Porque é que a liga de alumínio é anodizada e o que acontece durante o processo? A anodização não só melhora a resistência à corrosão e o apelo estético do alumínio, como também aumenta a dureza da sua superfície. Este artigo irá guiá-lo através da ciência por detrás da anodização de ligas de alumínio, dos vários métodos de tratamento de superfície envolvidos e da forma como estes afectam a durabilidade e o aspeto do produto final. Mergulhe para descobrir as técnicas precisas e as vantagens deste processo industrial essencial.
Baixa densidade; boa plasticidade; fácil de reforçar; boa condutividade; resistente à corrosão; reciclável; soldável; fácil tratamento de superfície.
1) Propriedades de corrosão:
(1) Corrosão ácida: O alumínio apresenta diferentes comportamentos de corrosão em vários ácidos. Em geral, forma-se uma película de passivação em ácidos concentrados oxidantes, que tem uma excelente resistência à corrosão, enquanto que em ácidos diluídos ocorrem fenómenos de corrosão por "pitting". Corrosão localizada;
(2) Corrosão alcalina: Em soluções alcalinas, o álcali reage com o óxido de alumínio para formar aluminato de sódio e água, que por sua vez reage com o alumínio para formar aluminato de sódio e hidrogénio. Corrosão geral;
(3) Corrosão neutra: Em soluções salinas neutras, o alumínio pode ser passivo ou corroer devido ao efeito de certos catiões ou aniões. Corrosão por pite.
2) Formas de corrosão:
Corrosão por pite, corrosão galvânica, corrosão em fendas, corrosão intergranularcorrosão filiforme, corrosão por esfoliação, etc.
Corrosão por pite: A forma mais comum de corrosão, cujo grau está relacionado com o meio e a liga.
Corrosão galvânica: Corrosão por contacto, corrosão de metais dissimilares (bimetálicos). Numa solução electrolítica, quando dois metais ou ligas estão em contacto (em condução), a corrosão do metal mais negativo é acelerada, enquanto o metal mais positivo é protegido da corrosão.
Corrosão em fendas: Ocorre quando duas superfícies estão em contacto uma com a outra, formando uma fenda. A célula de concentração de oxigénio é formada devido à dissolução do oxigénio nesta área, levando à corrosão dentro da fenda.
Corrosão intergranular: Relacionada com um tratamento térmico incorreto, elementos de liga ou compostos intermetálicos precipitam ao longo dos limites dos grãos, que actuam como ânodos em relação aos grãos, formando uma célula de corrosão.
Corrosão filiforme: Um tipo de corrosão sob a película que se desenvolve como um verme sob a película. Esta película pode ser uma película de tinta, ou outros revestimentos, e geralmente não ocorre sob a película de óxido anódico. A corrosão filiforme está relacionada com a composição da liga, o pré-tratamento antes do revestimento e factores ambientais, incluindo humidade, temperatura e cloretos.
Corrosão por esfoliação: Também conhecida como corrosão por descamação.
Pré-tratamento mecânico da superfície (polimento mecânico ou lixagem, etc.), pré-tratamento químico ou tratamento químico (conversão química ou revestimento químico, etc.), tratamento eletroquímico (anodização ou galvanoplastia, etc.) e tratamento físico (pulverização, vitrificação do esmalte e outras técnicas físicas de modificação da superfície), etc.
Vitrificação do esmalte: Fusão de uma mistura de substâncias inorgânicas em materiais semelhantes ao vidro com diferentes pontos de fusão.
Resistência à corrosão; dureza e resistência ao desgaste; decorativo; aderência do revestimento orgânico e da camada galvanizada; isolamento elétrico; transparência; funcionalidade.
(1) Para melhorar as condições de boa aparência e a qualidade do acabamento da superfície.
(2) Para melhorar a qualidade do produto.
(3) Reduzir o impacto da soldadura.
(4) Para criar efeitos decorativos.
(5) Para obter uma superfície limpa.
(1) Seleção do tipo e granularidade do abrasivo:
Isto baseia-se na dureza do material da peça de trabalho, no estado da superfície e nos requisitos de qualidade; quanto mais dura ou áspera for a superfície, mais duro e grosso será o abrasivo utilizado.
(2) O polimento deve ser efectuado em várias etapas e a pressão da peça de trabalho em direção à mó deve ser moderada.
(3) Uma mó nova deve ser raspada preliminarmente para obter o equilíbrio antes de o abrasivo ser aderido.
(4) O abrasivo deve ser substituído regularmente.
(5) Os materiais de liga devem ser seleccionados de acordo com as diferentes necessidades.
(6) Deve ser selecionada a velocidade adequada da mó, geralmente controlada a 10~14m/s.
(7) O efeito de polimento depende de factores como o abrasivo, a rigidez da mó, a velocidade de rotação da mó, a pressão de contacto entre a peça e a mó, a experiência prática e as técnicas especializadas.
Moagem: A operação depois de a roda de pano ser colada com abrasivo. Objetivo: Para remover rebarbasA superfície da peça de trabalho deve ser limpa e protegida contra arranhões, pontos de corrosão, olhos de areia, poros e outros defeitos aparentes.
Polimento: A operação após a aplicação de pasta de polimento numa roda de pano macio ou numa roda de feltro.
Problema comum: marca "Scorch".
Causa:
(1) Seleção incorrecta da mó, do abrasivo e do agente de polimento;
(2) Força incorrecta utilizada no polimento;
(3) Tempo de trituração prolongado;
(4) Sobreaquecimento durante a retificação.
