¿Te has preguntado alguna vez por qué la carcasa de aluminio del smartphone que tienes en la mano presenta una textura tan mate y delicada, además de ser muy resistente a los arañazos? La respuesta reside en uno de los métodos de acabado superficial más utilizados: el anodizado. Este artículo explica qué es, sus tipos y procesos.
¿Qué es el anodizado?
El anodizado es un proceso universal. acabado de la superficie Método para piezas de aluminio. Este proceso consiste en colocar un producto de aluminio o aleación de aluminio como ánodo en una solución electrolítica, donde una reacción electroquímica forma una capa de óxido de aluminio en su superficie. La película anódica resultante puede tener un espesor de entre decenas y cientos de micrómetros y presenta excelentes propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión, al desgaste y a la intemperie. Además, la película tiene una gran capacidad de adsorción, lo que permite realizar procesos adicionales como la coloración electrolítica. Ajustando el tiempo de coloración, se puede obtener una amplia gama de tonalidades, desde claras hasta oscuras, logrando un acabado estético y decorativo.
Características del anodizado
Porosidad: La película anódica presenta una estructura porosa similar a un panal. La porosidad está determinada por el tipo de electrolito y las condiciones específicas de anodizado. Esta estructura porosa le confiere a la película una excelente capacidad de absorción de diversos materiales orgánicos, resinas, ceras, sustancias inorgánicas, tintes y pinturas. Puede servir como una capa base resistente para recubrimientos o teñirse en una variedad de colores para realzar el atractivo decorativo del metal.
Resistencia al Desgaste: La película de óxido de aluminio es dura, lo que mejora la resistencia al desgaste de la superficie del metal. Cuando la película absorbe lubricantes, su resistencia al desgaste aumenta aún más.
Resistencia a la corrosión: La película de óxido de aluminio es muy estable en la atmósfera, lo que le confiere una excelente resistencia a la corrosión. El nivel de resistencia depende del espesor, la composición, la porosidad, la composición del material base y la integridad de su estructura. Para mejorar aún más su resistencia a la corrosión, la película anódica se suele sellar o pintar después del tratamiento.
Aislamiento electrico: La película anódica tiene una alta resistencia de aislamiento y una alta tensión de ruptura, lo que la hace adecuada para su uso como capa dieléctrica en condensadores electrolíticos o como capa aislante en productos eléctricos.
Aislamiento térmico: La película de óxido de aluminio es un aislante térmico eficaz con una estabilidad de hasta 1500 °C. Esto permite evitar que el aluminio se funda en piezas que funcionan a temperaturas elevadas momentáneas.
Adhesión: La unión entre la película anódica y el metal base es muy fuerte. Resulta muy difícil separarlos por medios mecánicos. Incluso si la película se agrieta al doblarse el metal base, mantendrá su excelente unión.
Mecanismo de anodizado
Anodizado de aluminio Se utiliza una solución ácida con una capacidad de disolución moderada. El plomo actúa como cátodo y solo como conductor. Durante el proceso de anodizado, se producen las siguientes reacciones:
En el ánodo:
En el cátodo:
Simultáneamente, el ácido disuelve químicamente el aluminio y la película de óxido recién formada. La reacción es la siguiente:
La formación y disolución de la película de óxido ocurren simultáneamente. En la etapa inicial, la velocidad de formación es mayor que la de disolución, lo que provoca un aumento continuo del espesor de la película. A medida que aumenta el espesor, también lo hace su resistencia eléctrica, lo que ralentiza el crecimiento de la película. Finalmente, la velocidad de crecimiento se iguala a la de disolución y el espesor de la película se estabiliza.
El proceso de formación puede comprenderse mejor examinando la curva voltaje-tiempo del proceso de anodizado.
