O que torna a anodização do alumínio um divisor de águas na fabricação? Esse processo não apenas aumenta a durabilidade e a aparência do alumínio, mas também proporciona maior resistência à corrosão e ao desgaste. De itens do cotidiano, como utensílios de cozinha, a equipamentos militares especializados, a anodização transforma o alumínio em um material versátil e de alto desempenho. Este artigo explora várias técnicas de anodização, avanços recentes e aplicações práticas, ajudando você a entender como a anodização pode melhorar significativamente a qualidade e a funcionalidade dos produtos de alumínio. Mergulhe de cabeça para descobrir a ciência e os benefícios por trás da anodização do alumínio!
A eletrólise é usada para formar um filme de óxido fino na superfície de peças de metal ou liga, usando as peças como ânodos.
O filme de óxido de metal altera o estado e as propriedades da superfície, como a coloração da superfície, a melhoria da resistência à corrosão, o aumento da resistência ao desgaste e da dureza e a proteção da superfície do metal.
Por exemplo, na anodização de alumínio, o alumínio e suas ligas são colocados em eletrólitos correspondentes (como ácido sulfúrico, ácido crômico, ácido oxálico etc.) como ânodos, e a eletrólise é realizada sob condições específicas e com aplicação de corrente externa.
O alumínio ou sua liga no ânodo se oxida, formando uma fina camada de óxido de alumínio na superfície, com uma espessura de 5 a 20 mícrons. Os filmes de anodização dura podem atingir de 60 a 200 mícrons de espessura.
Após a anodização, a dureza e a resistência ao desgaste do alumínio ou de sua liga são aprimoradas, chegando a 250-500 kg/milímetro quadrado. O filme de anodização duro também tem boa resistência ao calor, com um ponto de fusão de até 2
Em aplicações práticas, a anodização de ligas de alumínio é bastante comum e pode ser usado na vida cotidiana, pois esse processo cria uma camada protetora dura na superfície das peças de alumínio, tornando-o adequado para a produção de utensílios de cozinha e outros itens domésticos.
No entanto, a anodização de alumínio fundido tem resultados ruins, com superfícies irregulares e apenas coloração preta. A anodização de perfis de liga de alumínio é relativamente melhor.
Nos últimos anos, a tecnologia de coloração por oxidação de alumínio da China se desenvolveu rapidamente, e muitas fábricas adotaram novas tecnologias de processo e acumularam uma rica experiência na produção real.
Há muitos métodos maduros e em desenvolvimento para anodização de alumínio e suas ligas, entre os quais os processos adequados podem ser selecionados com base nas necessidades de produção.
Antes de selecionar um processo de oxidação, é importante entender o material de alumínio ou liga de alumínio, pois a qualidade do material e sua composição afetam diretamente a qualidade do produto de alumínio anodizado.
Por exemplo, se houver defeitos como bolhas, arranhões, descascamento, rugosidade etc. na superfície do alumínio, eles ainda serão visíveis após a anodização. A composição da liga também afeta diretamente a aparência da superfície anodizada.
Por exemplo, as ligas de alumínio contendo manganês 1-2% ficam azul-acastanhadas após a oxidação, e o aumento do teor de manganês leva a uma transformação da cor azul-acastanhada para marrom-escura.
As ligas de alumínio que contêm 0,6-1,5% de silício tornam-se cinzas após a oxidação, enquanto as que contêm 3-6% de silício tornam-se cinza-esbranquiçadas. As ligas que contêm zinco têm aparência leitosa, enquanto as ligas que contêm cromo apresentam cores desiguais, variando de amarelo-dourado a cinza, e as ligas que contêm níquel têm aparência amarelo-clara.
De modo geral, somente as ligas de alumínio que contêm mais de 5% de magnésio e titânio pode alcançar uma aparência transparente e brilhante após a oxidação.