Medidas:
(1) Ligeira corrosão alcalina numa solução alcalina diluída;
(2) Gravura com ácido suave: tal como solução de ácido crómico-ácido sulfúrico, ou solução de ácido sulfúrico 10% utilizada após aquecimento;
(3) 3wt% Na2CO3 e 2wt% Na3PO4, a solução é tratada a uma temperatura de 40 ~ 50 ℃ por 5min, casos graves podem ser estendidos para 10 ~ 15min.
Após o tratamento de limpeza e secagem acima referido, deve proceder-se imediatamente ao repolimento utilizando um disco de polimento de precisão ou polimento de espelhos roda.
Prevenção:
Utilizar mós e discos de polimento adequados; utilizar o agente de polimento adequado; o tempo de retificação entre a peça de trabalho e o disco de polimento deve ser devidamente controlado.
1) Métodos de desengorduramento:
Desengorduramento ácido, desengorduramento alcalino e desengorduramento com solvente orgânico. Objetivo: Remover óleo, gordura, pó e outros contaminantes da superfície do alumínio para permitir uma lavagem alcalina mais uniforme, melhorando assim a qualidade da película de oxidação anódica.
2) Princípio
(1) Princípio do desengorduramento ácido: Numa solução desengordurante ácida à base de H2SO4, H3PO4 e HNO3, os óleos e as gorduras sofrem hidrólise para produzir glicerina e os correspondentes ácidos gordos superiores, atingindo o objetivo do desengorduramento.
(2) Princípio do desengorduramento alcalino: O alcalino reage com o óleo para formar um sabão solúvel. Esta reação de saponificação elimina a ligação entre o óleo e a superfície do material de alumínio, atingindo o objetivo do desengorduramento.
(3) Princípio do desengorduramento com solventes orgânicos: Tirando partido do facto de os óleos serem facilmente solúveis em solventes orgânicos, tanto os óleos saponificados como os não saponificados podem ser dissolvidos. Este método tem uma forte capacidade de desengorduramento, é rápido e não é corrosivo para o alumínio, atingindo assim o objetivo do desengorduramento.
1) Objetivo: para remover os contaminantes da superfície, eliminar completamente a película de óxido natural na superfície do alumínio, revelar a base metálica pura e preparar para o processo principal subsequente tratamento de superfície processo.
2) Os três principais defeitos da lavagem alcalina: aspeto rugoso, manchas e estrias.
3) Aspeto
(1) Aspeto rugoso: um problema comum na produção de jato de areia materiais de alumínio com lavagem alcalina, frequentemente causada por defeitos estruturais no material de alumínio original (grãos grandes ou grandes precipitados de compostos intermetálicos); melhorar a qualidade da estrutura interna do material de alumínio original pode resolver o problema na fonte.
Causas: A: O tamanho original do grão da barra de alumínio para extrusão é grande. B: A temperatura de aquecimento da barra de alumínio é demasiado elevada ou a velocidade de extrusão é demasiado rápida. C: A tonelagem da extrusora utilizada é demasiado pequena. D: Têmpera insuficiente após a extrusão. E: A velocidade de lavagem alcalina é demasiado rápida.
Contramedidas: Utilizar varões de alumínio extrudido com uma granulometria que cumpra as normas nacionais; controlar a temperatura de saída dos produtos extrudidos; reforçar a têmpera após a extrusão; controlar razoavelmente a velocidade de lavagem dos álcalis, etc.
(2) Manchas: um defeito fatal em tratamento de superfície do alumínio: interromper os processos subsequentes ou eliminar como sucata.
Causas:
R: A proporção de alumínio reciclado adicionado durante a fusão das barras de fundição é demasiado elevada. O Al2O3 tem um ponto de fusão de 2050°C, não derrete durante a fundição, apenas se estilhaça; a erosão durante o processo de lavagem alcalina dá origem a manchas corrosivas semelhantes a flocos de neve. Contramedidas: Controlar a proporção de alumínio reciclado na película de oxidação anódica, que deve ser inferior a 10%; refinação e remoção de escórias da fusão, a fusão deve repousar durante cerca de 25 minutos antes da fundição e a fusão deve ser filtrada, etc.
B: O teor de iões de cloro na água é elevado. Quando a qualidade do material de alumínio é má e o teor de iões de cloro da água utilizada também é elevado, serão revelados pontos corrosivos durante a lavagem alcalina ou a lavagem com água antes e depois da lavagem alcalina. Contramedidas: Melhorar a qualidade do material de alumínio original; utilizar água da torneira que cumpra as normas nacionais; utilizar ácido nítrico ou ácido nítrico mais ácido sulfúrico para a descalcificação; adicionar 1~5g/L HNO3 ao depósito de água de níquel também pode suprimir eficazmente o efeito corrosivo dos iões cloreto.
C: Corrosão atmosférica. Os materiais de alumínio colocados em ambientes atmosféricos costeiros durante cerca de 3 dias, junto a fornos de fundição com atmosfera corrosiva, tempo chuvoso, etc., apresentam frequentemente marcas ou manchas de corrosão na superfície. Contramedidas: Reduzir o tempo de ciclo do material de alumínio original para oxidação anódica; colocar o material de alumínio original com oxidação anódica num ambiente seco e bem ventilado; para colocação a longo prazo ou em dias de chuva, pode ser efectuado um tratamento de cobertura adequado no material de alumínio original, etc.