La curva completa de voltaje-tiempo para el anodizado se puede dividir en tres etapas principales:
Etapa A: Formación de una capa no porosa. Este es el ab Segmento de la curva. En los primeros segundos o decenas de segundos tras la aplicación de la corriente, el voltaje aumenta bruscamente desde cero hasta un valor máximo, conocido como voltaje crítico. Esto indica la formación de una película delgada, continua y no porosa sobre la superficie del ánodo. La presencia de esta película impide un mayor engrosamiento de la capa. El espesor de esta capa no porosa es directamente proporcional al voltaje de formación e inversamente proporcional a la velocidad de disolución de la película en el electrolito.
Etapa B: Formación de la capa porosa. Esto es la bc En este segmento, tras alcanzar su valor máximo, el voltaje comienza a descender entre un 10 % y un 15 % de su valor pico. Esto indica que la película no porosa ha comenzado a disolverse y se está formando una capa porosa.
Etapa C: Engrosamiento de la capa porosa. Esto es el cd Tras unos 20 segundos de anodizado, el voltaje entra en una fase estable de lento aumento. Esto indica que, a medida que la capa no porosa se disuelve para formar la capa porosa, simultáneamente crece una nueva capa no porosa. En otras palabras, la capa porosa se engrosa continuamente. El proceso de formación y disolución de la película ocurre en el fondo de cada celda porosa. Cuando las velocidades de formación y disolución de la película alcanzan un equilibrio dinámico, el espesor de la película anódica deja de aumentar, incluso si se prolonga el tiempo de anodizado. En este punto, se debe detener el proceso de anodizado.
Tipos y procesos de anodizado
Existen muchos métodos para anodizar el aluminio y sus aleaciones. Aquí nos centraremos en los más comunes: el anodizado con ácido sulfúrico, ácido crómico y ácido oxálico. Otros métodos incluyen anodizado duro y anodizado de porcelana.
Anodizado con ácido sulfúrico
Este proceso utiliza corriente continua o alterna en un electrolito de ácido sulfúrico diluido. Produce una película de óxido incolora y transparente de entre 5 y 20 μm de espesor con buenas propiedades de adsorción. El proceso es sencillo, la solución es estable y su manejo es fácil.
| Composición de la solución | Método de corriente continua (Fórmula 1) | Método de corriente continua (Fórmula 2) | Método de corriente alterna |
| Ácido sulfúrico (g/L) | 150-200 | 160 170 ~ | 100 150 ~ |
| Iones de aluminio | <20 | <15 | <25 |
| Temperatura (° C) | 15 25 ~ | 0-3 | 15 25 ~ |
| Densidad de corriente del ánodo (A/) | 0.8 1.5 ~ | 0.4 0.6 ~ | 2 4 ~ |
| Voltaje (V) | 18 25 ~ | 16 20 ~ | 18 30 ~ |
| Tiempo de anodizado (min) | 20 40 ~ | 60 | 20 40 ~ |
Concentración de ácido sulfúrico: Una alta concentración de ácido sulfúrico aumenta la velocidad de disolución química de la película, lo que da como resultado una película delgada, suave y porosa con una fuerte adsorción y buenas propiedades de teñido. Una menor concentración conlleva una mayor velocidad de crecimiento de la película, menor porosidad, mayor dureza y mejor resistencia al desgaste y reflectividad.
Temperatura: La temperatura del electrolito influye en la calidad de la película de óxido. Entre 10 °C y 20 °C, la película es porosa, altamente absorbente y elástica, lo que la hace adecuada para el teñido, pero su dureza y resistencia al desgaste son menores. Si la temperatura supera los 26 °C, la película se vuelve suelta y blanda. Por debajo de 10 °C, la película es más gruesa y dura, con mayor resistencia al desgaste, pero su porosidad es menor. Por lo tanto, es fundamental controlar la temperatura del electrolito durante la producción.
Densidad actual: El aumento de la densidad de corriente acelera el crecimiento de la película, reduce el tiempo de anodizado y disminuye la disolución química, lo que resulta en una película más dura y resistente al desgaste. Sin embargo, si la densidad de corriente es demasiado alta, el efecto Joule puede incrementar la disolución de la película, lo que ralentiza su crecimiento. Si la densidad de corriente es demasiado baja, el tiempo de anodizado será muy prolongado y la película resultante será porosa y tendrá menor dureza.