Depois de selecionar o alumínio adequado e os materiais de liga de alumínio, é necessário considerar a escolha do processo de anodização apropriado.
Atualmente, a oxidação com ácido sulfúrico, a oxidação com ácido oxálico e a oxidação com ácido crômico são amplamente utilizadas na China e foram exaustivamente documentadas em manuais e livros. Este artigo apresenta brevemente alguns novos processos que estão sendo desenvolvidos na China e métodos estrangeiros.
O uso de uma mistura de ácido oxálico e metanóico baseia-se na ideia de que o ácido metanóico é um forte agente oxidante e pode acelerar a dissolução da camada interna (camada de barreira e camada de bloqueio) do filme de óxido, resultando na formação de uma camada externa porosa.
Esse tipo de solução pode aumentar a condutividade (ou seja, aumentar a densidade de corrente), permitindo que o filme de óxido se forme rapidamente. Em comparação com a oxidação de ácido oxálico puro, essa solução pode aumentar a produtividade em 37,5% e reduzir o consumo de energia (3,32 kWh por metro quadrado para a oxidação de ácido oxálico em comparação com 2 kWh por metro quadrado para esse processo), economizando 40% de eletricidade.
A formulação do processo é a seguinte: ácido oxálico 4-5%, ácido metanóico 0,55%, CA trifásico 44 V, densidade de corrente 2-2,5 A/d㎡, temperatura 30±2℃.
Esse método foi oficialmente incluído no padrão nacional japonês em 1976 e adotado pela Kita-sei Nissho Co., Ltd. Suas características são a rápida formação de filme, maior dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão do filme em comparação com a oxidação convencional com ácido sulfúrico.
O filme é branco-prateado e adequado para impressão e coloração de produtos. Depois que o setor de produtos de alumínio da China visitou o Japão, esse método foi recomendado para uso em 1979.
A formulação de processo recomendada é: H2SO4 10-20%, COOHCOOH-2H2O 1-2%, tensão 10-20 V, densidade de corrente 1-3 A/d㎡, temperatura 15-30℃, tempo 30 minutos.
A oxidação de cerâmica usa principalmente ácido crômico, ácido bórico e oxalato de titânio e potássio como eletrólitos e passa por tratamento eletrolítico em alta tensão e temperatura.
O filme é como um esmalte em cerâmica, com alta resistência à corrosão, boa resistência ao desgaste e pode ser colorido com corantes orgânicos ou inorgânicos, o que lhe confere brilho e cor especiais. Ele é usado principalmente em panelas de alumínio, isqueiros e canetas douradas, e é muito popular entre os consumidores.
A oxidação de cores militares é usada principalmente para decoração de produtos militares de alumínio e, portanto, requer efeitos especiais de proteção. O filme de óxido é verde exército, não brilhante, resistente ao desgaste, durável e tem boas propriedades de proteção.
O processo envolve primeiro a oxidação com ácido oxálico para gerar uma camada de filme amarelo-dourado e, em seguida, submetê-la a um tratamento de oxidação anódica usando uma solução de 20g/l de permanganato de potássio e 1g/l de H2SO4. A Shenyang Aluminum Products Factory usou esse processo para produzir garrafas de água militares e utensílios de cozinha.
A camada de óxido anódico já tingida, mas não fechada, é umedecida com ácido crômico ou ácido oxálico para que o CrO3 se espalhe.
A superfície do produto tingido desbota quando é molhada pelo CrO3, e o ácido oxálico ou crômico é lavado com água em qualquer parte, conforme necessário, geralmente interrompendo a reação com a imagem.
Em seguida, o segundo corante é aplicado, ou o processo de limpeza, enxágue e tingimento com CrO3 é repetido para produzir padrões como flores e nuvens, conforme necessário.
Atualmente, esse método é amplamente utilizado em produtos como copos de ouro, copos de água, caixas de chá e isqueiros.
