A anodização do alumínio consiste em colocar peças de alumínio ou de sua liga em um eletrólito adequado, com o alumínio atuando como ânodo e outro material metálico como cátodo. Sob a aplicação de uma corrente elétrica, forma-se uma película de óxido na superfície do alumínio.
Ao selecionar diferentes tipos e concentrações de eletrólitos e controlar as condições do processo durante a oxidação, é possível obter filmes de óxido anodizado com propriedades e espessuras variáveis, que vão de dezenas a centenas de micrômetros. Esses filmes apresentam resistência à corrosão, resistência ao desgaste e qualidades decorativas significativamente superiores em comparação com filmes de óxido químico.
O eletrólito utilizado na anodização do alumínio e suas ligas é uma solução ácida com capacidade de dissolução moderada. Durante o processo de anodização, ocorrem duas reações simultâneas. Por um lado, a peça de alumínio, atuando como ânodo, reage com os átomos de oxigênio gerados pela hidrólise da água para formar uma película de óxido (Al).2O3) através de uma reação eletroquímica, como mostrado abaixo:
H2O – 2e - → [O] + 2H+
2Al + 3[O] → Al2O3
Por outro lado, o eletrólito dissolve continuamente o Al recém-formado.2O3 filme, com a reação:
Al2O3 + 6H+ → 2Al3+ + 3H2O
O crescimento da película de óxido é um processo dinâmico de formação e dissolução contínuas. Uma película de óxido mais espessa é obtida somente quando a taxa de formação excede a taxa de dissolução. Uma estrutura porosa, semelhante a um favo de mel, com composição de duas camadas, caracteriza a superfície da película de óxido obtida por anodização em alumínio e suas ligas. A camada interna, adjacente ao substrato, é de alumínio denso.2O3 Filme com espessura de 0.01–0.05 μm, comumente denominado camada de barreira, que apresenta alta dureza. A camada externa é um filme de óxido poroso composto de Al.2O3 Com água cristalina, que é menos dura, mas possui excelentes propriedades de adsorção.
Propriedades de Filmes Anodizados de Alumínio
Os microporos em uma película de óxido porosa obtida por anodização são dispostos regularmente, perpendicularmente à superfície do metal, formando uma estrutura tubular. Por exemplo, em uma película de óxido obtida por anodização com ácido sulfúrico com uma espessura de 10 μm, o diâmetro dos poros é tipicamente inferior a 20 nm, o que faz com que o comprimento dos poros seja mais de 500 vezes maior que o seu diâmetro. Esses poros assemelham-se a tubos alongados e retos. A densidade de poros pode atingir até 76 bilhões de poros por centímetro quadrado — o número de poros em uma área do tamanho da unha do polegar é cerca de dez vezes a população mundial.
A estrutura porosa e a morfologia dos filmes de óxido anodizado são normalmente observadas diretamente por meio de microscopia eletrônica de varredura de alta resolução, que revela as características do filme a partir de vários ângulos.
Processo de anodização de alumínio
O processo típico de anodização de alumínio e ligas de alumínio inclui as seguintes etapas:
Nivelamento da superfície → Enxágue → Desengraxe químico → Enxágue → Neutralização → Enxágue → Ataque alcalino → Enxágue → Anodização → Enxágue → Tingimento ou coloração eletrolítica → Enxágue → Selagem → Polimento mecânico → Inspeção
Este é um processo padrão, mas etapas específicas podem ser ajustadas ou omitidas com base nos requisitos e nas particularidades do caso. método de anodização usava.
Tabela: Parâmetros-chave para anodização com ácido sulfúrico
| Passo | Processo | Composição da Solução | Parâmetros do processo |
| 1 | Desengorduramento | 2% Na3PO4 1% Na2CO3 0.5% de NaOH | Temperatura: 45-60 ° C Tempo: 3–5 min |
| 2 | Enxágue com água quente | Água da torneira | Temperatura: 40-60 ° C Tempo: Até ficar limpo |
| 3 | Gravura alcalina | 40–50 g/L de NaOH | Temperatura: temperatura ambiente Tempo: 1–5 min |
| 4 | Enxágue com água fria | Água da torneira | Temperatura: temperatura ambiente Tempo: Até ficar limpo |
| 5 | Neutralização | 10–30% HNO3 | Temperatura: temperatura ambiente Tempo: 3–8 min |
| 6 | De vedação | Água pura | Temperatura: ≥ 90°C Tempo: > 20 min pH: 4-6 |
Mesa: Especificações de pós-tratamento para oxidação química
| Processo | Composição da solução (g/L) | Parâmetros do processo | Observações |
| Tratamento de preenchimento | Dicromato de potássio: 30–50 | 90 – 95 ° C 5 – 10 min | Para oxidação ácida |
| Tratamento de passivação | Cromato de potássio: 20 | Temperatura do quarto 5–15 s | Para oxidação alcalina |
Vedação para filmes anodizados de alumínio
Devido à estrutura porosa e às fortes propriedades de adsorção dos filmes de óxido anodizado, a superfície é propensa à contaminação, principalmente por meios corrosivos que podem penetrar nos poros e causar corrosão. Portanto, após a formação do filme de óxido anodizado, seja ele tingido ou não, é necessário um tratamento de selagem para fechar os poros, aumentando a resistência à corrosão, o isolamento e a resistência ao desgaste, além de reduzir a adsorção de impurezas ou óleos. Os métodos de selagem mais comuns incluem selagem com água quente, selagem com vapor, selagem com dicromato, selagem por hidrólise e selagem por preenchimento.