D: Extrusão "ponto quente". O material de alumínio entra em contato com o rolo de grafite termicamente condutor na mesa de descarga, devido a diferentes velocidades de resfriamento local, a fase de precipitação (fase Mg2Si, faixa de temperatura 400 ~ 250 ℃) se forma no material de alumínio, apresentando pontos de intervalo. Contramedidas: Controlar a velocidade de operação da mesa de descarga de extrusão (deve ser maior que a velocidade de extrusão do alumínio); usar outros materiais resistentes ao calor com baixa condutividade térmica para substituir os rolos de grafite; pedir emprestada a força de extinção do vento da arma; reduzir rapidamente o material de alumínio de saída de extrusão para abaixo de 250 ℃.
(3) Estrias: Defeitos de estrias de lavagem com álcali causados por condições e operações inadequadas do processo de lavagem com álcali (velocidade de lavagem com álcali demasiado rápida e velocidade de transferência demasiado lenta). Contramedidas: A: Acelerar a transferência. B: Baixar a temperatura do banho de lavagem com álcali. C: Reduzir a concentração de NaOH no banho. D: O material de alumínio é demasiado denso e deve ser reduzido de forma adequada.
Objetivo: Para remover o pó da superfície, evitar a contaminação do banho de anodização subsequente e melhorar a qualidade da película de óxido.
Métodos: Remoção de poeiras de ácido nítrico, remoção de poeiras de ácido sulfúrico,
O tratamento de superfície com areia fluoretada é um processo de corrosão ácida que utiliza iões de flúor para produzir uma corrosão pontual altamente uniforme e de alta densidade na superfície do alumínio.
Defeitos e contramedidas:
(1) A superfície apresenta manchas: Quando há demasiados precipitados no tanque e a concentração de iões fluoreto é baixa, a força de reação é fraca. Os precipitados depositam-se ou permanecem demasiado tempo na superfície, dificultando a corrosão normal dos iões fluoreto.
Contramedida: Remover o excesso de precipitados no tanque, reduzir a densidade do alumínio, adicionar uma quantidade adequada de bifluoreto de amónio e aditivos, aumentar a concentração de iões fluoreto e aumentar a força da reação.
(2) A superfície não é fácil de lixar: O líquido do tanque está contaminado pelo desengorduramento ácido anterior, causando a diminuição do PH, e a concentração de iões de flúor e aditivos é insuficiente.
Contramedida: Ajustar o valor de PH com amoníaco ou fluoreto de amónio, e adicionar bifluoreto de amónio e aditivos, etc.
(3) Os grãos de areia na superfície são demasiado grosseiros: A concentração de iões de flúor no tanque é demasiado elevada ou os aditivos são insuficientes, ou o tempo de tratamento é demasiado longo.
Contramedida: Tomar as medidas de controlo correspondentes.
(4) O brilho da superfície varia: As condições do processo do tanque não são corretamente controladas, ou a escolha dos aditivos é inadequada, ou existe um problema com o material de alumínio.
Contramedida: Tomar as medidas de controlo correspondentes.
(5) Áreas parciais não lixam: Existe uma película de óxido composto na área local.
Contramedida: Ajustar o fluxo do processo, como o polimento, o polimento, a lavagem reácida ou a lavagem alcalina, etc.
1) Polimento químico: Ao controlar a dissolução selectiva da superfície de alumínio, as saliências microscópicas dissolvem-se mais rapidamente do que as reentrâncias, obtendo-se uma superfície lisa e brilhante.
2) Polimento eletroquímicotambém conhecido por electropolimento. O princípio é semelhante ao do polimento químico, baseando-se na dissolução selectiva das partes salientes da superfície para obter suavidade. A diferença é a aplicação de uma corrente externa, que encurta o tempo de processamento.
3) Ponto comum: Ambos utilizam o mesmo mecanismo de polimento; diferença: O polimento eletroquímico aplica uma corrente durante o processo, enquanto o polimento químico utiliza oxidantes químicos.
Em comparação com o polimento mecânico, o polimento químico e eletroquímico tem as seguintes vantagens
(1) Equipamento simples, fácil de controlar os parâmetros do processo, poupança de custos e uma superfície mais brilhante;
(2) Capaz de processar componentes de grandes dimensões ou grandes quantidades de componentes pequenos, bem como peças com formas complexas;
(3) Superfície mais limpa, sem pó residual de polimento mecânico, com boa resistência à corrosão;
(4) A refletividade do espelho da superfície polida quimicamente é maior, a textura do metal é melhor e não se forma "geada" pulverulenta na superfície.
1) Defeitos e contramedidas do polimento químico (tendo como exemplo o processo ácido fosfórico-ácido sulfúrico-ácido nítrico)
(1) Brilho insuficiente: Influenciado pela composição do alumínioO teor de ácido nítrico, etc.
Contramedida: Utilizar alumínio de alta pureza, controlar a concentração de ácido nítrico e assegurar que o alumínio está seco antes do polimento.
(2) Depósitos brancos: Dissolução excessiva de alumínio, o que exige o controlo do seu teor no banho.
Contramedida: Ajustar a quantidade de alumínio dissolvido no banho para um valor dentro do intervalo normal.
(3) Superfície rugosa: Teor demasiado elevado de ácido nítrico, reação demasiado intensa; ou teor demasiado elevado de Cu.
Contramedida: Controlo rigoroso do teor de ácido nítrico; melhorar a qualidade interna do material, reduzir a quantidade de aditivos, etc.
(4) Corrosão de transferência: Ocorre quando a transição para o processo de enxaguamento após o polimento químico é lenta.
Contramedida: Transferir imediatamente para água para enxaguar.
(5) Corrosão por picadas: Ocorre devido à acumulação de gás na superfície, formando bolsas de gás; ou devido ao baixo teor de ácido nítrico ou de Cu.
