¿Por qué se anodiza una aleación de aluminio y qué ocurre durante el proceso? El anodizado no sólo mejora la resistencia a la corrosión y el atractivo estético del aluminio, sino que también aumenta la dureza de su superficie. Este artículo le guiará a través de la ciencia que se esconde tras el anodizado de aleaciones de aluminio, los distintos métodos de tratamiento de la superficie y cómo influyen en la durabilidad y el aspecto del producto final. Sumérjase y descubra las técnicas precisas y las ventajas de este proceso industrial esencial.
Baja densidad; buena plasticidad; fácil de reforzar; buena conductividad; resistente a la corrosión; reciclable; soldable; fácil tratamiento superficial.
1) Propiedades de corrosión:
(1) Corrosión ácida: El aluminio presenta diferentes comportamientos de corrosión en diversos ácidos. En general, en los ácidos concentrados oxidantes se forma una película de pasivación que presenta una excelente resistencia a la corrosión, mientras que en los ácidos diluidos se producen fenómenos de corrosión por "picaduras". Corrosión localizada;
(2) Corrosión alcalina: En soluciones alcalinas, el álcali reacciona con el óxido de aluminio para formar aluminato de sodio y agua, que a su vez reacciona con el aluminio para formar aluminato de sodio e hidrógeno. Corrosión general;
(3) Corrosión neutra: En soluciones salinas neutras, el aluminio puede ser pasivo o corroerse por efecto de determinados cationes o aniones. Corrosión por picaduras.
2) Formas de corrosión:
Corrosión por picaduras, corrosión galvánica, corrosión por grietas, corrosión intergranularcorrosión filiforme, corrosión por exfoliación, etc.
Corrosión por picaduras: La forma más común de corrosión, cuyo grado está relacionado con el medio y la aleación.
Corrosión galvánica: Corrosión por contacto, corrosión de metales disímiles (bimetálicos). En una solución electrolítica, cuando dos metales o aleaciones están en contacto (conductores), se acelera la corrosión del metal más negativo, mientras que el metal más positivo queda protegido de la corrosión.
Corrosión por grietas: Se produce cuando dos superficies están en contacto formando una grieta. La célula de concentración de oxígeno se forma debido a la disolución de oxígeno en esta zona, lo que provoca la corrosión dentro de la grieta.
Corrosión intergranular: Relacionada con un tratamiento térmico inadecuado, elementos de aleación o compuestos intermetálicos precipitan a lo largo de los límites de los granos, que actúan como ánodos respecto a los granos, formando una célula de corrosión.
Corrosión filiforme: Tipo de corrosión bajo película que se desarrolla en forma de gusano bajo la película. Esta película puede ser una película de pintura, u otros recubrimientos, y generalmente no se produce bajo la película de óxido anódico. La corrosión filiforme está relacionada con la composición de la aleación, el pretratamiento antes del revestimiento y los factores ambientales, como la humedad, la temperatura y los cloruros.
Corrosión por exfoliación: También conocida como corrosión por exfoliación.
Pretratamiento mecánico superficial (pulido mecánico o lijado, etc.), pretratamiento químico o tratamiento químico (conversión química o chapado químico, etc.), tratamiento electroquímico (anodización o galvanoplastia, etc.), y tratamiento físico (pulverización, vitrificación del esmalte y otras técnicas físicas de modificación de la superficie), etc.
Vitrificación del esmalte: Fusión de una mezcla de sustancias inorgánicas en materiales similares al vidrio de diferentes puntos de fusión.
Resistencia a la corrosión; dureza y resistencia al desgaste; decorativo; adherencia del revestimiento orgánico y la capa galvánica; aislamiento eléctrico; transparencia; funcionalidad.
(1) Para mejorar las buenas condiciones de aspecto y la calidad del acabado superficial.
(2) Mejorar la calidad del producto.
(3) Para reducir el impacto de la soldadura.
(4) Para crear efectos decorativos.
(5) Para obtener una superficie limpia.
(1) Selección del tipo y la granularidad del abrasivo:
Esto se basa en la dureza del material de la pieza, el estado de la superficie y los requisitos de calidad; cuanto más dura o rugosa sea la superficie, más duro y basto será el abrasivo utilizado.
(2) El pulido debe realizarse en varios pasos, y la presión de la pieza hacia la muela debe ser moderada.
(3) Una muela abrasiva nueva debe rasparse preliminarmente para lograr el equilibrio antes de adherir el abrasivo.
(4) El abrasivo debe sustituirse periódicamente.
(5) Los materiales de aleación deben seleccionarse en función de las distintas necesidades.
(6) Debe seleccionarse la velocidad adecuada de la muela, generalmente controlada a 10~14m/s.
(7) El efecto de pulido depende de factores como el abrasivo, la rigidez de la muela, la velocidad de rotación de la muela, la presión de contacto entre la pieza y la muela, la experiencia práctica y las técnicas cualificadas.
Rectificado: Operación que se realiza una vez que la rueda de tela se ha adherido con abrasivo. Finalidad eliminar rebabas, arañazos, puntos de corrosión, ojos de lija, poros y otros defectos aparentes en la superficie de la pieza.
Pulido: La operación tras aplicar pasta de pulir en una rueda de paño suave o de fieltro.
Problema común: marca "Scorch".
Causa:
(1) Selección inadecuada de la muela, el abrasivo y el agente de pulido;
(2) Fuerza inadecuada empleada en el pulido;
(3) Tiempo de molienda prolongado;
(4) Sobrecalentamiento durante la molienda.