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(1) Vedação com água quente
A selagem com água quente consiste em tratar uma película de óxido de anodização recém-formada em água fervente ou quase fervente por um período específico. Isso desativa a película, impedindo a adsorção adicional de corante e estabilizando qualquer cor aplicada. O princípio se baseia na hidratação do alumínio amorfo.2O3
Al2O3+nH2O → Al2O3 · nH2O
Aqui, n é normalmente 1 ou 3. Quando Al2O3 hidrata para formar monohidrato (Al2O3 · H2O), seu volume aumenta em cerca de 33%. Para o tri-hidrato (Al2O3 3H2O), o volume quase dobra. Essa hidratação faz com que os poros se fechem à medida que o volume de Al2O3 na superfície e nas paredes dos poros se expande.
Processo de selagem com água quente
- Temperatura da água: 90–110°C
- Valor de pH: 6–7.5
- Tempo: 15–30 min
A água utilizada deve ser destilada ou desionizada, pois a água da torneira pode reduzir a transparência e o brilho da película de óxido.
(2) Vedação a vapor de alta temperatura
A selagem a vapor em alta temperatura opera com o mesmo princípio de hidratação da selagem com água quente, fazendo com que a película porosa se feche devido à expansão de volume. Suas vantagens incluem:
- Vedação mais rápida e maior eficiência em comparação com a vedação com água quente.
- Menor dependência da qualidade da água e do pH.
- Reduziu a ocorrência de cinzas brancas, um problema comum em vedações de água quente.
- Menor risco de lixiviação ou desbotamento do corante, tornando-o adequado para filmes de óxido anodizado tingidos.
A chave para a selagem a vapor reside no projeto do equipamento e na estanqueidade para garantir a temperatura e a umidade necessárias. A temperatura deve ser superior a 100 °C, tipicamente entre 115 e 120 °C, com a pressão do vapor controlada entre 0.7 e 1 atm (1 atm = 10⁵ Pa). A condensação na superfície deve ser evitada. De acordo com a cinética química, um aumento de 10 °C na temperatura pode aumentar a taxa de reação em aproximadamente 30%. No entanto, o aquecimento rápido (idealmente em até 5 minutos) e o bom isolamento são cruciais, exigindo equipamentos sofisticados. O alto custo de construção e operação dos sistemas de selagem a vapor limita seu uso em larga escala.
(3) Vedação com dicromato
A selagem com dicromato é realizada em uma solução de dicromato de potássio fortemente oxidante a temperaturas elevadas. A reação entre o Al2O3 nas paredes dos poros e dicromato de potássio (K2Cr2O7) é o seguinte:
2 Al2O3 + 3K2Cr2O7 + 5H2O → 2AlOHCrO4 + 2AlOHCr2O7 +6KOH
O cromato de alumínio básico, o dicromato de alumínio básico e a alumina hidratada resultantes selam coletivamente os microporos. Os detalhes do processo são os seguintes:
| Solução de Vedação | Dicromato de potássio | 50–70 g/L |
| Parâmetros do processo | Temperatura: | 90-95 ° C |
| Tempo | 15 – 25 min | |
| valor do PH | 6-7 |
A película de óxido tratada apresenta uma coloração amarela e oferece excelente resistência à corrosão, sendo adequada para anodização protetora, mas não para películas decorativas tingidas.
(4) Selagem por hidrólise
A selagem por hidrólise é amplamente utilizada na China, principalmente para selar filmes de óxido tingidos, pois supera muitas das desvantagens da selagem com água quente. O processo envolve a adsorção de sais de cobalto ou níquel facilmente hidrolisáveis nos poros do filme de óxido, onde sofrem hidrólise para formar precipitados de hidróxido que selam os poros.
Ni2 + 2H2O → Ni(OH)2↓ + 2H+
Co2 + 2H2O → Co(OH)2↓ + 2H+
Os hidróxidos de níquel e cobalto resultantes, que são quase incolores e transparentes, selam os poros sem afetar a cor original do filme, tornando este método ideal para filmes tingidos.
(5) Preenchimento e Vedação
Além dos métodos acima, as películas de óxido anodizado podem ser seladas com materiais orgânicos, como verniz transparente, parafina fundida, resinas ou óleos secantes. Por exemplo, o óleo de silicone pode melhorar o isolamento em películas de óxido anodizado duro, a graxa de silicone pode criar superfícies livres de poeira e ácidos graxos ou graxas de alta temperatura podem ser usados como refletores de infravermelho para evitar perdas por absorção na faixa de comprimento de onda de 4 a 6 μm. Diversos agentes de selagem orgânicos foram desenvolvidos para aplicações específicas.