Contramedida: Carregar as peças corretamente, aumentar a inclinação da peça de trabalho, aumentar a agitação para permitir a saída de gás. Limpar bem a superfície; controlar o teor de ácido nítrico, etc.
2) Defeitos e contramedidas do polimento eletroquímico (tomando como exemplo o processo de ácido fosfórico-sulfúrico-crómico)
(1) Queimaduras eléctricas: causadas por uma área de superfície condutora insuficiente, mau contacto, aumento demasiado rápido da tensão ou densidade de corrente excessiva. Contramedida: Assegurar um bom contacto entre a peça de trabalho e o dispositivo elétrico, uma área de contacto suficiente para acomodar uma corrente elevada e evitar um aumento demasiado rápido da tensão.
(2) Pontos negros: causados por uma baixa densidade de corrente ou por uma distribuição local irregular das linhas eléctricas. Contramedida: Evitar a sobrecarga e procurar evitar zonas mortas onde as linhas eléctricas não conseguem chegar.
(3) Riscas de gás: causadas pela fuga de gás. Contramedida: Posicionar todas as superfícies da peça de trabalho num ângulo durante o carregamento, colocar as superfícies decorativas verticalmente na direção do cátodo e evitar a acumulação de gás.
(4) Aderências semelhantes a cristais de gelo: formadas por um elevado teor de alumínio no banho ou por um elevado teor de ácido fosfórico que cria um precipitado de fosfato de alumínio. Contramedida: Reduzir a quantidade de alumínio dissolvido no banho ou diminuir o teor de ácido fosfórico.
(1) Tipo de barreira: Também conhecida como película de óxido do tipo blindagem ou camada de bloqueio, é muito próxima da superfície metálica, densa, sem poros, fina, com uma espessura determinada pela tensão de oxidação, não superior a 0,1μm, utilizada principalmente para condensadores electrolíticos.
(2) Tipo poroso: Composto por duas camadas de película de óxido, a camada inferior é uma camada de bloqueio, com uma estrutura de camada de óxido fina, densa e sem poros, idêntica à da película de barreira, cuja espessura depende da tensão; a parte principal é uma estrutura de camada porosa, cuja espessura depende da quantidade de eletricidade que passa.
(Camada de bloqueio: Refere-se à camada de óxido com propriedades de película de barreira e regras de formação que separam a camada porosa da película de óxido poroso do metal de alumínio).
Composição da película de óxido anódico poroso: camada de bloqueio e camada porosa; a estrutura e as regras de formação da camada de bloqueio são equivalentes às da película de óxido do tipo barreira; as regras de geração, a estrutura e a composição da camada porosa são completamente diferentes das da camada de bloqueio.
1) Espessura da camada de bloqueio: Depende da tensão de oxidação aplicada externamente e não está relacionada com o tempo de oxidação. A taxa de formação de película ou rácio de película δb/Va; a taxa de formação de película da película de óxido de barreira é superior à taxa de formação de película da camada de bloqueio da película de óxido poroso.
Espessura da camada porosa: espessura total = camada porosa + camada de bloqueio; a espessura total é diretamente proporcional ao produto da densidade da corrente e do tempo de oxidação (ou seja, a quantidade de eletricidade que passa).
2) Composição da camada de bloqueio: óxido amorfo denso e sem poros.
Composição da camada porosa: Al2O3 amorfo, mas não puro.
3) Estrutura da camada de bloqueio: Estrutura de dupla camada. Camada exterior: contém aniões da solução; camada interior: composta principalmente por óxido de alumínio puro.
Estrutura da camada porosa: camada exterior: contém γ-Al2O3 e α-AlOOH; camada interior: Al2O3 amorfo, a infiltração de água na película de óxido transforma-se gradualmente em boehmite α-AlOOH.
Impactos dos parâmetros no ácido sulfúrico de alumínio processo de anodização
(1) A influência da concentração de ácido sulfúrico:
Afecta a espessura da camada de barreira da película de oxidação, a condutividade do eletrólito, o efeito de dissolução na película de oxidação, a resistência à corrosão da película de oxidação e a qualidade da subsequente selagem dos poros.
Uma concentração elevada tem um efeito de dissolução significativo na película de oxidação, resultando numa camada de barreira fina e numa diminuição da tensão necessária para manter uma determinada densidade de corrente; o inverso resulta numa película espessa e numa tensão elevada.
Uma concentração elevada de ácido sulfúrico requer uma tensão baixa para manter uma determinada corrente, mas tem um impacto significativo na película de oxidação. À medida que a concentração e a temperatura do ácido sulfúrico aumentam, a tensão necessária diminui.
No entanto, uma maior concentração de ácido sulfúrico aumenta a erosão da película de oxidação pelo ácido. À medida que a concentração de ácido sulfúrico aumenta, a eficiência diminui: ou seja, consome-se mais eletricidade para obter uma película de oxidação com uma determinada espessura. À medida que a concentração de ácido sulfúrico aumenta, a resistência à corrosão e a resistência ao desgaste da película diminuem.
(2) A influência da temperatura do banho:
1) Quando a temperatura do banho aumenta dentro de um determinado intervalo, o tipo de película de oxidação obtida diminui, a película torna-se mais macia mas mais brilhante;
2) Quando a temperatura do banho é elevada, o diâmetro dos poros e a conicidade da camada exterior da película de oxidação tendem a aumentar, dificultando a selagem, e é também propenso a selar "geada".
