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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.
Proceso
Se puede aplicar una solución desoxidante a la superficie del aluminio para eliminar contaminantes. El ácido nítrico se utiliza generalmente para eliminar el carbón (residuo), pero se está reemplazando debido a preocupaciones ambientales.[8][9][10][11].
La capa de aluminio anodizado se crea al pasar una corriente continua a través de una solución electrolítica, donde el objeto de aluminio sirve como ánodo (el electrodo positivo en una celda electrolítica). La corriente libera hidrógeno en el cátodo (el electrodo negativo) y oxígeno en la superficie del ánodo de aluminio, creando una acumulación de óxido de aluminio. También es posible utilizar corriente alterna y corriente pulsada, pero rara vez se utilizan. El voltaje requerido por varias soluciones puede variar de 1 a 300 V CC, aunque la mayoría se encuentra en el rango de 15 a 21 V. Por lo general, se requieren voltajes más altos para recubrimientos más gruesos formados en ácido sulfúrico y orgánico. La corriente de anodizado varía según el área de aluminio que se va a anodizar y normalmente oscila entre 30 y 300 A/m².
El anodizado de aluminio (eloxal u oxidación electrolítica de aluminio)[12] generalmente se realiza en una solución ácida, típicamente ácido sulfúrico o ácido crómico, que disuelve lentamente el óxido de aluminio. La acción del ácido se equilibra con la tasa de oxidación para formar un recubrimiento con nanoporos, 10–150 nm de diámetro.[13] Estos poros son los que permiten que la solución electrolítica y la corriente lleguen al sustrato "Sustrato (material)") de aluminio y continúen haciendo crecer el recubrimiento hasta alcanzar un espesor mayor que el que se produce mediante la autopasivación.[14] Estos poros permiten que el tinte se absorba, sin embargo, esto debe ser seguido por un sellado o el tinte no permanecerá. El tinte suele ir seguido de un sello limpio de acetato de níquel. Debido a que el tinte es solo superficial, el óxido subyacente puede continuar brindando protección contra la corrosión incluso si un desgaste menor y rayones atraviesan la capa teñida.
Se deben controlar condiciones como la concentración de electrolitos, la acidez, la temperatura de la solución y la corriente para permitir la formación de una capa de óxido consistente. Se tienden a producir películas más duras y gruesas mediante soluciones más concentradas a temperaturas más bajas con voltajes y corrientes más altos. El espesor de la película puede variar desde menos de 0,5 micrómetros "Micrómetro (unidad de longitud)") para trabajos decorativos brillantes hasta 150 micrómetros para aplicaciones arquitectónicas.
Acabado doble
El anodizado se puede realizar en combinación con el recubrimiento de conversión de cromato . Cada proceso proporciona resistencia a la corrosión, y el anodizado ofrece una ventaja significativa en términos de robustez o resistencia al desgaste físico. La razón para combinar los procesos puede variar, sin embargo, la diferencia significativa entre el anodizado y el recubrimiento de conversión de cromato es la conductividad eléctrica de las películas producidas. Aunque ambos son compuestos estables, el recubrimiento de conversión de cromato tiene una conductividad eléctrica mucho mayor. Las aplicaciones en las que esto puede ser útil son variadas, sin embargo, la cuestión de conectar a tierra los componentes como parte de un sistema más grande es obvia.
El proceso de acabado dual utiliza lo mejor que cada proceso tiene para ofrecer: el anodizado con su gran resistencia al desgaste y el recubrimiento de conversión de cromato con su conductividad eléctrica.
Los pasos del proceso normalmente pueden implicar un recubrimiento de conversión de cromato de todo el componente, seguido de un enmascaramiento de la superficie en áreas donde el recubrimiento de cromato debe permanecer intacto. Además, la capa de cromato se disuelve en las zonas no protegidas. Luego, el componente se puede anodizar, aplicando el anodizado en las áreas no enmascaradas. El proceso exacto variará según el proveedor de servicios, la geometría del componente y el resultado requerido. Ayuda a proteger el artículo de aluminio.