Depois que o produto é oxidado e tingido com a primeira cor, ele é seco e depois imerso em água com graxa na superfície.
Quando levantados ou imersos, a graxa e a água escorrem naturalmente, causando manchas irregulares em forma de listras no filme. Quando o segundo corante é aplicado, o filme oxidado não pode ser manchado onde está manchado com graxa, enquanto a parte sem graxa é tingida com o segundo tom, formando um padrão irregular semelhante a mármore.
Esse método pode ser encontrado no artigo do camarada Zhou Shouyu, da fábrica estatal de facas Yangjiang, de Guangdong (Electroplating and Coating, 1982, edição 2).
Depois de polimento mecânico e desengorduramento, os produtos de alumínio são revestidos com agentes de mascaramento ou materiais fotossensíveis, secos e, em seguida, submetidos a gravação química (fluoreto ou sais de ferro) para formar padrões côncavo-convexos.
Após o polimento eletroquímico e a oxidação anódica, o padrão de superfície com um forte senso do corpo principal é apresentado, o que pode ser comparado à aparência do aço inoxidável. Atualmente, ele é usado em produtos como canetas de ouro, caixas de chá e telas.
Normalmente, a oxidação com H2SO4 requer um dispositivo de resfriamento, o que resulta em alto consumo de energia. A adição de ácido alfa-hidroxipropiônico e glicerol pode suprimir a dissolução do filme de óxido, possibilitando a realização da oxidação em temperatura ambiente.
Em comparação com a oxidação com ácido sulfúrico comum, a espessura do filme pode ser aumentada em duas vezes. A formulação de processo recomendada é:
| H2SO4 | 150～160g/l |
| CH3CH(OH)COOH | 18 ml/l |
| CH2OHCHOHCH2OH | 12 ml/l |
| Densidade de corrente | 0,8-12 A/d㎡ |
| Tensão | 12-18V |
| Temperatura | 18-22℃ |
A resistência à corrosão da camada de filme é semelhante à do filme de óxido anódico de ácido sulfúrico. O filme de óxido condutor tem uma resistência de contato menor e pode conduzir eletricidade, enquanto o filme de H2SO4 O filme de óxido anódico não pode conduzir eletricidade devido à sua alta resistência de contato.
A resistência à corrosão do filme de óxido condutor é muito mais forte do que a do alumínio revestido com cobre, prata ou estanho.
A desvantagem é que a solda de estanho não pode ser realizada na camada de filme, apenas soldagem por pontos pode ser usado. A formulação de processo recomendada é: CrO3 4g/l, K4Fe(CN)6-3H2O 0,5g/l, NaF 1g/l, temperatura 20-40℃, tempo 20-60 segundos.
Ao selecionar o alumínio para a oxidação anódica, deve-se observar também o seguinte:
(1) A superfície do alumínio selecionado não deve apresentar arranhões graves, defeitos estruturais ou inclusões. Eles afetarão a aparência e a resistência à corrosão da camada de filme de óxido.
(2) Algumas ligas de alumínio devem ser tratadas termicamente de acordo com especificações razoáveis. O tamanho dos grãos tem um certo impacto sobre a estrutura e as propriedades do filme de óxido. Os grãos grossos reagem de forma desigual durante a oxidação, o que geralmente resulta em uma aparência de casca de laranja. Portanto, geralmente se deseja que o alumínio tenha uma estrutura de grão fino.
Nos últimos anos, os países estrangeiros se desenvolveram rapidamente no setor de alumínio tratamento de superfície. Os processos antigos, que antes exigiam muita mão de obra, muita energia e muitos recursos, foram reformados, e novos processos e tecnologias foram amplamente aplicados na produção industrial.
O processo de oxidação anódica de alta velocidade altera principalmente a composição da solução eletrolítica e reduz a impedância da solução eletrolítica, permitindo assim densidades de corrente mais altas para a oxidação anódica de alta velocidade.
