A anodização foi usada pela primeira vez em escala industrial em 1923 para proteger as peças do hidroavião de duralumínio contra a corrosão. Este primeiro processo baseado em ácido crômico foi chamado de processo Bengough-Stuart e foi documentado na especificação de defesa britânica DEF STAN 03-24/3. Ele ainda é usado hoje, apesar de seus requisitos anteriores para um ciclo de tensão complicado que agora é conhecido como desnecessário. Variações deste processo logo surgiram e o primeiro processo de anodização com ácido sulfúrico foi patenteado por Gower e O'Brien em 1927. O ácido sulfúrico logo se tornou e continua sendo o eletrólito de anodização mais comum.

A anodização com ácido oxálico foi patenteada pela primeira vez no Japão em 1923 e mais tarde foi amplamente utilizada na Alemanha, especialmente para aplicações arquitetônicas. A extrusão de alumínio anodizado era um material arquitetônico popular nas décadas de 1960 e 1970, mas desde então foi substituída por plásticos e revestimentos em pó mais baratos. [2]​ Os processos de ácido fosfórico são o desenvolvimento mais recente e importante, até agora só foram usados ​​como pré-tratamentos para adesivos ou tintas orgânicas.[1]​ A indústria continua a desenvolver uma ampla variedade de variações proprietárias e cada vez mais complexas de todos esses processos de anodização, de modo que a tendência crescente nos padrões militares e industriais é classificar pelas propriedades do revestimento e não pela química do processo.

Contenido

Las aleaciones de aluminio se anodizan para aumentar la resistencia a la corrosión y permitir el teñido (coloración), una mejor lubricación o una mejor adhesión. Sin embargo, el anodizado no aumenta la resistencia del objeto de aluminio. La capa anódica es aislante.[3]​.

Cuando se expone al aire a temperatura ambiente o a cualquier otro gas que contenga oxígeno, el aluminio puro se autopasiva formando una capa superficial de óxido de aluminio amorfo de 2 a 3 nm de espesor, [4]​ que proporciona una protección muy eficaz contra la corrosión. Las aleaciones de aluminio suelen formar una capa de óxido más gruesa, de 5 a 15 nm de espesor, pero tienden a ser más susceptibles a la corrosión. Las piezas de aleación de aluminio están anodizadas para aumentar en gran medida el espesor de esta capa para resistencia a la corrosión. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio disminuye significativamente por ciertos elementos de aleación o impurezas: cobre, hierro y silicio,[5]​ por lo que las aleaciones de Al de las series 2000, 4000, 6000 y 7000 tienden a ser las más susceptibles.

Aunque el anodizado produce un recubrimiento muy regular y uniforme, las fisuras microscópicas en el recubrimiento pueden provocar corrosión. Además, el recubrimiento es susceptible a la disolución química en presencia de productos químicos de pH alto y bajo, lo que provoca el desprendimiento del recubrimiento y la corrosión del sustrato. Para combatir esto, se han desarrollado diversas técnicas, ya sea para reducir el número de fisuras, para insertar compuestos químicamente más estables en el óxido, o ambas cosas. Por ejemplo, los artículos anodizados con ácido sulfúrico normalmente se sellan, ya sea mediante sellado hidrotérmico o sellado por precipitación, para reducir la porosidad y las vías intersticiales que permiten el intercambio de iones corrosivos entre la superficie y el sustrato. Los sellos precipitantes mejoran la estabilidad química pero son menos efectivos para eliminar las vías de intercambio iónico. Más recientemente, se han desarrollado nuevas técnicas para convertir parcialmente el recubrimiento de óxido amorfo en compuestos microcristalinos más estables que han demostrado una mejora significativa basada en longitudes de enlace más cortas.

Algunas piezas de aeronaves, materiales arquitectónicos y productos de consumo de aluminio están anodizados. El aluminio anodizado se puede encontrar en reproductores de MP3, teléfonos inteligentes, herramientas multiusos, linternas, utensilios de cocina, cámaras, artículos deportivos, armas de fuego, marcos de ventanas, techos "Cubierta (construcción)"), en condensadores electrolíticos y en muchos otros productos, tanto por su resistencia a la corrosión como por su capacidad de retener el tinte. Aunque el anodizado solo tiene una resistencia moderada al desgaste, los poros más profundos pueden retener mejor una película lubricante que una superficie lisa.

Los recubrimientos anodizados tienen una conductividad térmica y un coeficiente de expansión lineal mucho menores que el aluminio. Como resultado, el revestimiento se agrietará por estrés térmico si se expone a temperaturas superiores a 80 °C (353 K). El revestimiento puede agrietarse, pero no se pelará. [6]​ El punto de fusión del óxido de aluminio es de 2050 °C (2323 K), mucho más alto que el del aluminio puro, de 658 °C (931 K). [6]​ Esto y el poder aislante del óxido de aluminio pueden dificultar la soldadura.

En los procesos típicos de anodizado de aluminio comercial, el óxido de aluminio se introduce en la superficie y se elimina de ella en cantidades iguales. [7]​ Por lo tanto, el anodizado aumentará las dimensiones de la pieza en cada superficie a la mitad del espesor del óxido. Por ejemplo, un recubrimiento de 2 μm "Micrómetro (unidad de longitud)") de espesor aumentará las dimensiones de la pieza en 1 μm por superficie. Si la pieza está anodizada por todos los lados, entonces todas las dimensiones lineales aumentarán según el espesor del óxido. Las superficies de aluminio anodizado son más duras que las del aluminio, pero tienen una resistencia al desgaste baja a moderada, aunque esto se puede mejorar con el espesor y el sellado.

Processo

Uma solução desoxidante pode ser aplicada à superfície do alumínio para remover contaminantes. O ácido nítrico é geralmente usado para remover carbono (resíduos), mas está sendo substituído devido a preocupações ambientais.[8]​[9][10][11]​.