Medidas:
(1) Ligero grabado alcalino en una solución alcalina diluida;
(2) Grabado ácido suave: como solución de ácido crómico-ácido sulfúrico, o solución de ácido sulfúrico 10% utilizada después del calentamiento;
(3) 3wt% Na2CO3 y 2wt% Na3PO4, la solución se trata a una temperatura de 40~50℃ durante 5min, los casos graves pueden prolongarse a 10~15min.
Tras el tratamiento de limpieza y secado anterior, debe procederse inmediatamente al repulido utilizando un disco de pulido de precisión o pulido de espejos rueda.
Prevención:
Utilizar muelas y muelas pulidoras adecuadas; utilizar el agente pulidor adecuado; controlar adecuadamente el tiempo de rectificado entre la pieza y la muela pulidora.
1) Métodos de desengrasado:
Desengrase ácido, desengrase alcalino y desengrase con disolventes orgánicos. Finalidad: Eliminar aceite, grasa, polvo y otros contaminantes de la superficie del aluminio para permitir un lavado alcalino más uniforme, mejorando así la calidad de la película de oxidación anódica.
2) Principio
(1) Principio del desengrasado ácido: En una solución desengrasante ácida a base de H2SO4, H3PO4 y HNO3, los aceites y grasas sufren una hidrólisis para producir glicerina y los correspondientes ácidos grasos superiores, logrando el objetivo del desengrasado.
(2) Principio del desengrase alcalino: El álcali reacciona con el aceite para formar jabón soluble. Esta reacción de saponificación elimina la unión entre el aceite y la superficie del material de aluminio, logrando el objetivo del desengrasado.
(3) Principio del desengrasado con disolventes orgánicos: Aprovechando que los aceites son fácilmente solubles en disolventes orgánicos, se pueden disolver tanto aceites saponificados como no saponificados. Este método tiene una gran capacidad desengrasante, es rápido y no es corrosivo para el aluminio, con lo que se consigue el objetivo del desengrase.
1) Finalidad: para eliminar los contaminantes de la superficie, eliminar por completo la película de óxido natural de la superficie de aluminio, revelar la base de metal puro y prepararse para el posterior tratamiento principal. tratamiento superficial proceso.
2) Los tres principales defectos del lavado alcalino: Aspecto rugoso, manchas y estrías.
3) Aspecto
(1) Aspecto rugoso: un problema común cuando se produce chorro de arena materiales de aluminio con el lavado alcalino, a menudo causados por defectos estructurales en el material de aluminio original (granos grandes o grandes precipitados de compuestos intermetálicos); la mejora de la calidad de la estructura interna del material de aluminio original puede resolver el problema en su origen.
Causas: A: El tamaño de grano original de la varilla de aluminio para extrusión es grande. B: La temperatura de calentamiento de la varilla de aluminio es demasiado alta o la velocidad de extrusión es demasiado rápida. C: El tonelaje de la extrusora utilizada es demasiado pequeño. D: El enfriamiento tras la extrusión es insuficiente. E: La velocidad de lavado con álcali es demasiado rápida.
Contramedidas: Utilizar barras de aluminio extruido con un tamaño de grano que cumpla las normas nacionales; controlar la temperatura de salida de los productos extruidos; reforzar el enfriamiento tras la extrusión; controlar razonablemente la velocidad de lavado con álcali, etc.
(2) Manchas: un defecto mortal en tratamiento superficial del aluminiointerrumpir los procesos posteriores o eliminar como chatarra.
Causas:
R: La proporción de aluminio reciclado que se añade al fundir las varillas de fundición es demasiado elevada. El Al2O3 tiene un punto de fusión de hasta 2050°C, no se funde durante la fundición, sólo se rompe; la erosión durante el proceso de lavado con álcali da lugar a manchas corrosivas en forma de copo de nieve. Contramedidas: Controlar la proporción de aluminio reciclado en la película de oxidación anódica, debe ser inferior a 10%; refinado y eliminación de escorias de la masa fundida, la masa fundida debe reposar unos 25min antes de la colada y la masa fundida debe filtrarse, etc.
B: El contenido de iones de cloro en el agua es alto. Cuando la calidad del material de aluminio es mala y el contenido de iones de cloro del agua utilizada también es alto, se revelarán manchas corrosivas durante el lavado con álcali o el lavado con agua antes y después del lavado con álcali. Contramedidas: Mejorar la calidad del material de aluminio original; utilizar agua del grifo que cumpla las normas nacionales; utilizar ácido nítrico o ácido nítrico más ácido sulfúrico para la desincrustación; añadir 1~5g/L de HNO3 al níquel del depósito de agua también puede suprimir eficazmente el efecto corrosivo de los iones cloruro.
C: Corrosión atmosférica. Los materiales de aluminio colocados en ambientes atmosféricos costeros durante unos 3 días, junto a hornos de fundición de atmósfera corrosiva, tiempo lluvioso, etc., suelen presentar marcas o manchas corrosivas en la superficie. Contramedidas: Acortar el tiempo de ciclo del material de aluminio original en oxidación anódica; colocar el material de aluminio original con oxidación anódica en un ambiente seco y bien ventilado; para la colocación a largo plazo o en días lluviosos, se puede realizar un tratamiento de cobertura adecuado en el material de aluminio original, etc.
D: "Punto caliente" de extrusión. El material de aluminio entra en contacto con el rodillo de grafito térmicamente conductor en la mesa de descarga, debido a las diferentes velocidades de enfriamiento local, la fase de precipitación (fase Mg2Si, rango de temperatura 400~250℃) se forma en el material de aluminio, presentando puntos de intervalo. Contramedidas: Controlar la velocidad de operación de la mesa de descarga de extrusión (debe ser mayor que la velocidad de extrusión del aluminio); utilizar otros materiales resistentes al calor con baja conductividad térmica para reemplazar los rodillos de grafito; tomar prestada la fuerza de enfriamiento del viento de la pistola; reducir rápidamente el material de aluminio de salida de extrusión por debajo de 250℃.