A velocidade de formação de filme do processo antigo usando uma densidade de corrente de 1A/d㎡ era de 0,2 a 0,25μ/min, enquanto a velocidade de formação de filme desse novo processo usando a solução modificada pode ser aumentada para 0,4 a 0,5μ/min mesmo com uma densidade de corrente de 1A/dm2 densidade de corrente, reduzindo consideravelmente o tempo de processamento e melhorando a eficiência da produção.
O método estilo Tomita tem um tempo de processamento muito mais curto do que o processo antigo, e sua eficiência de produção pode ser aumentada em mais de 33%. Esse método é adequado não apenas para filmes de óxido anódico comuns, mas também para filmes de óxido duro.
Se for necessário produzir um filme duro, será usado um método para reduzir a temperatura da solução. A velocidade de formação do filme é geralmente a mesma que a listada na tabela acima. A relação entre a dureza do filme e a temperatura da solução é a seguinte:
O processo de produção de um filme de rubi na superfície do alumínio é um processo novo. A cor da película pode ser comparável à dos rubis artificiais, o que a torna ideal para fins decorativos. Ele também tem boa resistência à corrosão e ao desgaste.
Diferentes Tipos de metal Os óxidos na solução podem ser usados para produzir uma variedade de aparências. O processo envolve primeiro a anodização com ácido sulfúrico 15% usando uma densidade de corrente de 1A/dm2 por 80 minutos.
Em seguida, a peça de trabalho é imersa em uma solução de (NH4)2CrO4 em diferentes concentrações por 30 minutos a 40°C, dependendo da intensidade de cor desejada, para permitir que os íons metálicos entrem nos poros do filme de óxido anódico.
Depois disso, a peça de trabalho é imersa em uma solução de bissulfato de sódio (peso molecular de 1 grama) e bissulfato de amônio (peso molecular de 1,5 grama) a 170°C com uma densidade de corrente de 1A/dm2. O filme resultante tem uma cor vermelho-púrpura com um brilho fluorescente, enquanto o Fe2(CrO4)3 ou Na2CrO4 produzirão filmes azuis com fluorescência púrpura profunda.
A eletrocoloração Asada é um processo em que, após a anodização, os cátions metálicos (sais de níquel, sais de cobre, sais de cobalto etc.) são eletrolisados no fundo dos orifícios do filme de óxido para produzir cor. Esse processo se desenvolveu rapidamente nos últimos anos, principalmente porque pode obter as cores bronze e preto, que são populares no setor de construção.
As cores produzidas são estáveis e resistentes a condições climáticas adversas. Esse processo pode economizar energia em comparação com os métodos naturais de coloração.
Quase todo o patrimônio arquitetônico do Japão perfis de alumínio são coloridos usando esse método.
O método de coloração natural completa a coloração em uma única eletrólise.
Há vários tipos de soluções usadas, incluindo ácido salicílico e ácido sulfúrico, ácido sulfônico e ácido de titânio, e ácido sulfônico e ácido maleico.
Como os ácidos orgânicos são usados principalmente no método de coloração natural, o filme de óxido é relativamente denso e tem excelente resistência à luz, ao desgaste e à corrosão.
No entanto, a desvantagem desse método é que, para obter cores excelentes, a composição do material da liga de alumínio deve ser rigorosamente controlada.
1. Anodização com ácido sulfúrico.
A anodização com ácido sulfúrico tem as seguintes características:
(1) Baixo custo da solução, composição simples, fácil operação e manutenção.
Em geral, é necessário apenas diluir o ácido sulfúrico até uma determinada concentração, sem adicionar outros agentes químicos. Recomenda-se o uso de ácido sulfúrico quimicamente puro ou ácido sulfúrico industrial com menos impurezas, de modo que o custo é particularmente baixo.
(2) Alta transparência do filme de óxido.