Hora: El tiempo de anodizado está determinado por la concentración del electrolito, la temperatura, la densidad de corriente y el espesor de película deseado. En las mismas condiciones, a medida que aumenta el tiempo, la película de óxido se engrosa y su porosidad aumenta. Sin embargo, tras alcanzar cierto espesor, la velocidad de crecimiento disminuye y finalmente se detiene.
Agitación: La agitación favorece la convección de la solución, lo que garantiza una temperatura uniforme y evita el sobrecalentamiento localizado que podría degradar la calidad de la película de óxido. La agitación se realiza con compresores de aire o bombas de agua.
Composición de la aleación: La composición de la aleación de aluminio influye en la calidad, el espesor y el color de la película. Generalmente, otros elementos presentes en la aleación pueden disminuir la calidad de la película. En las aleaciones de Al-Mg con más del 5 % de magnesio y una estructura no uniforme, es necesario un tratamiento térmico adecuado para homogeneizar la aleación; de lo contrario, la transparencia de la película se verá afectada. En las aleaciones de Al-Mg-Si, a medida que aumenta el contenido de silicio, el color de la película cambia de incoloro y transparente a gris, púrpura y, finalmente, negro, lo que dificulta obtener un color uniforme. En las aleaciones de Al-Cu-Mg-Mn, el cobre disminuye la dureza de la película, aumenta la porosidad y da como resultado una película más suelta y de menor calidad. Bajo las mismas condiciones de anodizado, el aluminio puro produce la película más gruesa, dura y resistente a la corrosión.
Anodizado con ácido crómico
La película de óxido producida por el anodizado con ácido crómico tiene un espesor de 2 a 5 μm. Presenta baja porosidad y es blanda, con escasa resistencia al desgaste. Debido a la mínima disolución de aluminio, las piezas conservan su precisión y rugosidad superficial originales tras la formación de la película. Por lo tanto, este proceso es idóneo para piezas de precisión.
| Composición de la solución | Fórmula 1 | Fórmula 2 | Fórmula 3 |
| Anhídrido crómico (g/L) | 50 60 ~ | 30 40 ~ | 95 100 ~ |
| Temperatura (° C) | 33 37 ~ | 38 42 ~ | 35 39 ~ |
| Densidad de corriente del ánodo (A/) | 1.5 2.5 ~ | 0.2 0.6 ~ | 0.3 2.5 ~ |
| Voltaje (V) | 0 40 ~ | 0 40 ~ | 0 40 ~ |
| Tiempo de anodizado (min) | 60 | 60 | 35 |
| Material del ánodo | Placa de plomo o grafito | Placa de plomo o grafito | Placa de plomo o grafito |
Concentración de anhídrido crómico: Un contenido de anhídrido crómico, ya sea alto o bajo, reduce la capacidad de anodizado, aunque una concentración alta es aceptable. Los electrolitos con muy poco anhídrido crómico son inestables, lo que puede provocar una disminución en la calidad de la película.
Impurezas Los iones cloruro, sulfato y cromo trivalente son impurezas perjudiciales en el electrolito de anodizado con ácido crómico. Los iones cloruro pueden provocar corrosión de las piezas; un aumento en la concentración de iones sulfato hará que la película de óxido pase de transparente a opaca y reducirá la vida útil del baño; y un exceso de iones de cromo trivalente dará como resultado una película oscura y opaca.
Voltaje: Durante los primeros 15 minutos del proceso de anodizado, el voltaje debe incrementarse gradualmente de 0 V a 40 V, en incrementos no superiores a 5 V, para mantener la corriente dentro del rango especificado. Una vez que el voltaje del baño alcance los 40 V, deberá mantenerse durante el resto del proceso de anodizado.