3) O filme de oxidação obtido em temperaturas de banho mais altas é fácil de tingir, mas é difícil manter a consistência da profundidade da cor, e a temperatura de oxidação do filme tingido geral é de 20 ~ 25 ℃;
4) O filme de oxidação obtido pela redução da temperatura do banho tem alta dureza e boa resistência ao desgaste, mas manter a mesma densidade de corrente durante a manutenção requer uma tensão mais alta, e o filme comum usa 18 ~ 22 ℃.
Para películas com espessura superior a 15μm, quando a temperatura do banho aumenta, a qualidade da película e o rácio de perda de metal diminuem significativamente, e a dureza da camada exterior da película é inferior.
A temperatura afecta significativamente a qualidade da película de oxidação: temperaturas superiores a 15℃ produzem todas películas macias não cristalinas. Temperaturas mais baixas ajudam a produzir filmes de oxidação densos. À medida que a temperatura aumenta, a dureza do filme diminui.
Para obter um filme com alta dureza e boa resistência ao desgaste, a anodização a baixa temperatura deve ser usada. Exceto para a liga 3004, geralmente, as ligas têm a melhor resistência à corrosão a 20 ℃. A resistência à corrosão diminui à medida que a temperatura aumenta e cai para o seu nível mais baixo a 40 ℃.
(3) Influência da tensão de oxidação:
A tensão determina o tamanho dos poros na película de oxidação: baixa tensão - poros pequenos, mais poros - poros grandes, menos poros.
(Dentro de uma determinada gama, a alta tensão é propícia à formação de películas de oxidação densas e uniformes. Sob tensão constante, a densidade de corrente diminui à medida que o tempo de oxidação aumenta.
Quanto mais elevada for a tensão necessária para manter uma determinada corrente, mais calor é libertado durante o processo de oxidação, o que não favorece a estabilidade do desempenho da película de óxido. Quando a corrente é constante, quanto mais baixa a temperatura, mais alta a tensão).
(4) Influência da corrente de oxidação:
A corrente de oxidação afecta diretamente a eficiência da produção: a eficiência da produção de corrente elevada é elevada.
(Uma corrente elevada requer um grande condensador de capacitância, resultando em flutuações significativas na espessura da película e causando facilmente "queimaduras" na peça de trabalho. Com uma corrente baixa, o tempo de oxidação é longo, o que reduz a resistência à corrosão e ao desgaste da película. A corrente ideal é de 1,2~1,8A/dm2.
Quanto maior for a concentração de ácido sulfúrico, melhor será a condutividade da solução de banho e maior será a densidade de corrente sob a mesma tensão. À medida que o teor de alumínio aumenta, a resistência da solução de banho aumenta e a sua condutividade diminui).
(5) A influência da agitação da solução do banho:
A fim de uniformizar a temperatura e a concentração da solução do banho de oxidação anódica, especialmente quando se utiliza uma corrente maior, é gerada uma grande quantidade de calor na interface filme-solução do banho, e a agitação reduz a temperatura da interface.
(6) A influência do tempo de oxidação:
Sob oxidação por corrente constante, o aumento da espessura da película de oxidação é diretamente proporcional ao tempo dentro de um determinado período. (Com base na concentração do eletrólito, na temperatura da solução de banho, na densidade da corrente, na espessura da película de oxidação e nos requisitos de desempenho, etc.)
1) Processo do ácido sulfúrico: Baixo custo de produção; elevada transparência da película; boa resistência à corrosão e ao desgaste; fácil coloração electrolítica e química.
2) Processo do ácido crómico: A espessura da película de óxido é média, com uma superfície rugosa; a película é macia; tem menos resistência ao desgaste do que a película de sulfato, mas tem boa elasticidade.
3) Processo do ácido oxálico: A película de óxido tem baixa porosidade, melhor resistência à corrosão, resistência ao desgaste e isolamento elétrico do que a película de ácido sulfúrico, mas tem um custo mais elevado.
4) Processo com ácido fosfórico: A película de óxido é mais fina, com poros maiores.
1) AC: Baixa eficiência de corrente; fraca resistência à corrosão da película de óxido, baixa dureza.
2) DC: Elevado custo de produção; elevada transparência da película; boa resistência à corrosão e ao desgaste; fácil coloração electrolítica e química.
Afecta principalmente a resistência ao desgaste, a resistência à corrosão, o brilho e a condutividade electrolítica da película de óxido
(1) Iões de alumínio:
Uma concentração de 1~10g/L é benéfica, mas mais de 10g/L causará um impacto. A corrente diminui à medida que a concentração de iões de alumínio aumenta; a coloração torna-se mais difícil; quando o teor de alumínio é elevado, depositam-se sais de alumínio insolúveis na superfície da peça de alumínio, na parede do tanque e no permutador de calor, afectando o aspeto do produto e a eficiência da troca de calor.
(2) Catiões Fe, MN, Cu, Ni, etc:
Fe: impureza nociva, proveniente principalmente do ácido sulfúrico e do alumínio. Quando o teor de Fe é superior a 25~50μg/g, a película de óxido depara-se com muitos problemas, como a diminuição do brilho e a película mole.
Mn: O efeito é semelhante ao do Fe, mas não tão significativo.
Cu e Ni: Principalmente provenientes de ligas de alumínio, os seus efeitos são semelhantes, quando o conteúdo excede 100μg/g, a resistência à corrosão da película de óxido diminui.
(3) Aniões como o fosfato, o nitrato, o cloreto, etc:
Fosfato: Causado por lavagem insuficiente após polimento químico; o efeito não é significativo quando o conteúdo é baixo (nível ppm). O principal perigo quando o teor é elevado é o facto de o fosfato ser adsorvido pela película de óxido e libertado durante a selagem com água, o que prejudicará a qualidade da selagem quando exceder 5μg/g.