(3) Estrías: Defectos de rayas de lavado con álcali causados por condiciones y operaciones inadecuadas del proceso de lavado con álcali (la velocidad de lavado con álcali es demasiado rápida y la velocidad de transferencia es demasiado lenta). Contramedidas: A: Acelerar la transferencia. B: Reducir la temperatura del baño de lavado con álcali. C: Reducir la concentración de NaOH en el baño. D: El material de aluminio está demasiado densamente empaquetado, debe reducirse adecuadamente.
Propósito: Para eliminar el polvo superficial, evitar la contaminación del baño de anodizado posterior y mejorar la calidad de la película de óxido.
Métodos: Eliminación de polvo de ácido nítrico, eliminación de polvo de ácido sulfúrico,
El tratamiento superficial con arena de flúor es un proceso de corrosión ácida que utiliza iones de flúor para producir una corrosión puntual muy uniforme y de alta densidad en la superficie del aluminio.
Defectos y contramedidas:
(1) La superficie tiene imperfecciones: Cuando hay demasiados precipitados en el depósito y la concentración de iones fluoruro es baja, la fuerza de reacción es débil. Los precipitados se depositan o permanecen demasiado tiempo en la superficie, lo que dificulta la corrosión normal de los iones fluoruro.
Contramedida: Eliminar los precipitados excesivos en el tanque, reducir la densidad del aluminio, añadir una cantidad adecuada de bifluoruro de amonio y aditivos, aumentar la concentración de iones fluoruro y aumentar la fuerza de reacción.
(2) La superficie no es fácil de lijar: El líquido del tanque está contaminado por el desengrase ácido precedente, lo que provoca la disminución del PH, y la concentración de iones fluoruro y aditivos es insuficiente.
Contramedida: Ajustar el valor del PH con amoníaco o fluoruro de amonio, y añadir bifluoruro de amonio y aditivos, etc.
(3) Los granos de arena de la superficie son demasiado gruesos: La concentración de iones fluoruro en el tanque es demasiado alta o los aditivos son insuficientes, o el tiempo de tratamiento es demasiado largo.
Contramedida: Adoptar las medidas de control correspondientes.
(4) El brillo de la superficie varía: Las condiciones del proceso del tanque no se controlan adecuadamente, o la elección de los aditivos es inadecuada, o hay un problema con el material de aluminio.
Contramedida: Adoptar las medidas de control correspondientes.
(5) Las zonas parciales no se lijan: Hay una película de óxido compuesto en la zona local.
Contramedida: Ajustar el flujo del proceso, como pulir, abrillantar, volver a lavar con ácido o álcali, etc.
1) Pulido químico: Al controlar la disolución selectiva de la superficie de aluminio, las protuberancias microscópicas se disuelven más rápido que los rebajes, consiguiendo una superficie lisa y brillante.
2) Pulido electroquímicotambién conocido como electropulido. El principio es similar al del pulido químico, ya que se basa en la disolución selectiva de las partes salientes de la superficie para lograr el alisado. La diferencia es la aplicación de una corriente externa, que acorta el tiempo de tratamiento.
3) Punto común: Ambos utilizan el mismo mecanismo de pulido; diferencia: El pulido electroquímico aplica una corriente durante el proceso, mientras que el pulido químico utiliza oxidantes químicos.
En comparación con el pulido mecánico, el pulido químico y electroquímico presenta las siguientes ventajas:
(1) Equipo sencillo, fácil de controlar los parámetros del proceso, ahorro de costes y una superficie más brillante;
(2) Capaz de procesar componentes de gran tamaño o grandes cantidades de componentes pequeños, así como piezas de formas complejas;
(3) Superficie más limpia, sin polvo de pulido mecánico residual, con buena resistencia a la corrosión;
(4) La reflectividad espejo de la superficie pulida químicamente es mayor, la textura del metal es mejor y no se forma "escarcha" pulverulenta en la superficie.
1) Defectos y contramedidas del pulido químico (tomando como ejemplo el proceso ácido fosfórico-ácido sulfúrico-ácido nítrico)
(1) Brillo insuficiente: Influido por la composición del aluminioel contenido de ácido nítrico, etc.
Contramedida: Utilizar aluminio de gran pureza, controlar la concentración de ácido nítrico y asegurarse de que el aluminio está seco antes de pulirlo.
(2) Depósitos blancos: Excesiva disolución de aluminio, lo que obliga a controlar su contenido en el baño.
Contramedida: Ajustar la cantidad de aluminio disuelto en el baño dentro del rango normal.
(3) Superficie rugosa: Contenido demasiado alto de ácido nítrico, reacción demasiado intensa; o contenido demasiado alto de Cu.
Contramedida: Control estricto del contenido de ácido nítrico; mejorar la calidad interna del material, reducir la cantidad de aditivos, etc.
(4) Corrosión por transferencia: Se produce cuando la transición al proceso de aclarado tras el pulido químico es lenta.
Contramedida: Pasar al agua para enjuagar rápidamente.
(5) Corrosión por picaduras: Ocurre debido a la acumulación de gas en la superficie formando bolsas de gas; o debido al bajo contenido de ácido nítrico o Cu.
Contramedida: Cargar las piezas adecuadamente, aumentar la inclinación de la pieza, potenciar la agitación para permitir la salida de gases. Limpiar bien la superficie; controlar el contenido de ácido nítrico, etc.