A camada de alumínio anodizado é criada pela passagem de uma corrente contínua através de uma solução eletrolítica, onde o objeto de alumínio serve como ânodo (o eletrodo positivo em uma célula eletrolítica). A corrente libera hidrogênio no cátodo (eletrodo negativo) e oxigênio na superfície do ânodo de alumínio, criando um acúmulo de óxido de alumínio. Também é possível usar corrente alternada e corrente pulsada, mas raramente são utilizadas. A tensão exigida por várias soluções pode variar de 1 a 300 V CC, embora a maioria esteja na faixa de 15 a 21 V. Geralmente são necessárias tensões mais altas para revestimentos mais espessos formados em ácido sulfúrico e orgânico. A corrente de anodização varia dependendo da área de alumínio a ser anodizada e normalmente varia entre 30 e 300 A/m².

A anodização de alumínio (oxidação eloxal ou eletrolítica de alumínio)[12]​ geralmente é realizada em uma solução ácida, normalmente ácido sulfúrico ou ácido crômico, que dissolve lentamente o óxido de alumínio. A ação do ácido equilibra-se com a taxa de oxidação para formar um revestimento com nanoporos, de 10–150 nm de diâmetro.[13] Esses poros são o que permitem que a solução eletrolítica e a corrente alcancem o substrato de alumínio e continuem a fazer o revestimento crescer até uma espessura maior do que a produzida pela autopassivação.[14] Esses poros permitem a absorção do corante, porém isso deve ser seguido de selagem ou o corante não permanecerá. A tintura geralmente é seguida por uma vedação limpa de acetato de níquel. Como a mancha é apenas superficial, a ferrugem subjacente pode continuar a fornecer proteção contra corrosão, mesmo que pequenos desgastes e arranhões rompam a camada manchada.

Condições como concentração de eletrólito, acidez, temperatura da solução e corrente devem ser controladas para permitir a formação de uma camada de óxido consistente. Filmes mais duros e espessos tendem a ser produzidos por soluções mais concentradas em temperaturas mais baixas e com tensões e correntes mais altas. A espessura do filme pode variar de menos de 0,5 micrômetros ( "micrômetro (unidade de comprimento)") para trabalhos decorativos brilhantes a 150 micrômetros para aplicações arquitetônicas.

acabamento duplo

A anodização pode ser feita em combinação com o revestimento de conversão de cromato. Cada processo proporciona resistência à corrosão e a anodização oferece uma vantagem significativa em termos de robustez ou resistência ao desgaste físico. O motivo da combinação dos processos pode variar, porém a diferença significativa entre a anodização e o revestimento por conversão de cromato é a condutividade elétrica dos filmes produzidos. Embora ambos sejam compostos estáveis, o revestimento de conversão de cromato possui uma condutividade elétrica muito maior. As aplicações onde isto pode ser útil são variadas, porém a questão do aterramento de componentes como parte de um sistema maior é óbvia.

O processo de duplo acabamento utiliza o que cada processo tem de melhor: a anodização com sua grande resistência ao desgaste e o revestimento de conversão de cromato com sua condutividade elétrica.

As etapas do processo podem normalmente envolver um revestimento de conversão de cromato de todo o componente, seguido de mascaramento de superfície em áreas onde o revestimento de cromato deve permanecer intacto. Além disso, a camada de cromato se dissolve em áreas desprotegidas. O componente pode então ser anodizado, aplicando a anodização nas áreas não mascaradas. O processo exato irá variar dependendo do provedor de serviços, da geometria do componente e do resultado desejado. Ajuda a proteger o item de alumínio.

La especificación de anodizado más utilizada en Estados Unidos es la especificación militar estadounidense"), MIL-A-8625, que define tres tipos de anodizado de aluminio. El tipo I es anodizado con ácido crómico, el tipo II es anodizado con ácido sulfúrico y el tipo III es anodizado duro con ácido sulfúrico. Otras especificaciones de anodizado incluyen más MIL-SPEC (por ejemplo, MIL-A-63576), especificaciones de la industria aeroespacial de organizaciones como SAE, ASTM e ISO (por ejemplo, AMS 2469, AMS 2470, AMS 2471, AMS 2472, AMS 2482, ASTM B580, ASTM D3933, ISO 10074 y BS 5599) y especificaciones específicas de corporaciones (como las de Boeing, Lockheed Martin, Airbus y otros grandes contratistas). AMS 2468 está obsoleto. Ninguna de estas especificaciones define un proceso o una química detallados, sino más bien un conjunto de pruebas y medidas de garantía de calidad que debe cumplir el producto anodizado. La norma BS 1615 guía la selección de aleaciones para anodizado. Para el trabajo de defensa británico, se describen procesos detallados de anodizado crómico y sulfúrico en DEF STAN 03-24/3 y DEF STAN 03-25/3 respectivamente. [15]​ [16]​.

Ácido crômico (tipo I)

O processo de anodização mais antigo utiliza ácido crômico. É amplamente conhecido como processo Bengough-Stuart mas, devido às regulamentações de segurança relativas ao controle da qualidade do ar, não é preferido pelos fornecedores quando o material aditivo associado ao Tipo II não quebra as tolerâncias. Na América do Norte, é conhecido como Tipo I porque é designado pela MIL-A-8625, mas também é coberto pela AMS 2470 e MIL-A-8625 Tipo IB. No Reino Unido é normalmente especificado como Def Stan 03/24 e é usado em áreas propensas a entrar em contato com propulsores, etc. Existem também padrões Boeing e Airbus. O ácido crômico produz filmes mais finos, de 0,5 μm a 18 μm (0,00002" a 0,0007") [17] mais opacos, que são mais macios, dúcteis e, até certo ponto, autocurativos. São mais difíceis de manchar e podem ser aplicados como pré-tratamento antes da pintura. O método de formação do filme é diferente do ácido sulfúrico porque a voltagem aumenta ao longo do ciclo do processo.