O filme anodizado com ácido sulfúrico de alumínio puro é incolor e transparente. Para ligas de alumínio, à medida que os elementos de liga Si, Fe, Cu e Mn aumentam, a transparência diminui. Em comparação com outros eletrólitos, a cor do filme anodizado com ácido sulfúrico é a mais clara.
(3) Alto desempenho de coloração.
O filme de óxido de ácido sulfúrico é transparente, e a camada porosa tem forte adsorção e é fácil de tingir e colorir. A cor é brilhante e não desbota facilmente, com um forte efeito decorativo.
(4) As condições operacionais para anodização com ácido sulfúrico são:
| H2SO4(volume) | 10%~30% |
| Temperatura ℃ | 18~22 |
| Al/g.L-1 | ≤20 |
| Densidade de corrente/A.dm-2 | 0.6~3 |
| Tempo/min | 10~60 |
2. Anodização com ácido oxálico e ácido crômico.
A anodização com ácido oxálico é amplamente utilizada no Japão, e as características do filme de óxido são semelhantes às da anodização com ácido sulfúrico, com menor porosidade do que a anodização com ácido sulfúrico, alta resistência à corrosão e dureza. O custo da solução de ácido oxálico e a tensão operacional são mais altos do que os do ácido sulfúrico, e a cor do filme de óxido de algumas ligas pode ser mais escura. Tanto a anodização com ácido oxálico quanto com ácido sulfúrico requerem um bom sistema de resfriamento.
As condições operacionais da anodização com ácido oxálico são:
| Ácido oxálico (fração de volume) | 2%~10% |
| Temperatura / ℃ | 15~35 |
| Densidade de corrente / A.dm-2 | 0.5~3 |
| Tensão/V | 40~60 |
Os filmes anodizados com ácido crômico são particularmente resistentes à corrosão e são usados principalmente no setor aeroespacial. A adesão dos filmes de óxido de ácido crômico à tinta é forte, o que os torna adequados como base para pintura. O filme anodizado com ácido crômico cinza opaco geralmente não é usado para fins decorativos.
As condições operacionais da anodização com ácido crômico são:
| CrO3/g.L-1 | 30~100 |
| Temperatura/℃ | 40~70 |
| Densidade de corrente/A.dm-2 | 0.1~3 |
| Tensão/V | 0~100 |
| Tempo/min | 35~60 |
3. Anodização dura.
No final da Segunda Guerra Mundial, para aumentar a dureza e a espessura do filme anodizado, a temperatura do tanque de anodização com ácido sulfúrico foi reduzida para 0°C e a densidade de corrente foi aumentada para 2,7~4,0A/dm2, obtendo-se um "filme de óxido duro" de 25~50μm. Um filme anodizado duro pode ser obtido a 5~15°C usando ácido oxálico com uma pequena quantidade de ácido sulfúrico. Algumas patentes usam concentração otimizada de ácido sulfúrico, ácidos orgânicos ou outros aditivos, como o ácido benzeno hexacarboxílico, para anodização dura.
Na Escócia, Campbell inventou o uso de fonte de alimentação sobreposta AC-DC, fluxo de eletrólito de alta velocidade, 0℃ e densidade de corrente de 25~35A/dm2 para obter um filme anodizado duro de 100μm.
Atualmente, a corrente de pulso é usada para anodização dura, especialmente para ligas de alumínio com alto teor de cobre, que geralmente são difíceis de anodizar. O uso de corrente de pulso pode evitar a "queima". Há também muitas fontes de alimentação usadas para anodização dura, como CA-CC, várias frequências de correntes de pulso monofásicas ou trifásicas, correntes reversas etc.
Na anodização dura CC tradicional, a densidade de corrente geralmente não pode exceder 4,0 A/dm2. Para a fonte de alimentação de pulso retificador monofásico, o valor de pico do pulso de corrente pode ser muito grande, mas manter a uniformidade da espessura do filme de óxido é uma questão importante.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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