2) Defectos y contramedidas del pulido electroquímico (tomando como ejemplo el proceso de ácido fosfórico-sulfúrico-crómico)
(1) Quemaduras eléctricas: causadas por una superficie conductora insuficiente, un contacto deficiente, un aumento demasiado rápido de la tensión o una densidad de corriente excesiva. Contramedida: Asegúrese de que haya un buen contacto entre la pieza de trabajo y el dispositivo eléctrico, una superficie de contacto suficiente para absorber una corriente elevada y evite un aumento demasiado rápido de la tensión.
(2) Puntos oscuros: causados por una baja densidad de corriente o una distribución local desigual de las líneas eléctricas. Contramedida: Evitar la sobrecarga y evitar las zonas muertas donde no llegan las líneas eléctricas.
(3) Rayas de gas: causadas por escapes de gas. Contramedida: Colocar cada superficie de la pieza en ángulo durante la carga, colocar las superficies decorativas verticalmente hacia el cátodo y evitar la acumulación de gas.
(4) Adherencias similares a cristales de hielo: formadas por un alto contenido de aluminio en el baño o un alto contenido de ácido fosfórico que crea un precipitado de fosfato de aluminio. Contramedida: Reducir la cantidad de aluminio disuelto en el baño o disminuir el contenido de ácido fosfórico.
(1) Tipo de barrera: También conocida como película de óxido tipo escudo o capa de bloqueo, está estrechamente adyacente a la superficie metálica, densa, sin poros, delgada, con un espesor determinado por la tensión de oxidación, no superior a 0,1μm, utilizada principalmente para condensadores electrolíticos.
(2) Tipo poroso: Compuesta por dos capas de película de óxido, la capa inferior es una capa de bloqueo, con una estructura de capa de óxido fina, densa y sin poros, idéntica a la película de barrera, cuyo espesor depende de la tensión; la parte principal es una estructura de capa porosa, cuyo espesor depende de la cantidad de electricidad que pasa.
(Capa de bloqueo: Se refiere a la capa de óxido con propiedades de película barrera y reglas de formación que separan la capa porosa de la película de óxido poroso del metal de aluminio).
Composición de la película de óxido anódico poroso: capa de bloqueo y capa porosa; la estructura y las reglas de formación de la capa de bloqueo son equivalentes a las de la película de óxido de tipo barrera; las reglas de generación, la estructura y la composición de la capa porosa son completamente diferentes de las de la capa de bloqueo.
1) Grosor de la capa de bloqueo: Depende de la tensión de oxidación aplicada externamente y no está relacionada con el tiempo de oxidación. La velocidad de formación de película o relación de película δb/Va; la velocidad de formación de película de la película de óxido de barrera es mayor que la velocidad de formación de película de la capa de bloqueo de la película de óxido porosa.
Espesor de la capa porosa: espesor total = capa porosa + capa de bloqueo; el espesor total es directamente proporcional al producto de la densidad de corriente y el tiempo de oxidación (es decir, la cantidad de electricidad que pasa).
2) Composición de la capa de bloqueo: óxido amorfo denso y sin poros.
Composición de la capa porosa: Al2O3 amorfo, pero no puro.
3) Estructura de la capa de bloqueo: Estructura de doble capa. Capa exterior: contiene aniones de solución; capa interior: compuesta principalmente de óxido de aluminio puro.
Estructura de la capa porosa: capa exterior: contiene γ-Al2O3 y α-AlOOH; capa interior: Al2O3 amorfo, la infiltración de agua en la película de óxido se transforma gradualmente en boehmita α-AlOOH.
Impacto de los parámetros en el ácido sulfúrico de aluminio proceso de anodizado
(1) La influencia de la concentración de ácido sulfúrico:
Afecta al grosor de la capa de barrera de la película de oxidación, a la conductividad del electrolito, al efecto de disolución en la película de oxidación, a la resistencia a la corrosión de la película de oxidación y a la calidad del sellado posterior de los poros.
Una concentración elevada tiene un importante efecto disolvente sobre la película de oxidación, lo que da lugar a una capa barrera fina y a una disminución de la tensión necesaria para mantener una determinada densidad de corriente; lo contrario da lugar a una película gruesa y a una tensión elevada.
Una concentración elevada de ácido sulfúrico requiere una tensión baja para mantener una corriente determinada, pero tiene un impacto significativo en la película de oxidación. A medida que aumentan la concentración y la temperatura del ácido sulfúrico, disminuye la tensión necesaria.
Sin embargo, una mayor concentración de ácido sulfúrico aumenta la erosión de la película de oxidación por el ácido. A medida que aumenta la concentración de ácido sulfúrico, disminuye la eficacia: es decir, se consume más electricidad para obtener una película de oxidación de cierto espesor. A medida que aumenta la concentración de ácido sulfúrico, disminuyen la resistencia a la corrosión y la resistencia al desgaste de la película.
(2) La influencia de la temperatura del baño:
1) Cuando la temperatura del baño aumenta dentro de un cierto rango, el tipo de película de oxidación obtenida disminuye, la película se vuelve más blanda pero más brillante;
2) Cuando la temperatura del baño es alta, el diámetro de los poros y la conicidad de la capa exterior de la película de oxidación tienden a aumentar, lo que dificulta el sellado, y también es propenso al "escarchado" del sellado.