Ácido sulfúrico (tipo II e III)

O ácido sulfúrico é a solução mais comumente usada para produzir um revestimento anodizado. Revestimentos moderadamente espessos de 1,8 μm a 25 μm (0,00007" a 0,001") [18] são conhecidos como Tipo II na América do Norte, conforme nomeado em MIL-A-8625, enquanto revestimentos mais espessos de 25 μm (0,001") são conhecidos como Tipo III, revestimento duro, anodização dura ou anodização de engenharia. Revestimentos muito finos semelhantes aos produzidos por anodização crômica são conhecidos como Tipo IIB. Os revestimentos espessos requerem maior controle do processo e são produzidos em um tanque refrigerado próximo ao ponto de congelamento da água em tensões mais altas do que os revestimentos mais finos. A anodização dura pode ser feita entre 13 e 150 μm (0,0005" a 0,006") de espessura. Os padrões de vedação reduzirão isso. para anodização sulfúrica fina (lisa/padrão) são fornecidos por MIL-A-8625 Tipos II e IIB, AMS 2471 (não tingido) e AMS 2472 (tingido), BS EN ISO 12373/1 (decorativo), BS 3987 (arquitetônico Os padrões para anodização sulfúrica espessa são fornecidos por MIL-A-8625 Tipo III, AMS). 2469, BS ISO 10074, BS EN 2536 e os obsoletos AMS 2468 e DEF STAN 03-26/1.

ácido orgânico

A anodização pode produzir cores integrais amareladas sem corantes se realizada em ácidos fracos com altas tensões, altas densidades de corrente e forte resfriamento. [20] Os tons de cores são restritos a uma gama que inclui amarelo claro, dourado, bronze escuro, marrom, cinza e preto. Algumas variações avançadas podem produzir um revestimento branco com refletividade de 80%. O tom da cor produzido é sensível a variações na metalurgia da liga subjacente e não pode ser reproduzido de forma consistente. [21]​.

A anodização em alguns ácidos orgânicos, por exemplo o ácido málico, pode entrar em uma situação de "descontrole", onde a corrente leva o ácido a atacar o alumínio de forma muito mais agressiva do que o normal, resultando em enormes buracos e cicatrizes. Além disso, se a corrente ou tensão for muito alta, poderá ocorrer "queima"; Neste caso, as fontes de alimentação agem como se estivessem quase em curto e desenvolvem-se regiões pretas grandes, irregulares e amorfas.

A anodização colorida integral geralmente é feita com ácidos orgânicos, mas o mesmo efeito foi produzido em laboratórios com ácido sulfúrico muito diluído. A anodização colorida integral foi originalmente realizada com ácido oxálico, mas compostos aromáticos sulfonados contendo oxigênio, particularmente ácido sulfossalicílico"), têm sido mais comuns desde 1960. [22] Espessuras de até 50 μm podem ser alcançadas. A anodização com ácido orgânico é chamada de tipo IC de acordo com MIL-A-8625.

ácido fosfórico

A anodização pode ser feita em ácido fosfórico, geralmente como preparação de superfície para adesivos. Isto é descrito em ASTM D3933.

Banhos de borato e tartarato

A anodização também pode ser realizada em banhos de borato ou tartarato nos quais o óxido de alumínio é insolúvel. Nestes processos, o crescimento do revestimento para quando a peça está completamente coberta e a espessura é linearmente relacionada à tensão aplicada.[23]​ Esses revestimentos são livres de poros, em relação aos processos de ácido sulfúrico e crômico.[23]​ Este tipo de revestimento é amplamente utilizado para fabricar capacitores eletrolíticos porque os filmes finos de alumínio (normalmente menos de 0,5 μm) correm o risco de serem perfurados por processos ácidos.[24]​.

Oxidação eletrolítica do plasma

A oxidação eletrolítica do plasma é um processo semelhante, mas onde são aplicadas tensões mais altas. Isto provoca a ocorrência de faíscas e resulta em revestimentos mais cristalinos/cerâmicos.

Magnésio

O magnésio é anodizado principalmente como primer para tintas. Uma película fina (5 μm) é suficiente para isso. [25] Revestimentos mais espessos de 25 μm ou mais podem fornecer resistência moderada à corrosão quando vedados com óleo, cera ou silicato de sódio. [25] Os padrões para anodização de magnésio são encontrados em AMS 2466, AMS 2478, AMS 2479 e ASTM B893.

Nióbio

O nióbio é anodizado de forma semelhante ao titânio e uma gama de cores atraentes é formada por interferência em diferentes espessuras de filme. Novamente, a espessura do filme depende da tensão de anodização.[26]​[27]​ Os usos incluem joias e moedas comemorativas.

Tântalo

Tântalo "Tântalo (elemento)") é anodizado de maneira semelhante ao titânio e ao nióbio e uma gama de cores atraentes é formada por interferência em diferentes espessuras de filme. Novamente, a espessura do filme depende da tensão de anodização e geralmente varia de 18 a 23 angstroms por volt, dependendo do eletrólito e da temperatura. Os usos incluem capacitores de tântalo.

Titânio

Uma camada de óxido anodizado tem uma espessura na faixa de 30 newtons·metro (22,1 lb·ft) a vários micrômetros. [28]​ Os padrões para anodização de titânio são fornecidos pela AMS 2487 e AMS 2488.

A anodização de titânio AMS 2488 Tipo III produz uma variedade de cores diferentes sem corantes, razão pela qual às vezes é usada em arte, bijuterias, joias para piercings e alianças de casamento. A cor formada depende da espessura do óxido (que é determinada pela tensão de anodização); É causado pela interferência da luz refletida na superfície do óxido com a luz que viaja através dele e refletida na superfície metálica subjacente. A anodização AMS 2488 Tipo II produz um acabamento cinza fosco mais espesso com maior resistência ao desgaste. [29]​.

Zinco

O zinco raramente é anodizado, mas a Organização Internacional de Pesquisa em Chumbo e Zinco desenvolveu um processo que é coberto pela norma MIL-A-81801. [30] Uma solução de fosfato de amônio, cromato e fluoreto com tensões de até 200 V pode produzir revestimentos verde-oliva de até 80 μm de espessura. [30]​ Os revestimentos são duros e resistentes à corrosão.

