2O3 · nH2O
Aquí, n Suele ser 1 o 3. Cuando Al2O3 hidratos para formar monohidrato (Al2O3 · H2O), su volumen aumenta aproximadamente un 33%. Para el trihidrato (Al2O3 · 3H2O), el volumen casi se duplica. Esta hidratación provoca el cierre de los poros a medida que aumenta el volumen de Al2O3 en la superficie y las paredes de los poros se expanden.
Proceso de sellado con agua caliente
- Temperatura del agua: 90–110 °C
- Valor de pH: 6–7.5
- Tiempo: 15–30 minutos
El agua utilizada debe ser destilada o desionizada, ya que el agua del grifo puede reducir la transparencia y el brillo de la película de óxido.
(2) Sellado con vapor a alta temperatura
El sellado con vapor a alta temperatura funciona según el mismo principio de hidratación que el sellado con agua caliente, lo que provoca el cierre de la película porosa debido a la expansión de volumen. Sus ventajas incluyen:
- Sellado más rápido y mayor eficiencia en comparación con el sellado con agua caliente.
- Menor dependencia de la calidad del agua y del pH.
- Redujo la aparición de ceniza blanca, un problema común en los selladores de agua caliente.
- Menor riesgo de lixiviación o decoloración del tinte, lo que lo hace adecuado para películas de óxido de anodizado teñidas.
La clave del sellado con vapor reside en el diseño del equipo y su hermeticidad para garantizar la temperatura y humedad requeridas. La temperatura debe superar los 100 °C, generalmente entre 115 y 120 °C, con una presión de vapor controlada entre 0.7 y 1 atm (1 atm = 10⁵ Pa). Debe evitarse la condensación en la superficie. Según la cinética química, un aumento de temperatura de 10 °C puede incrementar la velocidad de reacción en aproximadamente un 30 %. Sin embargo, un calentamiento rápido (idealmente en 5 minutos) y un buen aislamiento son fundamentales, lo que requiere equipos sofisticados. El elevado coste de construcción y funcionamiento de los sistemas de sellado con vapor limita su uso generalizado.
(3) Sellado con dicromato
El sellado con dicromato se realiza en una solución de dicromato de potasio fuertemente oxidante a temperaturas elevadas. La reacción entre el Al2O3 en las paredes de los poros y dicromato de potasio (K2Cr2O7) es como sigue:
2AL2O3 + 3K2Cr2O7 + 5H2O → 2AlOHCrO4 + 2AlOHCr2O7 +6KOH
El cromato de aluminio básico, el dicromato de aluminio básico y la alúmina hidratada resultantes sellan conjuntamente los microporos. Los detalles del proceso son los siguientes:
| Solución de sellado | Dicromato de potasio | 50–70 g/L |
| Parámetros de proceso | Temperatura | 90-95 ° C |
| Hora | 15 – 25 min | |
| valor del PH | 6-7 |
La película de óxido tratada tiene un aspecto amarillo y ofrece una excelente resistencia a la corrosión, lo que la hace adecuada para el anodizado protector pero no para películas decorativas teñidas.
(4) Sellado por hidrólisis
El sellado por hidrólisis se utiliza ampliamente en China, en particular para sellar películas de óxido teñidas, ya que supera muchos inconvenientes del sellado con agua caliente. El proceso consiste en adsorber sales de cobalto o níquel fácilmente hidrolizables en los poros de la película de óxido, donde se hidrolizan para formar precipitados de hidróxido que sellan los poros:
Ni2 + 2H2O → Ni(OH)2↓ + 2H+
Co2 + 2H2O → Co(OH)2↓ + 2H+
Los hidróxidos de níquel y cobalto resultantes, que son casi incoloros y transparentes, sellan los poros sin afectar el color original de la película, lo que hace que este método sea ideal para películas teñidas.
(5) Llenado y sellado
Además de los métodos anteriores, las películas de óxido anodizado se pueden sellar con materiales orgánicos como barniz transparente, parafina fundida, resinas o aceites secantes. Por ejemplo, el aceite de silicona mejora el aislamiento en películas de óxido anodizado duro, la grasa de silicona crea superficies libres de polvo y los ácidos grasos o las grasas de alta temperatura se pueden usar en reflectores infrarrojos para evitar pérdidas por absorción en el rango de longitud de onda de 4 a 6 μm. Se han desarrollado diversos agentes selladores orgánicos para aplicaciones específicas.