3) La película de oxidación obtenida a temperaturas de baño más altas es fácil de teñir, pero es difícil mantener la consistencia de la profundidad del color, y la temperatura de oxidación de la película teñida general es de 20~25℃;
4) La película de oxidación obtenida bajando la temperatura del baño tiene alta dureza y buena resistencia al desgaste, pero mantener la misma densidad de corriente durante el mantenimiento requiere un voltaje más alto, y la película común utiliza 18~22℃.
En el caso de las películas de más de 15μm de grosor, cuando aumenta la temperatura del baño, la calidad de la película y la proporción de pérdida de metal disminuyen significativamente, y la dureza de la capa exterior de la película es menor.
La temperatura afecta significativamente a la calidad de la película de oxidación: las temperaturas superiores a 15℃ producen películas blandas no cristalinas. Las temperaturas más bajas ayudan a producir películas de oxidación densas. A medida que aumenta la temperatura, disminuye la dureza de la película.
Para obtener una película de gran dureza y buena resistencia al desgaste, debe utilizarse el anodizado a baja temperatura. Excepto la aleación 3004, generalmente, las aleaciones tienen la mejor resistencia a la corrosión a 20℃. La resistencia a la corrosión disminuye a medida que aumenta la temperatura y llega a su mínimo a 40℃.
(3) Influencia de la tensión de oxidación:
El voltaje determina el tamaño de los poros de la película de oxidación: bajo voltaje - tamaño de poro pequeño, más poros - tamaño de poro grande, menos poros.
(Dentro de cierto margen, una tensión elevada favorece la formación de películas de oxidación densas y uniformes. A tensión constante, la densidad de corriente disminuye a medida que aumenta el tiempo de oxidación.
Cuanto mayor sea la tensión necesaria para mantener una corriente determinada, más calor se desprenderá durante el proceso de oxidación, lo que no favorece la estabilidad del rendimiento de la película de óxido. Cuando la corriente es constante, cuanto menor es la temperatura, mayor es la tensión).
(4) Influencia de la corriente de oxidación:
La corriente de oxidación afecta directamente a la eficiencia de la producción: la eficiencia de la producción con corriente alta es alta.
(Una corriente elevada requiere un condensador de gran capacidad, lo que provoca importantes fluctuaciones en el espesor de la película y causa fácilmente "quemaduras" en la pieza. Con una corriente baja, el tiempo de oxidación es largo, lo que reduce la resistencia a la corrosión y al desgaste de la película. La corriente óptima es de 1,2~1,8A/dm2.
Cuanto mayor sea la concentración de ácido sulfúrico, mejor será la conductividad de la solución del baño y mayor será la densidad de corriente bajo el mismo voltaje. A medida que aumenta el contenido de aluminio, aumenta la resistencia de la solución del baño y disminuye su conductividad).
(5) La influencia de la agitación de la solución del baño:
Para que la temperatura y la concentración de la solución del baño de oxidación anódica sean uniformes, especialmente cuando se utiliza una corriente mayor, se genera una gran cantidad de calor en la interfase película-solución del baño, y la agitación reduce la temperatura de la interfase.
(6) La influencia del tiempo de oxidación:
Bajo oxidación con corriente constante, el aumento del espesor de la película de oxidación es directamente proporcional al tiempo dentro de un cierto período. (En función de la concentración de electrolito, la temperatura de la solución del baño, la densidad de corriente, el espesor de la película de oxidación y los requisitos de rendimiento, etc.).
1) Proceso del ácido sulfúrico: Bajo coste de producción; alta transparencia de la película; buena resistencia a la corrosión y al desgaste; fácil coloración electrolítica y química.
2) Proceso del ácido crómico: El espesor de la película de óxido es medio, con una superficie rugosa; la película es blanda; tiene menos resistencia al desgaste que la película de sulfato, pero tiene buena elasticidad.
3) Proceso del ácido oxálico: La película de óxido tiene baja porosidad, mejor resistencia a la corrosión, al desgaste y al aislamiento eléctrico que la película de ácido sulfúrico, pero su coste es más elevado.
4) Proceso del ácido fosfórico: La película de óxido es más fina, con poros más grandes.
1) CA: Bajo rendimiento de corriente; escasa resistencia a la corrosión de la película de óxido, baja dureza.
2) CC: Alto coste de producción; alta transparencia de la película; buena resistencia a la corrosión y al desgaste; fácil coloración electrolítica y química.
Afecta principalmente a la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión, el brillo y la conductividad electrolítica de la película de óxido.
(1) Iones de aluminio:
Una concentración de 1~10g/L es beneficiosa, pero más de 10g/L causará un impacto. La corriente disminuye a medida que aumenta la concentración de iones de aluminio; la coloración se hace más difícil; cuando el contenido de aluminio es alto, se depositan sales de aluminio insolubles en la superficie de la pieza de trabajo de aluminio, la pared del tanque y el intercambiador de calor, lo que afecta al aspecto del producto y a la eficacia del intercambio de calor.
(2) Cationes Fe, MN, Cu y Ni, etc:
Fe: Impureza nociva, procede principalmente del ácido sulfúrico y del aluminio. Cuando el contenido de Fe supera los 25~50μg/g, la película de óxido presenta muchos problemas, como disminución del brillo y película blanda.
Mn: El efecto es similar al del Fe, pero no tan significativo.
Cu y Ni: Proceden principalmente del aluminio aleado, sus efectos son similares, cuando el contenido supera los 100μg/g, la resistencia a la corrosión de la película de óxido disminuye.
(3) Aniones como fosfato, nitrato, cloruro, etc:
Fosfato: Causado por un lavado insuficiente tras el pulido químico; el efecto no es significativo cuando el contenido es bajo (nivel de ppm). El principal peligro cuando el contenido es alto es que el fosfato es adsorbido por la película de óxido y se libera durante el sellado con agua, lo que perjudicará la calidad del sellado cuando supere los 5μg/g.