O aço galvanizado ou zinco pode ser anodizado usando corrente contínua em tensões mais baixas (20–30 V) em banhos de silicato contendo concentrações variadas de silicato de sódio, hidróxido de sódio, bórax, nitrito de sódio e sulfato de níquel "sulfato de níquel (II)"). [31].

Os processos de anodização mais comuns, por exemplo, ácido sulfúrico em alumínio, produzem uma superfície porosa que pode aceitar facilmente corantes. O número de cores de corantes é quase infinito; entretanto, as cores produzidas tendem a variar dependendo da liga base. As cores mais comuns na indústria, por serem relativamente baratas, são amarelo, verde, azul, preto, laranja, roxo e vermelho. Embora alguns possam preferir cores mais claras, na prática pode ser difícil produzi-las em certas ligas, como ligas de fundição com alto teor de silício e ligas de alumínio-cobre da série 2000. Outra preocupação é a “resistência à luz” dos corantes orgânicos: algumas cores (vermelhos e azuis) são particularmente propensas ao desbotamento. Corantes pretos e ouro produzidos por meios inorgânicos (oxalato de amônio férrico) são mais resistentes à luz. A anodização tingida geralmente é selada para reduzir ou eliminar o sangramento do corante. A cor branca não pode ser aplicada porque o tamanho da molécula é maior que o tamanho dos poros da camada de óxido. [32]​.

Alternativamente, o metal (geralmente estanho) pode ser depositado eletroliticamente nos poros do revestimento anódico para fornecer cores mais resistentes à luz. As cores dos tons metálicos variam do champanhe claro ao preto "Preto (cor)"). Tons de bronze são comumente usados ​​para metais arquitetônicos. Alternativamente, a cor pode ser produzida integralmente no filme. Isso é feito durante o processo de anodização utilizando ácidos orgânicos misturados ao eletrólito sulfúrico e uma corrente pulsada.

Os efeitos de respingos são criados manchando a superfície porosa não selada com cores mais claras e, em seguida, espalhando corantes de cores mais escuras na superfície. Misturas de corantes à base de água e à base de solvente também podem ser aplicadas alternativamente, pois os corantes coloridos resistirão uns aos outros e deixarão efeitos de manchas.

Outro método de coloração interessante é a coloração de interferência por anodização. A fina película de óleo colocada na superfície da água apresenta uma tonalidade de arco-íris devido à interferência entre a luz refletida na interface óleo-água e a superfície da película de óleo. Como a espessura da película de óleo não é regulada, a cor do arco-íris resultante parece aleatória.

Na coloração do alumínio anodizado, as cores desejadas são obtidas depositando-se uma camada metálica de espessura controlável (geralmente estanho) na base da estrutura porosa. Isto envolve reflexões no substrato de alumínio e na superfície metálica superior. A cor resultante da interferência muda de azul, verde e amarelo para vermelho à medida que a camada metálica depositada fica mais espessa. Além de uma espessura específica, a interferência óptica desaparece e a cor torna-se bronze. As peças de alumínio anodizado com cor de interferência têm uma qualidade distinta: sua cor varia quando vista de diferentes ângulos. [33] A coloração de interferência envolve um processo de três etapas: anodização com ácido sulfúrico, modificação eletroquímica do poro anódico e deposição de metal (estanho). [34].

A selagem é a etapa final do processo de anodização. Soluções de anodização ácida produzem poros no revestimento anodizado. Esses poros podem absorver corantes e reter lubrificantes, mas também são um caminho para a corrosão. Quando as propriedades de lubrificação não são críticas, elas geralmente são seladas após o tingimento para aumentar a resistência à corrosão e a retenção do corante. Existem três tipos mais comuns de vedação.

Superfícies de alumínio anodizado que não são limpas regularmente são suscetíveis a manchas nas bordas do painel, um tipo único de mancha superficial que pode afetar a integridade estrutural do metal.

A anodização é um dos processos de acabamento metálico mais ecológicos. Com exceção da anodização orgânica (também conhecida como cor integral), os subprodutos contêm apenas vestígios de metais pesados, halogênios ou compostos orgânicos voláteis. A anodização colorida não produz VOCs, metais pesados ​​ou halogênios, pois todos os subprodutos encontrados nos fluxos de efluentes de outros processos vêm de seus corantes ou materiais de revestimento. [36]​ Os efluentes de anodização mais comuns, hidróxido de alumínio e sulfato de alumínio, são reciclados para a fabricação de alúmen, fermento em pó, cosméticos, papel de jornal e fertilizantes ou usados ​​em sistemas de tratamento de águas residuais industriais.

A anodização aumentará a área da superfície, pois o óxido criado ocupa mais espaço do que o metal base convertido. [37]​ Isso geralmente não importa, exceto onde há tolerâncias estritas. Neste caso, na escolha da dimensão de usinagem deve-se levar em consideração a espessura da camada anodizante. Uma prática geral em desenhos de engenharia é especificar que “as dimensões são aplicadas após todos os acabamentos superficiais”. Isto forçará a oficina mecânica a levar em conta a espessura da anodização ao realizar a usinagem final da peça mecânica antes da anodização. Também no caso de pequenos furos roscados "Rosca (mecânica)") para aceitar parafusos, a anodização pode fazer com que os parafusos emperrem, por isso pode ser necessário fazer os furos roscados com uma torneira para restaurar as dimensões originais. Alternativamente, torneiras especiais de grandes dimensões podem ser usadas para pré-compensar este crescimento. No caso de furos não roscados que aceitam pinos ou hastes de diâmetro fixo, um furo um pouco maior pode ser apropriado para permitir a alteração das dimensões. Dependendo da liga e da espessura do revestimento anodizado, isto pode ter um efeito significativamente negativo na resistência à fadiga. Por outro lado, a anodização pode aumentar a vida útil da fadiga, evitando corrosão.