Anodizado con ácido oxálico
El ácido oxálico es un ácido débil con mínimos efectos corrosivos sobre el aluminio y sus aleaciones. Por lo tanto, el anodizado con ácido oxálico produce una película más dura y gruesa (hasta 60 μm) con buena resistencia a la corrosión y excelente aislamiento eléctrico. Dependiendo de los elementos de la aleación y su concentración, la película puede presentar una variedad de colores vibrantes. El electrolito de ácido oxálico es muy sensible a los iones cloruro. Si su concentración supera los 0.04 g/L, pueden aparecer manchas de corrosión en la película. La concentración de iones de aluminio trivalente tampoco debe superar los 3 g/L.
| Composición de la solución (g/L) | Fórmula 1 | Fórmula 2 | Fórmula 3 |
| Ácido oxálico | 27 33 ~ | 50-100 | 50 |
| Temperatura (° C) | 15 21 ~ | 35 | 35 |
| Densidad de corriente del ánodo (A/) | 1 2 ~ | 2-3 | 1-2 |
| Voltaje (V) | 110 120 ~ | 40 60 ~ | 30 35 ~ |
| Tiempo de anodizado (min) | 120 | 30 60 ~ | 30 60 ~ |
| Fuente de alimentación | DC | AC | DC |
Coloración y sellado
Tras el anodizado, el aluminio y sus aleaciones presentan una película de óxido porosa en su superficie. Mediante tratamientos de coloración y sellado, las piezas pueden adquirir diversos colores, mejorando además la resistencia a la corrosión y la durabilidad de la película.
Coloración con pigmentos inorgánicos
El mecanismo de coloración con pigmentos inorgánicos se basa en la adsorción física, donde las moléculas del pigmento se adsorben y llenan los poros de la película. Este método produce colores menos vibrantes y una unión más débil con el sustrato, pero ofrece mayor resistencia a la luz. Los tintes empleados en este método requieren un proceso de dos pasos. El metal anodizado se sumerge alternativamente en dos soluciones diferentes hasta que la reacción entre las dos sales dentro de la película de óxido produce suficiente pigmento para lograr el tono deseado.
| Color | Composición | Concentración de masa (g/L) | Temperatura (° C) | Tiempo (min) | Sal coloreada formada |
| Rojo | Acetato de cobalto | 50 o 100 | Temperatura ambiente. | 5 o 10 | Ferricianuro de potasio |
| Ferricianuro de potasio | 10 o 50 | Temperatura ambiente. | 5 o 10 | Ferricianuro de potasio | |
| Azul | Ferrocianuro de potasio | 10 o 50 | Temperatura ambiente. | 5 o 10 | Azul de Prusia |
| cloruro férrico | 10 o 100 | Temperatura ambiente. | 5 o 10 | Azul de Prusia | |
| Amarillo | Cromato de potasio | 50 o 100 | Temperatura ambiente. | 5 o 10 | cromato de plomo |
| Cromato de potasio Acetato de plomo | 100 o 200 | Temperatura ambiente. | 5 o 10 | cromato de plomo | |
| Negro | Acetato de cobalto | 50 o 100 | 5 o 10 | Óxido de cobalto | |
| Permanganato de potasio | 12 o 25 | Temperatura ambiente. | 5 o 10 | Óxido de cobalto |
Colorante con tintes orgánicos
El mecanismo de coloración con tintes orgánicos es más complejo y se considera que involucra tanto adsorción física como reacciones químicas. El enlace químico entre el óxido de aluminio y las moléculas del tinte puede ocurrir de varias maneras: enlaces covalentes entre el óxido y los grupos sulfónicos del tinte, enlaces de hidrógeno entre el óxido y los grupos fenólicos del tinte, o la formación de un complejo entre el óxido y las moléculas del tinte. La coloración con tintes orgánicos produce colores vibrantes y ofrece una amplia gama de tonalidades, pero tiene poca resistencia a la luz. Se recomienda usar agua destilada o desionizada para preparar la solución del tinte, ya que el agua del grifo contiene iones de calcio y magnesio que pueden formar complejos con las moléculas del tinte, inutilizando la solución.