Nitrato: Procede principalmente de un lavado insuficiente tras el proceso anterior y de ácido sulfúrico comercial en el baño. Cuando el contenido supera los 30μg/g, es perjudicial para el brillo, y demasiado alto aumentará la capacidad de disolución del baño, lo que no favorece la formación de película.
Cloruro: Procede principalmente del agua utilizada, el contenido de cloruro en el agua del grifo es elevado. Cuando el Cl- y el F- superan los 50μg/g, la película de óxido produce puntos de corrosión.
La preparación de una película de óxido anódico duro no presenta diferencias fundamentales con respecto a la anodización ordinaria en cuanto a principios, equipos y procesos. Las medidas técnicas específicas son ligeramente diferentes. La diferencia radica en la reducción de la velocidad de disolución de la película de óxido durante el proceso de oxidación.
La película de óxido anódico duro tiene mayor espesor, mayor dureza, mejor resistencia al desgaste, menor porosidad, mayor tensión de ruptura dieléctrica, pero la lisura superficial es ligeramente peor.
(Cuando el voltaje aplicado es alto, la concentración es baja y el tiempo de tratamiento es largo, la película será gruesa, dura, resistente al desgaste, tendrá un alto voltaje de ruptura dieléctrica, baja porosidad, gran tamaño de poro y poca suavidad superficial).
(1) Baja temperatura del baño: menos de 5°C, cuanto más baja sea la temperatura, más dura será la película. La temperatura del baño para la anodización ordinaria con ácido sulfúrico es de unos 20°C.
(2) Baja concentración del baño: generalmente inferior a 15% para el ácido sulfúrico; la concentración del baño para la anodización ordinaria se sitúa en torno a 20%.
(3) Adición de ácidos orgánicos al baño de ácido sulfúrico: ácido oxálico, ácido tartárico, ácido cítrico, etc.
(4) Alta corriente/tensión aplicada: 2~5A/dm2, 25~100V. La anodización ordinaria utiliza 1,0~1,5 A/dm2, por debajo de 18V.
(5) Método de funcionamiento de aumento gradual de la tensión: presurización paso a paso.
(6) Utilización de una fuente de alimentación de impulsos o de una fuente de alimentación de forma de onda especial: para aleaciones de alto contenido en Cu o de alto contenido en Si aluminio fundido aleación.
1) Proceso de coloración electrolítica con sal de Sn:
Se trata principalmente de la coloración electrolítica con una única sal de Sn y con una mezcla de Sn-Ni, siendo SnSO4 la sal colorante principal. El color se consigue mediante la reducción de iones Sn2+ en los microporos de la película anodizada.
Ventajas: La sal de Sn tiene una buena resistencia a las impurezas, una gran capacidad de distribución de la solución colorante electrolítica y un control industrial sencillo. No existen dificultades inherentes a la coloración con sal de Sn de corriente alterna. Desventajas: El Sn2+ tiene poca estabilidad y es difícil controlar las diferencias de color y los matices.
2) Proceso de coloración electrolítica con sal de Ni:
Similar al proceso de coloración electrolítica con sal de Sn, implica la deposición de Ni para la coloración. Ventajas: La coloración con sales de Ni es rápida y la solución del baño tiene buena estabilidad. Desventajas: Es sensible a las impurezas de la solución del baño.
1) Coloración AC.
Ventajas: Supera el riesgo de desprendimiento de la película de óxido en la coloración electrolítica DC. Desventajas: En la coloración por corriente alterna, la tensión anódica afecta a la velocidad de la reacción de coloración catódica, provocando una disminución de la densidad de corriente anódica y de la densidad de corriente catódica, lo que ralentiza la velocidad de coloración.
2) Coloración DC.
Ventajas: Rápida velocidad de coloración, alto índice de utilización de la energía eléctrica. Desventajas: Existe el riesgo de desprendimiento de la película de óxido en la coloración electrolítica DC.
(1) La película anodizada de aluminio obtenida en solución de ácido sulfúrico es incolora y porosa;
(2) La película de óxido debe tener un cierto espesor, que debe ser superior a 7um;
(3) La película de óxido debe tener cierta porosidad y adsorción;
(4) La capa de óxido debe ser completa y uniforme, sin defectos como arañazos, ojos de arena o puntos de corrosión;
(5) La propia película de óxido debe tener un color adecuado y no presentar diferencias en la estructura metalográfica, como tamaño de grano desigual o segregación grave.
(1) El teñido orgánico se basa en la teoría de la adsorción de materiales, que incluye la adsorción física y la adsorción química.
Adsorción física: Las moléculas o los iones se adsorben por fuerza electrostática. La composición de la película de óxido es de óxido de aluminio amorfo, la capa de barrera densa cerca del sustrato de aluminio está en el interior, y la estructura porosa que crece hacia fuera en forma de campana está en la parte superior, mostrando un excelente rendimiento de adsorción física. Cuando las moléculas de colorante entran en los poros de la película, se adsorben en las paredes de los poros.
Adsorción química: Adsorción por fuerza química. En este momento, las moléculas de colorante orgánico reaccionan químicamente con el óxido de aluminio y existen dentro de los poros de la película debido a la unión química.
Este tipo de adsorción incluye lo siguiente: la película de óxido forma un enlace covalente con el grupo sulfónico de la molécula de colorante; la película de óxido forma un enlace de hidrógeno con el grupo fenólico de la molécula de colorante; la película de óxido forma un complejo con la molécula de colorante.