A anodização foi usada pela primeira vez em escala industrial em 1923 para proteger as peças do hidroavião de duralumínio contra a corrosão. Este primeiro processo baseado em ácido crômico foi chamado de processo Bengough-Stuart e foi documentado na especificação de defesa britânica DEF STAN 03-24/3. Ele ainda é usado hoje, apesar de seus requisitos anteriores para um ciclo de tensão complicado que agora é conhecido como desnecessário. Variações deste processo logo surgiram e o primeiro processo de anodização com ácido sulfúrico foi patenteado por Gower e O'Brien em 1927. O ácido sulfúrico logo se tornou e continua sendo o eletrólito de anodização mais comum.

A anodização com ácido oxálico foi patenteada pela primeira vez no Japão em 1923 e mais tarde foi amplamente utilizada na Alemanha, especialmente para aplicações arquitetônicas. A extrusão de alumínio anodizado era um material arquitetônico popular nas décadas de 1960 e 1970, mas desde então foi substituída por plásticos e revestimentos em pó mais baratos. [2]​ Os processos de ácido fosfórico são o desenvolvimento mais recente e importante, até agora só foram usados ​​como pré-tratamentos para adesivos ou tintas orgânicas.[1]​ A indústria continua a desenvolver uma ampla variedade de variações proprietárias e cada vez mais complexas de todos esses processos de anodização, de modo que a tendência crescente nos padrões militares e industriais é classificar pelas propriedades do revestimento e não pela química do processo.

Contenido

Las aleaciones de aluminio se anodizan para aumentar la resistencia a la corrosión y permitir el teñido (coloración), una mejor lubricación o una mejor adhesión. Sin embargo, el anodizado no aumenta la resistencia del objeto de aluminio. La capa anódica es aislante.[3]​.

Cuando se expone al aire a temperatura ambiente o a cualquier otro gas que contenga oxígeno, el aluminio puro se autopasiva formando una capa superficial de óxido de aluminio amorfo de 2 a 3 nm de espesor, [4]​ que proporciona una protección muy eficaz contra la corrosión. Las aleaciones de aluminio suelen formar una capa de óxido más gruesa, de 5 a 15 nm de espesor, pero tienden a ser más susceptibles a la corrosión. Las piezas de aleación de aluminio están anodizadas para aumentar en gran medida el espesor de esta capa para resistencia a la corrosión. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de aluminio disminuye significativamente por ciertos elementos de aleación o impurezas: cobre, hierro y silicio,[5]​ por lo que las aleaciones de Al de las series 2000, 4000, 6000 y 7000 tienden a ser las más susceptibles.

Aunque el anodizado produce un recubrimiento muy regular y uniforme, las fisuras microscópicas en el recubrimiento pueden provocar corrosión. Además, el recubrimiento es susceptible a la disolución química en presencia de productos químicos de pH alto y bajo, lo que provoca el desprendimiento del recubrimiento y la corrosión del sustrato. Para combatir esto, se han desarrollado diversas técnicas, ya sea para reducir el número de fisuras, para insertar compuestos químicamente más estables en el óxido, o ambas cosas. Por ejemplo, los artículos anodizados con ácido sulfúrico normalmente se sellan, ya sea mediante sellado hidrotérmico o sellado por precipitación, para reducir la porosidad y las vías intersticiales que permiten el intercambio de iones corrosivos entre la superficie y el sustrato. Los sellos precipitantes mejoran la estabilidad química pero son menos efectivos para eliminar las vías de intercambio iónico. Más recientemente, se han desarrollado nuevas técnicas para convertir parcialmente el recubrimiento de óxido amorfo en compuestos microcristalinos más estables que han demostrado una mejora significativa basada en longitudes de enlace más cortas.

Algunas piezas de aeronaves, materiales arquitectónicos y productos de consumo de aluminio están anodizados. El aluminio anodizado se puede encontrar en reproductores de MP3, teléfonos inteligentes, herramientas multiusos, linternas, utensilios de cocina, cámaras, artículos deportivos, armas de fuego, marcos de ventanas, techos "Cubierta (construcción)"), en condensadores electrolíticos y en muchos otros productos, tanto por su resistencia a la corrosión como por su capacidad de retener el tinte. Aunque el anodizado solo tiene una resistencia moderada al desgaste, los poros más profundos pueden retener mejor una película lubricante que una superficie lisa.

Los recubrimientos anodizados tienen una conductividad térmica y un coeficiente de expansión lineal mucho menores que el aluminio. Como resultado, el revestimiento se agrietará por estrés térmico si se expone a temperaturas superiores a 80 °C (353 K). El revestimiento puede agrietarse, pero no se pelará. [6]​ El punto de fusión del óxido de aluminio es de 2050 °C (2323 K), mucho más alto que el del aluminio puro, de 658 °C (931 K). [6]​ Esto y el poder aislante del óxido de aluminio pueden dificultar la soldadura.

En los procesos típicos de anodizado de aluminio comercial, el óxido de aluminio se introduce en la superficie y se elimina de ella en cantidades iguales. [7]​ Por lo tanto, el anodizado aumentará las dimensiones de la pieza en cada superficie a la mitad del espesor del óxido. Por ejemplo, un recubrimiento de 2 μm "Micrómetro (unidad de longitud)") de espesor aumentará las dimensiones de la pieza en 1 μm por superficie. Si la pieza está anodizada por todos los lados, entonces todas las dimensiones lineales aumentarán según el espesor del óxido. Las superficies de aluminio anodizado son más duras que las del aluminio, pero tienen una resistencia al desgaste baja a moderada, aunque esto se puede mejorar con el espesor y el sellado.

Processo

Uma solução desoxidante pode ser aplicada à superfície do alumínio para remover contaminantes. O ácido nítrico é geralmente usado para remover carbono (resíduos), mas está sendo substituído devido a preocupações ambientais.[8]​[9][10][11]​.