Nitrato: Provém principalmente da lavagem insuficiente após o processo anterior e do ácido sulfúrico comercial no banho. Quando o teor excede 30μg/g, é prejudicial para o brilho, e um teor demasiado elevado aumenta a capacidade de dissolução do banho, o que não favorece a formação de película.
Cloreto: Provém principalmente da água utilizada, o teor de cloreto na água da torneira é elevado. Quando Cl- e F- excedem 50μg/g, a película de óxido produz pontos de corrosão.
A preparação de uma película de óxido anódico duro não tem qualquer diferença fundamental em relação à anodização normal em termos de princípios, equipamento e processos. As medidas técnicas específicas são ligeiramente diferentes. A diferença reside na redução da taxa de dissolução da película de óxido durante o processo de oxidação.
A película de óxido anódico duro tem uma maior espessura, maior dureza, melhor resistência ao desgaste, menor porosidade, maior tensão de rutura dieléctrica, mas a suavidade da superfície é ligeiramente pior.
(Quando a tensão aplicada é elevada, a concentração é baixa e o tempo de tratamento é longo, a película será espessa, dura, resistente ao desgaste, com elevada tensão de rutura dieléctrica, baixa porosidade, grande dimensão dos poros e fraca suavidade da superfície).
(1) Baixa temperatura do banho: menos de 5°C, quanto mais baixa a temperatura, mais dura é a película. A temperatura do banho para a anodização com ácido sulfúrico comum é de cerca de 20°C.
(2) Baixa concentração do banho: geralmente inferior a 15% para o ácido sulfúrico; a concentração do banho para a anodização normal é de cerca de 20%.
(3) Adição de ácidos orgânicos ao banho de ácido sulfúrico: ácido oxálico, ácido tartárico, ácido cítrico, etc.
(4) Elevada corrente/tensão aplicada: 2~5A/dm2, 25~100V. A anodização normal utiliza 1,0~1,5 A/dm2, abaixo de 18V.
(5) Método de funcionamento de aumento gradual da tensão: pressurização passo a passo.
(6) Utilização de uma fonte de alimentação pulsada ou de uma fonte de alimentação com forma de onda especial: para ligas com elevado teor de Cu ou Si alumínio fundido liga.
1) Processo de coloração electrolítica de sal de Sn:
Isto envolve principalmente a coloração electrolítica com um único sal de Sn e uma mistura de Sn-Ni, sendo o SnSO4 o principal sal de coloração. A cor é obtida através da redução dos iões Sn2+ nos microporos da película anodizada.
Vantagens: O sal de Sn tem uma boa resistência às impurezas, uma forte capacidade de distribuição de soluções de coloração electrolítica e um controlo industrial simples. Não existem dificuldades inerentes à coloração com sal de Sn de corrente alternada. Desvantagens: O Sn2+ tem uma estabilidade fraca e é difícil controlar as diferenças de cor e as tonalidades.
2) Processo de coloração electrolítica de sal de Ni:
Semelhante ao processo de coloração electrolítica do sal de Sn, envolve a deposição de Ni para coloração. Vantagens: A coloração com sal de Ni é rápida e a solução de banho tem boa estabilidade. Desvantagens: É sensível a impurezas na solução de banho.
1) Coloração AC.
Vantagens: Supera o risco de descolamento da película de óxido na coloração electrolítica DC. Desvantagens: Na coloração AC, a tensão do ânodo afecta a velocidade da reação de coloração do cátodo, causando uma diminuição da densidade da corrente do ânodo e da densidade da corrente do cátodo, abrandando assim a velocidade de coloração.
2) Coloração DC.
Vantagens: Velocidade de coloração rápida, elevada taxa de utilização de energia eléctrica. Desvantagens: Existe o risco de a película de óxido se descolar na coloração electrolítica DC.
(1) A película anodizada de alumínio obtida em solução de ácido sulfúrico é incolor e porosa;
(2) A película de óxido deve ter uma certa espessura, que deve ser superior a 7um;
(3) A película de óxido deve ter uma certa porosidade e adsorção;
(4) A camada de óxido deve ser completa e uniforme, sem defeitos como riscos, olhos de areia ou pontos de corrosão;
(5) A película de óxido propriamente dita deve ter uma cor adequada e não deve apresentar diferenças na estrutura metalográfica, tais como granulometria irregular ou segregação acentuada.
(1) A tinturaria orgânica baseia-se na teoria da adsorção de materiais, incluindo a adsorção física e a adsorção química.
Adsorção física: As moléculas ou iões são adsorvidos por força eletrostática. A composição da película de óxido é óxido de alumínio amorfo, a camada de barreira densa perto do substrato de alumínio está no interior, e a estrutura porosa que cresce para fora em forma de sino está no topo, mostrando um excelente desempenho de adsorção física. Quando as moléculas de corante entram nos poros da película, são adsorvidas nas paredes dos poros.
Adsorção química: Adsorção por força química. Neste momento, as moléculas de corante orgânico reagem quimicamente com o óxido de alumínio e existem dentro dos poros da película devido à ligação química.
Este tipo de adsorção inclui o seguinte: a película de óxido forma uma ligação covalente com o grupo sulfónico da molécula do corante; a película de óxido forma uma ligação de hidrogénio com o grupo fenólico da molécula do corante; a película de óxido forma um complexo com a molécula do corante.