| Color | Nombre del tinte | Concentración de masa (g/L) | Temperatura (° C) | Tiempo (min) | valor del PH |
| Rojo | Rodamina B (R) | 5 10 ~ | 60 70 ~ | 10 20 ~ | / |
| Magenta ácido (GR) | 6 8 ~ | Temperatura ambiente. | 2 15 ~ | 4.5 5.5 ~ | |
| Rojo reactivo | 2 5 ~ | 70 80 ~ | / | / | |
| Rojo de alizarina S (GLW) | 3 5 ~ | Temperatura ambiente. | 5 10 ~ | 5 6 ~ | |
| Azul | Azul rápido directo | 3 5 ~ | 15 30 ~ | 15 20 ~ | 4.5 5.5 ~ |
| Azul reactivo | 5 | Temperatura ambiente. | 1 5 ~ | 4.5 5.5 ~ | |
| Azul ácido | 2 5 ~ | 60 70 ~ | 2 15 ~ | 4.5 5.5 ~ | |
| Amarillo dorado | Rodamina S (S) | 0.3 | 70 80 ~ | 1 3 ~ | 5 6 ~ |
| Rodamina B (R) | 0.5 | / | / | / | |
| Amarillo reactivo | 0.5 | 70 80 ~ | 5 15 ~ | / | |
| Amarillo de alizarina (GLW) | 2.5 | Temperatura ambiente. | 2 5 ~ | 5 5.5 ~ | |
| Negro | Negro ácido (ATT) | 10 | Temperatura ambiente. | 3 10 ~ | 4.5 5.5 ~ |
| Elemento ácido | 10 12 ~ | 60 70 ~ | 10 15 ~ | ||
| Verde naftol negro | 5 10 ~ | 60 70 ~ | 15 30 ~ | 5 5.5 ~ |
Coloración electrolítica
En este proceso, el aluminio o aleación anodizada se introduce en una solución electrolítica con sales metálicas y se somete a electrólisis. Una reacción electroquímica reduce los iones de metales pesados que han penetrado en los poros de la película de óxido a átomos metálicos, los cuales se depositan en el fondo de los poros sobre la capa no porosa, confiriendo así su color. La película de óxido coloreada obtenida mediante este método presenta una excelente resistencia al desgaste, a la luz, al calor y a la corrosión, además de una gran estabilidad cromática. Se utiliza en perfiles arquitectónicos de aluminio. Cuanto mayor sea el voltaje y la duración del proceso de coloración electrolítica, más intenso será el color.
| Color | Nombre del tinte | Concentración de masa (g/L) | Temperatura (° C) | Voltaje CA (V) | Tiempo (min) |
| Rojo | Nitrato de plata | 0.4-10 | Temperatura ambiente. | 8 o 20 | 0.5 o 1.5 |
| Ácido Sulfúrico | 5 o 30 | Temperatura ambiente. | 8 o 20 | 0.5 o 1.5 | |
| Bronce →Marrón →Negro | Sulfatos de níquel | 25 | 20 | 7 o 15 | 2 o 15 |
| Ácido bórico | 25 | 20 | 7 o 15 | 2 o 15 | |
| Sulfato de amonio | 15 | 20 | 7 o 15 | 2 o 15 | |
| Sulfato de magnesio | 20 | 20 | 7 o 15 | 2 o 15 | |
| Bronce →Marrón →Negro | Sulfato de estaño(II) | 20 | 15 o 25 | 13 o 20 | 5 o 20 |
| Ácido Sulfúrico | 10 | 15 o 25 | 13 o 20 | 5 o 20 | |
| Ácido bórico | 10 | 15 o 25 | 13 o 20 | 5 o 20 | |
| Lila →Marrón rojizo | Sulfato de cobre | 35 | 20 | 10 | 5 o 20 |
| Sulfato de magnesio | 20 | 20 | 10 | 5 o 20 | |
| Ácido Sulfúrico | 5 | 20 | 10 | 5 o 20 | |
| Negro | Sulfato de cobre | 25 | 20 | 17 | 13 |
| Sulfato de magnesio | 15 | 20 | 17 | 13 | |
| Ácido Sulfúrico | 25 | 20 | 17 | 13 |
Tratamiento de sellado
Tras el anodizado, con o sin color, el aluminio debe sellarse inmediatamente. El sellado fija el tinte en los poros para evitar que se filtre, mejorando además la resistencia al desgaste, a la luz, a la corrosión y el aislamiento de la película. Entre los métodos de sellado se incluyen el sellado con agua caliente, con vapor, con dicromato, por hidrólisis y mediante relleno.