(2) Mecanismo de teñido inorgánico: Durante el teñido, la pieza oxidada se sumerge primero en una solución de sales inorgánicas en un orden determinado y, a continuación, se sumerge sucesivamente en otra solución de sales inorgánicas, lo que hace que estas sustancias inorgánicas experimenten una reacción química en los poros de la película para formar un compuesto coloreado insoluble en agua. Esto rellena los poros de la película de óxido y los sella, dando así color a la capa de la película.
Flujo del proceso: Pretratamiento - Anodización - Limpieza - Neutralización con amoníaco u otro tratamiento - Limpieza - Teñido - Limpieza - Tratamiento de sellado - Secado.
Normas:
1) La concentración para facilitar el teñido: Los colores claros se controlan generalmente a 0.1~1g/L, mientras que los colores oscuros requieren 2~5 g/L, y el negro requiere más de 10 g/L;
2) Temperatura de la solución colorante: Generalmente se controla a 50~70℃;
3) Valor PH de la solución colorante: El rango de PH es de 5~6;
4) Tiempo de teñido: Normalmente entre 5~15min.
(1) Efecto del sulfato sódico: El sulfato sódico ralentiza la velocidad de tintura, este efecto aumenta con el incremento de grupos azufrados en los iones colorantes, especialmente en colorantes de complejos metálicos.
(2) Efecto del cloruro sódico: Causa principal de las picaduras (manchas blancas). Las picaduras se suprimen mediante corriente catódica.
(3) Efecto de los tensioactivos: Los tensioactivos no iónicos no tienen ningún efecto sobre el teñido, pero los tensioactivos catiónicos, como en el MLW negro, ralentizarán el teñido, por lo que no es conveniente añadir tensioactivos iónicos al desengrasante, ya que algunos aniones no favorecen el teñido.
(4) Efecto de los iones de aluminio trivalente: Una pequeña cantidad de Al3+ no tiene ningún efecto sobre muchas soluciones de colorante, a menos que alcance 500~1000ug/g, lo que puede provocar un cambio de color, como que el azul se vuelva rojo, etc.
(5) Efecto de los iones de metales pesados.
(6) Efecto de los aniones.
(7) Efecto de la acción bacteriana en el teñido: Las bacterias proliferan en la solución colorante, enmoheciéndola. Al principio, aparecen pequeñas burbujas en la superficie de la solución colorante. Cuando la solución colorante se deja reposar sin trabajar, algunas partículas insolubles de color se reúnen alrededor de las burbujas, provocando un teñido anormal.
Si es visible a simple vista, se debe eliminar la sustancia mohosa suspendida en la superficie y añadir un bactericida adecuado, como diclorofenol G4, a 0,05~0,10g/L, disuelto en una solución de etanol y añadirlo al tanque.
A veces es necesario verter la solución colorante. En ese momento, utilice una solución bactericida o de ácido hipocloroso para limpiar la pared del depósito y, a continuación, vuelva a configurarlo.
(8) Efecto de las impurezas insolubles en el teñido: La solución colorante a veces lleva inevitablemente manchas de aceite, contaminando la pieza y haciendo que el teñido florezca.
En este momento, se debe utilizar papel absorbente de aceite para absorberlo y eliminarlo, o añadir una pequeña cantidad de tensioactivo no iónico para dispersar las gotas de aceite de modo que no se acumulen en la superficie de la solución colorante.
Generalmente se trabaja a temperatura ambiente, normalmente en dos pasos: primero se sumerge en la primera solución durante 5~10 minutos, después se aclara y se sumerge en la segunda solución durante otros 5~10 minutos para conseguir el color deseado.
Normas comunes del proceso de tintura inorgánica.
| Colores | Componentes de la solución: | Concentración/(g/L) | Producción de sales coloreadas |
| Azul | ① [K4Fe(CN)6.3H2O] ② [FeCl3] o [Fe2(SO4)2] | 30~50 40~50 | Ferricianuro ferroso (azul de Prusia) |
| Negro | ① [CoAc2] ② [KMnO4] | 50~100 15~25 | Óxido de cobalto |
| Amarillo | ① [PbAc2.3H2O] ② [K2Cr2O7] | 100~200 50~100 | Cromato de plomo |
| Blanco | ① [PbAc2.3H2O] ② [Na2SO4] | 10~50 10~50 | Sulfato de plomo |
| Marrón | ① [K3Fe(CN)6] ② [CuSO4.5H2O] | 10~50 10~100 | Ferrocianuro de cobre |
| Oro | [NH4Fe(C2O4)2](Ph=4,8~5,3, 35~50oC, 2min) | 10 (Poco profundo) 25 (Profundo) |
1) El color no se aplica.
Solución:
a) Cambiar el pigmento
b) Ajustar el PH
c) Aumentar el grosor de la película
d) Tinte a tiempo
e) Elegir el pigmento adecuado.
2) Algunas zonas no toman color o el color es claro.
Solución:
a) Reforzar las medidas de protección
b) Aumentar la concentración de pigmentos
c) Aumentar el grosor de la película
d) Sujetar la pieza, ajustar la posición
e) Cambiar la solución colorante
f) Mejorar la disolución del pigmento.
3) La superficie aparece blanca y empañada tras el teñido.
Solución:
a) Eliminar el vapor de agua
b) Ajustar la concentración de la solución de desvanecimiento
c) Acortar el tiempo de desvanecimiento.
4) El color florece tras el teñido.
Solución:
a) Ajustar el PH y mejorar la limpieza
b) Mejorar la disolución del pigmento
c) Bajar la temperatura de la solución colorante.
5) Hay manchas después del teñido.