(2) Mecanismo de tingimento inorgânico: Durante o tingimento, a peça de trabalho oxidada é primeiro imersa numa solução de sal inorgânico numa determinada ordem, e depois sucessivamente imersa noutra solução de sal inorgânico, fazendo com que estes inorgânicos sofram uma reação química nos poros da película para formar um composto colorido insolúvel em água. Este preenche os poros da película de óxido e sela-os, dando assim cor à camada de película.
Fluxo do processo: Pré-tratamento - Anodização - Limpeza - Neutralização com amoníaco ou outro processamento - Limpeza - Tingimento - Limpeza - Tratamento de selagem - Secagem.
Normas:
1) A concentração para facilitar o tingimento: As cores claras são geralmente controladas a 0,1~1g/L, enquanto as cores escuras requerem 2~5 g/L, e o preto requer mais de 10 g/L;
2) Temperatura da solução de corante: Geralmente controlada a 50~70℃;
3) Valor de PH da solução de corante: O intervalo de pH é de 5~6;
4) Tempo de tingimento: Normalmente entre 5~15min.
(1) Efeito do sulfato de sódio: O sulfato de sódio abranda a taxa de tingimento, este efeito aumenta com o aumento dos grupos de enxofre nos iões de corante, especialmente em corantes de complexos metálicos.
(2) Efeito do cloreto de sódio: A principal causa da formação de pites (manchas brancas). A corrosão é suprimida pela corrente catódica.
(3) Efeito dos tensioactivos: Os tensioactivos não-iónicos não têm qualquer efeito sobre o tingimento, mas os tensioactivos catiónicos, tais como os da MLW preta, retardam o tingimento, pelo que os tensioactivos iónicos não são adequados para serem adicionados ao desengordurante, uma vez que alguns aniões não favorecem o tingimento.
(4) Efeito dos iões de alumínio trivalentes: Uma pequena quantidade de Al3+ não tem efeito em muitas soluções de corantes, a não ser que atinja 500~1000ug/g, o que pode causar mudança de cor, como o azul tornar-se vermelho, etc.
(5) Efeito dos iões de metais pesados.
(6) Efeito dos aniões.
(7) Efeito da ação bacteriana no tingimento: As bactérias proliferam na solução de corante, tornando a solução de corante bolorenta. Inicialmente, aparecem pequenas bolhas na superfície da solução corante. Quando a solução de corante é deixada sem trabalhar, algumas partículas coloridas insolúveis juntam-se à volta das bolhas, causando um tingimento anormal.
Se visível a olho nu, a substância bolorenta suspensa na superfície deve ser removida e um bactericida apropriado, como o diclorofenol G4, deve ser adicionado a 0,05~0,10g/L, dissolvido numa solução de etanol e adicionado ao tanque.
Por vezes, é necessário deitar fora a solução de corante. Nessa altura, utilizar uma solução bactericida ou de ácido hipocloroso para limpar a parede do tanque e, em seguida, reconfigurar.
(8) Efeito das impurezas insolúveis no tingimento: Por vezes, a solução de corante carrega inevitavelmente manchas de óleo, contaminando a peça de trabalho e fazendo com que o tingimento floresça.
Nesta altura, deve ser utilizado papel absorvente de óleo para o absorver e remover, ou deve ser adicionada uma pequena quantidade de tensioativo não-iónico para dispersar as gotículas de óleo, de modo a que não se acumulem na superfície da solução de corante.
Geralmente funciona à temperatura ambiente, normalmente em duas etapas: primeiro mergulhar na primeira solução durante 5 a 10 minutos, depois enxaguar e mergulhar na segunda solução durante mais 5 a 10 minutos para obter a cor desejada.
Normas comuns dos processos de tingimento inorgânico.
| Cores | Componentes da solução: | Concentração/(g/L) | Produção de sais coloridos |
| Azul | ① [K4Fe(CN)6.3H2O] ② [FeCl3] ou [Fe2(SO4)2] | 30~50 40~50 | Ferricianeto ferroso (azul da Prússia) |
| Preto | ① [CoAc2] ② [KMnO4] | 50~100 15~25 | Óxido de cobalto |
| Amarelo | ① [PbAc2.3H2O] ② [K2Cr2O7] | 100~200 50~100 | Chumbo Cromato |
| Branco | ① [PbAc2.3H2O] ② [Na2SO4] | 10~50 10~50 | Sulfato de chumbo |
| Castanho | ① [K3Fe(CN)6] ② [CuSO4.5H2O] | 10~50 10~100 | Ferrocianeto de cobre |
| Ouro | [NH4Fe(C2O4)2](Ph=4,8~5,3, 35~50oC, 2min) | 10 (raso) 25 (Profundo) |
1) A cor não se aplica.
Solução:
a) Mudar o pigmento
b) Ajustar o PH
c) Aumentar a espessura da película
d) Tingir a tempo
e) Escolher o pigmento correto.
2) Algumas áreas não tomam cor ou a cor é clara.
Solução:
a) Reforçar as medidas de proteção
b) Aumentar a concentração de pigmentos
c) Aumentar a espessura da película
d) Fixar a peça de trabalho, ajustar a posição
e) Mudar a solução de corante
f) Melhorar a dissolução do pigmento.
3) A superfície apresenta-se branca e embaciada após o tingimento.
Solução:
a) Eliminar o vapor de água
b) Ajustar a concentração da solução de desvanecimento
c) Reduzir o tempo de desvanecimento.
4) A cor floresce após o tingimento.
Solução:
a) Ajustar o PH e melhorar a limpeza
b) Melhorar a dissolução do pigmento
c) Baixar a temperatura da solução de corante.