Sellado con agua caliente
El principio del sellado con agua caliente se basa en la hidratación de materiales amorfos:
Aquí, n Puede ser 1 o 3. La hidratación forma boehmita (H₂O) y, cuando se produce, hidrargilita (H₃O₂). La formación de hidrargilita aumenta su volumen en casi un 100 %. Como resultado de la hidratación en la superficie y las paredes de los poros de la película de óxido, estos se sellan debido a la expansión de volumen. El proceso de sellado con agua caliente requiere una temperatura de 90 °C a 100 °C, un pH de 6 a 7.5 y una duración de 15 a 30 minutos. El agua utilizada para el sellado debe ser destilada o desionizada, no agua del grifo, ya que esta última puede reducir la transparencia y el color de la película de óxido. El principio del sellado con vapor es el mismo que el del sellado con agua caliente, pero los resultados son mucho mejores, aunque el costo es mayor.
Sellado con dicromato
Este método se lleva a cabo en una solución caliente de dicromato de potasio, un agente oxidante fuerte. Al sumergir la pieza de aluminio anodizado en la solución, el óxido de aluminio presente en la película y las paredes de los poros reacciona con el dicromato de potasio, de la siguiente manera:
Los precipitados resultantes de hidróxido de cromato de aluminio e hidróxido de dicromato de aluminio, junto con la boehmita y la hidrargilita formadas por la reacción de las moléculas de agua caliente con el óxido de aluminio, sellan los poros de la película. La película de óxido sellada es amarilla y presenta buena resistencia a la corrosión. Este método es adecuado para sellar aleaciones de aluminio anodizado destinadas a la protección, pero no es adecuado para sellar películas decorativas de color.
| Dicromato de potasio | 50-70 g / L |
| Temperatura | 90°C～95°C |
| Hora | 15 ～ 25 min |
| valor del PH | 6-7 |
Sellado por hidrólisis
Cuando una solución muy diluida de sal de níquel o cobalto es adsorbida por la película de óxido, se produce una reacción de hidrólisis:
El hidróxido de níquel o cobalto resultante precipita en los poros de la película de óxido, sellándolos. Dado que las pequeñas cantidades de hidróxido de níquel y cobalto son prácticamente incoloras, este método es adecuado para sellar películas de óxido coloreadas.
| Composición de la solución (g/L) | Fórmula 1 | Fórmula 2 | Fórmula 3 |
| Sulfatos de níquel | 4 6 ~ | 3-5 | / |
| Sulfato de cobalto | 0.5 ～ 0.8 | / | / |
| Acetato de cobalto | / | / | 1 2 ~ |
| Acetato de sodio | 4 6 ~ | 3 5 ~ | 3 4 ~ |
| Ácido bórico | 4 5 ~ | 3 4 ~ | 5 6 ~ |
| valor del PH | 4 6 ~ | 5 6 ~ | 4.5 5.5 ~ |
| Temperatura (° C) | 80 85 ~ | 70 80 ~ | 80 90 ~ |
| Tiempo de sellado (min) | 10 20 ~ | 10 15 ~ | 10 25 ~ |
Llenado Sellado
Además de los métodos mencionados anteriormente, las películas de óxido anódico también se pueden sellar utilizando sustancias orgánicas como laca transparente, cera de parafina fundida, diversas resinas y aceites secantes.
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