A camada de alumínio anodizado é criada pela passagem de uma corrente contínua através de uma solução eletrolítica, onde o objeto de alumínio serve como ânodo (o eletrodo positivo em uma célula eletrolítica). A corrente libera hidrogênio no cátodo (eletrodo negativo) e oxigênio na superfície do ânodo de alumínio, criando um acúmulo de óxido de alumínio. Também é possível usar corrente alternada e corrente pulsada, mas raramente são utilizadas. A tensão exigida por várias soluções pode variar de 1 a 300 V CC, embora a maioria esteja na faixa de 15 a 21 V. Geralmente são necessárias tensões mais altas para revestimentos mais espessos formados em ácido sulfúrico e orgânico. A corrente de anodização varia dependendo da área de alumínio a ser anodizada e normalmente varia entre 30 e 300 A/m².

A anodização de alumínio (oxidação eloxal ou eletrolítica de alumínio)[12]​ geralmente é realizada em uma solução ácida, normalmente ácido sulfúrico ou ácido crômico, que dissolve lentamente o óxido de alumínio. A ação do ácido equilibra-se com a taxa de oxidação para formar um revestimento com nanoporos, de 10–150 nm de diâmetro.[13] Esses poros são o que permitem que a solução eletrolítica e a corrente alcancem o substrato de alumínio e continuem a fazer o revestimento crescer até uma espessura maior do que a produzida pela autopassivação.[14] Esses poros permitem a absorção do corante, porém isso deve ser seguido de selagem ou o corante não permanecerá. A tintura geralmente é seguida por uma vedação limpa de acetato de níquel. Como a mancha é apenas superficial, a ferrugem subjacente pode continuar a fornecer proteção contra corrosão, mesmo que pequenos desgastes e arranhões rompam a camada manchada.

Condições como concentração de eletrólito, acidez, temperatura da solução e corrente devem ser controladas para permitir a formação de uma camada de óxido consistente. Filmes mais duros e espessos tendem a ser produzidos por soluções mais concentradas em temperaturas mais baixas e com tensões e correntes mais altas. A espessura do filme pode variar de menos de 0,5 micrômetros ( "micrômetro (unidade de comprimento)") para trabalhos decorativos brilhantes a 150 micrômetros para aplicações arquitetônicas.

acabamento duplo

A anodização pode ser feita em combinação com o revestimento de conversão de cromato. Cada processo proporciona resistência à corrosão e a anodização oferece uma vantagem significativa em termos de robustez ou resistência ao desgaste físico. O motivo da combinação dos processos pode variar, porém a diferença significativa entre a anodização e o revestimento por conversão de cromato é a condutividade elétrica dos filmes produzidos. Embora ambos sejam compostos estáveis, o revestimento de conversão de cromato possui uma condutividade elétrica muito maior. As aplicações onde isto pode ser útil são variadas, porém a questão do aterramento de componentes como parte de um sistema maior é óbvia.

O processo de duplo acabamento utiliza o que cada processo tem de melhor: a anodização com sua grande resistência ao desgaste e o revestimento de conversão de cromato com sua condutividade elétrica.

As etapas do processo podem normalmente envolver um revestimento de conversão de cromato de todo o componente, seguido de mascaramento de superfície em áreas onde o revestimento de cromato deve permanecer intacto. Além disso, a camada de cromato se dissolve em áreas desprotegidas. O componente pode então ser anodizado, aplicando a anodização nas áreas não mascaradas. O processo exato irá variar dependendo do provedor de serviços, da geometria do componente e do resultado desejado. Ajuda a proteger o item de alumínio.

La especificación de anodizado más utilizada en Estados Unidos es la especificación militar estadounidense"), MIL-A-8625, que define tres tipos de anodizado de aluminio. El tipo I es anodizado con ácido crómico, el tipo II es anodizado con ácido sulfúrico y el tipo III es anodizado duro con ácido sulfúrico. Otras especificaciones de anodizado incluyen más MIL-SPEC (por ejemplo, MIL-A-63576), especificaciones de la industria aeroespacial de organizaciones como SAE, ASTM e ISO (por ejemplo, AMS 2469, AMS 2470, AMS 2471, AMS 2472, AMS 2482, ASTM B580, ASTM D3933, ISO 10074 y BS 5599) y especificaciones específicas de corporaciones (como las de Boeing, Lockheed Martin, Airbus y otros grandes contratistas). AMS 2468 está obsoleto. Ninguna de estas especificaciones define un proceso o una química detallados, sino más bien un conjunto de pruebas y medidas de garantía de calidad que debe cumplir el producto anodizado. La norma BS 1615 guía la selección de aleaciones para anodizado. Para el trabajo de defensa británico, se describen procesos detallados de anodizado crómico y sulfúrico en DEF STAN 03-24/3 y DEF STAN 03-25/3 respectivamente. [15]​ [16]​.

Ácido crômico (tipo I)

O processo de anodização mais antigo utiliza ácido crômico. É amplamente conhecido como processo Bengough-Stuart mas, devido às regulamentações de segurança relativas ao controle da qualidade do ar, não é preferido pelos fornecedores quando o material aditivo associado ao Tipo II não quebra as tolerâncias. Na América do Norte, é conhecido como Tipo I porque é designado pela MIL-A-8625, mas também é coberto pela AMS 2470 e MIL-A-8625 Tipo IB. No Reino Unido é normalmente especificado como Def Stan 03/24 e é usado em áreas propensas a entrar em contato com propulsores, etc. Existem também padrões Boeing e Airbus. O ácido crômico produz filmes mais finos, de 0,5 μm a 18 μm (0,00002" a 0,0007") [17] mais opacos, que são mais macios, dúcteis e, até certo ponto, autocurativos. São mais difíceis de manchar e podem ser aplicados como pré-tratamento antes da pintura. O método de formação do filme é diferente do ácido sulfúrico porque a voltagem aumenta ao longo do ciclo do processo.