Solución:
a) Enjuagar la superficie de la muestra con agua.
b) Filtrar la solución colorante
c) Colocar la pieza en un depósito de agua después de la oxidación
d) Mejorar la protección.
6) El color se desvanece fácilmente después del teñido.
Solución:
a) Aumentar el PH
b) Aumentar la temperatura del baño de tintura, prolongar el tiempo de tintura, ajustar el PH del baño de sellado, prolongar el tiempo de sellado.
7) La superficie teñida puede borrarse fácilmente.
Solución:
a) Reoxidar
b) Aumentar la temperatura de la solución colorante
c) Aumentar la temperatura de oxidación.
8) El color es demasiado oscuro después del teñido.
Solución:
a) Diluir la solución colorante
b) Bajar la temperatura
c) Acortar el tiempo.
1. Sellado
Proceso químico o físico realizado en la película oxidada tras la anodización del aluminio para reducir su porosidad y capacidad de adsorción.
Los principios fundamentales del sellado incluyen:
(1) reacción de hidratación; (2) relleno inorgánico; (3) relleno orgánico.
2. Técnica de sellado térmico
La técnica del sellado térmico se consigue mediante la reacción de hidratación del óxido de aluminio, transformando el óxido de aluminio amorfo en un óxido de aluminio hidratado conocido como boehmita, o Al2O3-H2O(AlOOH).
La esencia del mecanismo de sellado térmico es la reacción de hidratación, a menudo denominada "sellado térmico de hidratación".
3. El papel de la reacción de hidratación
Provoca una expansión del volumen de 30%, el aumento de volumen rellena y sella los microporos de la película oxidada, mejorando así su resistencia anticontaminación y a la corrosión, al tiempo que disminuye la conductividad (aumentando la impedancia), y aumenta la constante dieléctrica.
4. La influencia de las impurezas en el agua
1) La eficacia del sellado depende en gran medida de la calidad del agua y del control del PH;
2) Impurezas comunes: SiO2 y H2SiO3; 3) Contramedidas: intercambio iónico.
5. Comparación de los parámetros de sellado en agua hirviendo y en frío
1) La temperatura de sellado con agua hirviendo: generalmente por encima de 95 grados. El sellado en frío se realiza a temperatura ambiente.
2) El valor de PH del sellado con agua hirviendo: el rango óptimo es de 5,5~6,5. El rango de sellado en frío también es de 5,5~6,5, con un control industrial óptimo en 6.
3) El tiempo de sellado con agua hirviendo: depende del grosor de la película, el tamaño de los poros y los requisitos de la prueba de calidad de sellado. El sellado en frío suele estipularse en 10~15 minutos.
1) Aspecto y diferencia de color:
Métodos de inspección: Detección visual e instrumental.
Ventajas e inconvenientes: La inspección visual es sencilla, pero se ve afectada fácilmente por la forma y el tamaño de la muestra y la intensidad de la luz. La detección por instrumentos resuelve las deficiencias de la inspección visual y es adecuada para medir el color de la luz reflejada.
2) Espesor de la película de óxido:
Métodos de medición:
a) Método de medición microscópica del espesor transversal: Espesor de la película superior a 5um, vertical.
b) Método de medición con microscopio de haz espectral: Espesor de la película superior a 5um, índice de refracción de la película de óxido 1,59~1,62.
c) Método de pérdida de masa: Espesor de la película inferior a 5um, método de disolución, densidad superficial, densidad de la película de óxido (oxidación líquida con ácido sulfúrico) antes y después del sellado son 2,6 y 2,4g/cm.3.
d) Método de corrientes de Foucault: No apto para películas finas.
3) Calidad del sellado:
a) Prueba dactiloscópica.
b) Calidad de las manchas teñidas tras el tratamiento ácido, no apto para contenidos con Cu superior a 2% y Si superior a 4%.
c) Experimento con ácido fosfocrómico.
4) Resistencia a la corrosión:
a) Ensayo de corrosión por niebla salina.
b) Ensayo de corrosión en atmósfera húmeda de SO2.
c) Prueba de corrosión de Machu.
d) Prueba de corrosión por calor húmedo.
e) Ensayo de corrosión alcalina por caída.
5) Estabilidad química:
a) Prueba de resistencia a los ácidos.
b) Prueba de resistencia a los álcalis.
c) Prueba de resistencia al mortero.
6) Resistencia a la intemperie:
a) Prueba de exposición natural.
b) Ensayo de intemperismo acelerado artificial.
7) Dureza:
a) Dureza de indentación.
b) Dureza del lápiz.
c) Microdureza.
8) Resistencia a la abrasión:
a) Resistencia a la abrasión detectada por un aparato de ensayo de chorro de arena.
b) Resistencia a la abrasión detectada por un comprobador de desgaste de ruedas.
c) Resistencia a la abrasión detectada mediante un probador de caída de arena.
9) Adherencia:
a) Experimento de corte de rejilla.
b) Experimento instrumental: Método del rasguño.
10) Propiedades mecánicas:
a) Resistencia al impacto.
b) Resistencia a la flexión.
c) Rendimiento frente a la fatiga.
d) Fuerza de adherencia.
e) Resistencia a la fractura por deformación.
f) Grieta por calor resistencia.
11) Aislamiento eléctrico: Método de la tensión de ruptura.
12) Actuación reflexiva.
13) Otros:
a) Rendimiento de polimerización del revestimiento.
b) Resistencia al agua hirviendo.
c) Maquinabilidad.
Composición de la aleación, espesor de la película, condiciones de curado de los revestimientos de alto polímero, condiciones de anodizado y condiciones de sellado, etc.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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