5) Existem manchas após o tingimento.
Solução:
a) Lavar a superfície da amostra com água
b) Filtrar a solução de corante
c) Colocar a peça de trabalho num tanque de água após a oxidação
d) Reforçar a proteção.
6) A cor desvanece-se facilmente após o tingimento.
Solução:
a) Aumentar o PH
b) Aumentar a temperatura do banho de tinta, prolongar o tempo de tingimento, ajustar o PH do banho de selagem, prolongar o tempo de selagem.
7) A superfície tingida pode ser facilmente removida.
Solução:
a) Re-oxidar
b) Aumentar a temperatura da solução de corante
c) Aumentar a temperatura de oxidação.
8) A cor é demasiado escura após o tingimento.
Solução:
a) Diluir a solução de corante
b) Baixar a temperatura
c) Reduzir o tempo.
1. Vedação
Um processo químico ou físico efectuado na película oxidada após a anodização do alumínio para reduzir a sua porosidade e capacidade de adsorção.
Os principais princípios da selagem incluem:
(1) reação de hidratação; (2) enchimento inorgânico; (3) enchimento orgânico.
2. Técnica de selagem térmica
A técnica de selagem térmica é realizada através da reação de hidratação do óxido de alumínio, transformando o óxido de alumínio amorfo num óxido de alumínio hidratado conhecido como boemite, ou Al2O3-H2O(AlOOH).
A essência do mecanismo de selagem térmica é a reação de hidratação, muitas vezes referida como "selagem térmica de hidratação".
3. O papel da reação de hidratação
Provoca uma expansão do volume do 30%, o aumento do volume preenche e sela os microporos da película oxidada, melhorando assim a sua resistência à poluição e à corrosão, ao mesmo tempo que diminui a condutividade (aumenta a impedância) e aumenta a constante dieléctrica.
4. A influência das impurezas na água
1) A eficiência da selagem depende significativamente da qualidade da água e do controlo do PH;
2) As impurezas comuns incluem SiO2 e H2SiO3; 3) Contramedidas: troca iónica.
5. Comparação entre os parâmetros de vedação com água a ferver e os parâmetros de vedação a frio
1) A temperatura de selagem com água a ferver: geralmente acima dos 95 graus. A selagem a frio é efectuada à temperatura ambiente.
2) O valor de PH da selagem da água a ferver: a gama óptima é de 5,5~6,5. A gama de selagem a frio também é de 5,5~6,5, com um controlo industrial melhor a 6.
3) O tempo de selagem com água a ferver: depende da espessura da película, da dimensão dos poros e dos requisitos do teste de qualidade da selagem. A selagem a frio é geralmente estipulada em 10 a 15 minutos.
1) Aparência e diferença de cor:
Métodos de inspeção: Deteção visual e por instrumentos.
Prós e contras: A inspeção visual é simples, mas é facilmente afetada pela forma e tamanho da amostra e pela intensidade da luz. A deteção por instrumentos resolve as deficiências da inspeção visual e é adequada para medir a cor da luz reflectida.
2) Espessura da película de óxido:
Métodos de medição:
a) Método de medição microscópica da espessura da secção transversal: Espessura da película superior a 5um, vertical.
b) Método de medição com microscópio de feixe espetral: Espessura da película superior a 5um, índice de refração da película de óxido 1,59~1,62.
c) Método de perda de massa: A espessura da película é inferior a 5um, o método de dissolução, a densidade da superfície, a densidade da película de óxido (oxidação líquida com ácido sulfúrico) antes e depois da selagem são 2,6 e 2,4g/cm3.
d) Método das correntes parasitas: Não é adequado para películas finas.
3) Qualidade da vedação:
a) Teste de impressões digitais.
b) Qualidade das manchas tingidas após tratamento ácido, não adequada para conteúdos com Cu superior a 2% e Si superior a 4%.
c) Experiência do ácido fosfocrómico.
4) Resistência à corrosão:
a) Ensaio de corrosão por projeção salina.
b) Ensaio de corrosão em atmosfera húmida de SO2.
c) Ensaio de corrosão Machu.
d) Ensaio de corrosão por calor húmido.
e) Ensaio de corrosão alcalina por queda.
5) Estabilidade química:
a) Ensaio de resistência aos ácidos.
b) Ensaio de resistência aos álcalis.
c) Ensaio de resistência da argamassa.
6) Resistência às intempéries:
a) Ensaio de exposição natural.
b) Ensaio de intemperismo acelerado artificial.
7) Dureza:
a) Dureza de indentação.
b) Dureza do lápis.
c) Microdureza.
8) Resistência à abrasão:
a) Resistência à abrasão detectada por um aparelho de ensaio de jato de areia.
b) Resistência à abrasão detectada por um aparelho de ensaio do desgaste das rodas.
c) Resistência à abrasão detectada por um aparelho de ensaio de queda de areia.
9) Adesão:
a) Experiência de corte em grelha.
b) Experimentação com instrumentos: Método da raspagem.
10) Propriedades mecânicas:
a) Resistência ao impacto.
b) Resistência à flexão.
c) Desempenho à fadiga.
d) Resistência da ligação.
e) Resistência à fratura por deformação.
f) Fissura por calor resistência.
11) Isolamento elétrico: Método da tensão de rutura.
12) Desempenho reflexivo.
13) Outros:
a) Desempenho da polimerização do revestimento.
b) Resistência à água em ebulição.
c) Maquinabilidade.
Composição da liga, espessura da película, condições de cura dos revestimentos com elevado teor de polímeros, condições de anodização e condições de selagem, etc.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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