Ácido sulfúrico (tipo II e III)

O ácido sulfúrico é a solução mais comumente usada para produzir um revestimento anodizado. Revestimentos moderadamente espessos de 1,8 μm a 25 μm (0,00007" a 0,001") [18] são conhecidos como Tipo II na América do Norte, conforme nomeado em MIL-A-8625, enquanto revestimentos mais espessos de 25 μm (0,001") são conhecidos como Tipo III, revestimento duro, anodização dura ou anodização de engenharia. Revestimentos muito finos semelhantes aos produzidos por anodização crômica são conhecidos como Tipo IIB. Os revestimentos espessos requerem maior controle do processo e são produzidos em um tanque refrigerado próximo ao ponto de congelamento da água em tensões mais altas do que os revestimentos mais finos. A anodização dura pode ser feita entre 13 e 150 μm (0,0005" a 0,006") de espessura. Os padrões de vedação reduzirão isso. para anodização sulfúrica fina (lisa/padrão) são fornecidos por MIL-A-8625 Tipos II e IIB, AMS 2471 (não tingido) e AMS 2472 (tingido), BS EN ISO 12373/1 (decorativo), BS 3987 (arquitetônico Os padrões para anodização sulfúrica espessa são fornecidos por MIL-A-8625 Tipo III, AMS). 2469, BS ISO 10074, BS EN 2536 e os obsoletos AMS 2468 e DEF STAN 03-26/1.

ácido orgânico

A anodização pode produzir cores integrais amareladas sem corantes se realizada em ácidos fracos com altas tensões, altas densidades de corrente e forte resfriamento. [20] Os tons de cores são restritos a uma gama que inclui amarelo claro, dourado, bronze escuro, marrom, cinza e preto. Algumas variações avançadas podem produzir um revestimento branco com refletividade de 80%. O tom da cor produzido é sensível a variações na metalurgia da liga subjacente e não pode ser reproduzido de forma consistente. [21]​.

A anodização em alguns ácidos orgânicos, por exemplo o ácido málico, pode entrar em uma situação de "descontrole", onde a corrente leva o ácido a atacar o alumínio de forma muito mais agressiva do que o normal, resultando em enormes buracos e cicatrizes. Além disso, se a corrente ou tensão for muito alta, poderá ocorrer "queima"; Neste caso, as fontes de alimentação agem como se estivessem quase em curto e desenvolvem-se regiões pretas grandes, irregulares e amorfas.

A anodização colorida integral geralmente é feita com ácidos orgânicos, mas o mesmo efeito foi produzido em laboratórios com ácido sulfúrico muito diluído. A anodização colorida integral foi originalmente realizada com ácido oxálico, mas compostos aromáticos sulfonados contendo oxigênio, particularmente ácido sulfossalicílico"), têm sido mais comuns desde 1960. [22] Espessuras de até 50 μm podem ser alcançadas. A anodização com ácido orgânico é chamada de tipo IC de acordo com MIL-A-8625.

ácido fosfórico

A anodização pode ser feita em ácido fosfórico, geralmente como preparação de superfície para adesivos. Isto é descrito em ASTM D3933.

Banhos de borato e tartarato

A anodização também pode ser realizada em banhos de borato ou tartarato nos quais o óxido de alumínio é insolúvel. Nestes processos, o crescimento do revestimento para quando a peça está completamente coberta e a espessura é linearmente relacionada à tensão aplicada.[23]​ Esses revestimentos são livres de poros, em relação aos processos de ácido sulfúrico e crômico.[23]​ Este tipo de revestimento é amplamente utilizado para fabricar capacitores eletrolíticos porque os filmes finos de alumínio (normalmente menos de 0,5 μm) correm o risco de serem perfurados por processos ácidos.[24]​.

Oxidação eletrolítica do plasma

A oxidação eletrolítica do plasma é um processo semelhante, mas onde são aplicadas tensões mais altas. Isto provoca a ocorrência de faíscas e resulta em revestimentos mais cristalinos/cerâmicos.

Magnésio

O magnésio é anodizado principalmente como primer para tintas. Uma película fina (5 μm) é suficiente para isso. [25] Revestimentos mais espessos de 25 μm ou mais podem fornecer resistência moderada à corrosão quando vedados com óleo, cera ou silicato de sódio. [25] Os padrões para anodização de magnésio são encontrados em AMS 2466, AMS 2478, AMS 2479 e ASTM B893.

Nióbio

O nióbio é anodizado de forma semelhante ao titânio e uma gama de cores atraentes é formada por interferência em diferentes espessuras de filme. Novamente, a espessura do filme depende da tensão de anodização.[26]​[27]​ Os usos incluem joias e moedas comemorativas.

Tântalo

Tântalo "Tântalo (elemento)") é anodizado de maneira semelhante ao titânio e ao nióbio e uma gama de cores atraentes é formada por interferência em diferentes espessuras de filme. Novamente, a espessura do filme depende da tensão de anodização e geralmente varia de 18 a 23 angstroms por volt, dependendo do eletrólito e da temperatura. Os usos incluem capacitores de tântalo.

Titânio

Uma camada de óxido anodizado tem uma espessura na faixa de 30 newtons·metro (22,1 lb·ft) a vários micrômetros. [28]​ Os padrões para anodização de titânio são fornecidos pela AMS 2487 e AMS 2488.

A anodização de titânio AMS 2488 Tipo III produz uma variedade de cores diferentes sem corantes, razão pela qual às vezes é usada em arte, bijuterias, joias para piercings e alianças de casamento. A cor formada depende da espessura do óxido (que é determinada pela tensão de anodização); É causado pela interferência da luz refletida na superfície do óxido com a luz que viaja através dele e refletida na superfície metálica subjacente. A anodização AMS 2488 Tipo II produz um acabamento cinza fosco mais espesso com maior resistência ao desgaste. [29]​.

Zinco

O zinco raramente é anodizado, mas a Organização Internacional de Pesquisa em Chumbo e Zinco desenvolveu um processo que é coberto pela norma MIL-A-81801. [30] Uma solução de fosfato de amônio, cromato e fluoreto com tensões de até 200 V pode produzir revestimentos verde-oliva de até 80 μm de espessura. [30]​ Os revestimentos são duros e resistentes à corrosão.

O aço galvanizado ou zinco pode ser anodizado usando corrente contínua em tensões mais baixas (20–30 V) em banhos de silicato contendo concentrações variadas de silicato de sódio, hidróxido de sódio, bórax, nitrito de sódio e sulfato de níquel "sulfato de níquel (II)"). [31].

Os processos de anodização mais comuns, por exemplo, ácido sulfúrico em alumínio, produzem uma superfície porosa que pode aceitar facilmente corantes. O número de cores de corantes é quase infinito; entretanto, as cores produzidas tendem a variar dependendo da liga base. As cores mais comuns na indústria, por serem relativamente baratas, são amarelo, verde, azul, preto, laranja, roxo e vermelho. Embora alguns possam preferir cores mais claras, na prática pode ser difícil produzi-las em certas ligas, como ligas de fundição com alto teor de silício e ligas de alumínio-cobre da série 2000. Outra preocupação é a “resistência à luz” dos corantes orgânicos: algumas cores (vermelhos e azuis) são particularmente propensas ao desbotamento. Corantes pretos e ouro produzidos por meios inorgânicos (oxalato de amônio férrico) são mais resistentes à luz. A anodização tingida geralmente é selada para reduzir ou eliminar o sangramento do corante. A cor branca não pode ser aplicada porque o tamanho da molécula é maior que o tamanho dos poros da camada de óxido. [32]​.

Alternativamente, o metal (geralmente estanho) pode ser depositado eletroliticamente nos poros do revestimento anódico para fornecer cores mais resistentes à luz. As cores dos tons metálicos variam do champanhe claro ao preto "Preto (cor)"). Tons de bronze são comumente usados ​​para metais arquitetônicos. Alternativamente, a cor pode ser produzida integralmente no filme. Isso é feito durante o processo de anodização utilizando ácidos orgânicos misturados ao eletrólito sulfúrico e uma corrente pulsada.

Os efeitos de respingos são criados manchando a superfície porosa não selada com cores mais claras e, em seguida, espalhando corantes de cores mais escuras na superfície. Misturas de corantes à base de água e à base de solvente também podem ser aplicadas alternativamente, pois os corantes coloridos resistirão uns aos outros e deixarão efeitos de manchas.

Outro método de coloração interessante é a coloração de interferência por anodização. A fina película de óleo colocada na superfície da água apresenta uma tonalidade de arco-íris devido à interferência entre a luz refletida na interface óleo-água e a superfície da película de óleo. Como a espessura da película de óleo não é regulada, a cor do arco-íris resultante parece aleatória.

Na coloração do alumínio anodizado, as cores desejadas são obtidas depositando-se uma camada metálica de espessura controlável (geralmente estanho) na base da estrutura porosa. Isto envolve reflexões no substrato de alumínio e na superfície metálica superior. A cor resultante da interferência muda de azul, verde e amarelo para vermelho à medida que a camada metálica depositada fica mais espessa. Além de uma espessura específica, a interferência óptica desaparece e a cor torna-se bronze. As peças de alumínio anodizado com cor de interferência têm uma qualidade distinta: sua cor varia quando vista de diferentes ângulos. [33] A coloração de interferência envolve um processo de três etapas: anodização com ácido sulfúrico, modificação eletroquímica do poro anódico e deposição de metal (estanho). [34].

A selagem é a etapa final do processo de anodização. Soluções de anodização ácida produzem poros no revestimento anodizado. Esses poros podem absorver corantes e reter lubrificantes, mas também são um caminho para a corrosão. Quando as propriedades de lubrificação não são críticas, elas geralmente são seladas após o tingimento para aumentar a resistência à corrosão e a retenção do corante. Existem três tipos mais comuns de vedação.

Superfícies de alumínio anodizado que não são limpas regularmente são suscetíveis a manchas nas bordas do painel, um tipo único de mancha superficial que pode afetar a integridade estrutural do metal.

A anodização é um dos processos de acabamento metálico mais ecológicos. Com exceção da anodização orgânica (também conhecida como cor integral), os subprodutos contêm apenas vestígios de metais pesados, halogênios ou compostos orgânicos voláteis. A anodização colorida não produz VOCs, metais pesados ​​ou halogênios, pois todos os subprodutos encontrados nos fluxos de efluentes de outros processos vêm de seus corantes ou materiais de revestimento. [36]​ Os efluentes de anodização mais comuns, hidróxido de alumínio e sulfato de alumínio, são reciclados para a fabricação de alúmen, fermento em pó, cosméticos, papel de jornal e fertilizantes ou usados ​​em sistemas de tratamento de águas residuais industriais.

A anodização aumentará a área da superfície, pois o óxido criado ocupa mais espaço do que o metal base convertido. [37]​ Isso geralmente não importa, exceto onde há tolerâncias estritas. Neste caso, na escolha da dimensão de usinagem deve-se levar em consideração a espessura da camada anodizante. Uma prática geral em desenhos de engenharia é especificar que “as dimensões são aplicadas após todos os acabamentos superficiais”. Isto forçará a oficina mecânica a levar em conta a espessura da anodização ao realizar a usinagem final da peça mecânica antes da anodização. Também no caso de pequenos furos roscados "Rosca (mecânica)") para aceitar parafusos, a anodização pode fazer com que os parafusos emperrem, por isso pode ser necessário fazer os furos roscados com uma torneira para restaurar as dimensões originais. Alternativamente, torneiras especiais de grandes dimensões podem ser usadas para pré-compensar este crescimento. No caso de furos não roscados que aceitam pinos ou hastes de diâmetro fixo, um furo um pouco maior pode ser apropriado para permitir a alteração das dimensões. Dependendo da liga e da espessura do revestimento anodizado, isto pode ter um efeito significativamente negativo na resistência à fadiga. Por outro lado, a anodização pode aumentar a vida útil da fadiga, evitando corrosão.