Anodizaci..

ELECTROMETALURGIA

ANODIZADO

FACULTAD DE INGENIERIA METALURGICA Y DE MATERIALES ELECTROMETALURGIA

EXAMEN FINAL

 ANODIZADO  ANODIZADO INTEGRANTES:

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CALLISAYA,RIGOBERTO

Docente:

Ing. ALBERTO ALEJO Semestre:

SEXTO Fecha:

17 de septiembre de 2012

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ANODIZADO

 ANODIZACIÓN  ANODIZACIÓN Se denomina anodizado al proceso electrolítico de pasivación de  pasivación utilizado para incrementar el espesor de la capa natural de óxido en la superficie de piezas metálicas. Esta técnica suele emplearse sobre el aluminio para generar una capa de protección artificial mediante el óxido protector del aluminio, conocido como alúmina.  alúmina.  La capa se consigue por medio de procedimientos electroquímicos, y proporciona una mayor resistencia y durabilidad del aluminio. La protección dependerá en gran medida del espesor de esta capa (en micras).

Estos mosquetones Estos mosquetones tienen una superficie en aluminio anodizado, pudiendo tener diversos colores. El nombre del proceso deriva del hecho que la pieza a tratar con este material hace de ánodo en el circuito eléctrico de este proceso electrolítico. proceso electrolítico. La anodización es usada frecuentemente para proteger el aluminio y el titanio de la abrasión y la corrosión, y corrosión, y permite su tinte en una amplia variedad de colores. Las técnicas de anodizado han evolucionado mucho con el paso del tiempo y la competencia en los mercados, por lo cual actualmente encontramos desde una capa de óxido de aluminio con el color gris propio de este óxido hasta coloraciones posteriores a la formación de la capa con colores tales como oro, bronce, negro y rojo. Las últimas técnicas basadas en procesos de interferencia óptica pueden proporcionar acabados tales como azul, gris perla y verde. Hay distintos métodos de coloración de las capas de óxido formadas: coloración por sales y coloración por tintes, siendo la primera opción la más habitual y la que más calidad en acabado y durabilidad garantiza.

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Como técnica reciente se está desarrollando los acabados por interferencia (azul, gris y verde) basados en modificaciones posteriores del poro del óxido de aluminio formado en la etapa propia de anodizado. Esta modificación microscópica del poro se consigue mediante la reproducción de condiciones de temperatura, concentraciones del electrólito, voltajes, superficie de carga afectada y características de la aleación. El control de estas variables y la reproducibilidad de las condiciones del proceso son las que determinan el acabado azul, gris o verde. El anodizado del aluminio es un proceso electroquímico, de oxidación forzada (anodizado), por medio de este proceso el aluminio forma una capa protectora de óxido de aluminio sobre la superficie del aluminio base. El proceso consiste en someter al aluminio a una inmersión de ácido (generalmente sulfúrico). Al pasar corriente se libera el oxígeno que se dirige ?nodo que al reaccionar con el aluminio genera una capa de óxido cuyo espesor varía con el tiempo de paso de la corriente. Para cerrar los poros que presenta la superficie del aluminio anodizado se lo sumerge en agua caliente. De esta manera queda finalizado el procedimiento, la vida útil de este acabado es proporcional al espesor de la capa anódica obtenida. El óxido de aluminio puede alcanzar una gran dureza que varía entre los 7 y 8 de la escala Mho; es muy estable y resistente a los agentes corrosivos ambientales. La capa generada por medio del proceso electroquímico se integra al metal, por lo que no puede ser raspada o pelada.

El aluminio anodizado presenta varias ventajas: 

No necesita mantenimiento.

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Aumenta la protección contra la lluvia, el sol, la humedad.

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Aumenta la dureza superficial

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Acabado decorativo, se pueden obtener diferentes tonalidades

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Resistencia a la abrasión y al desgaste.

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Resistencia a la corrosión.

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Al utilizarlo en construcción se debe tener cuidado de no marcharlo con la mezcla, además de protegerlo de ataques de ácidos y alcalinos.

Tipos de anodizado: Entre los diferentes sistemas de anodizado seleccionamos los más comerciales y estos son:

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 Anodizado de protección. El esquema de un proceso de anodizado partiendo de un perfil o una chapa podríamos representarlo siguiendo los siguientes pasos: 1º Preparación superficial del material a base de: a.

Pulido con cepillo de algodón

b.

Lijado con bandas de lija

c.

Gratado con cepillo metálico

d. Otros tipos de pulido 2º Desengrase: a/ ácido para el esmerilado, gratado, etc. b/ alcalino para el pulido 3º Lavado con agua en circulación y con continua regeneración. 4º Decapado de limpieza (con sosa cáustica al 5% en agua a 45-50oC) o decapado para acabado mate directo o pulido químico o pulido electrolítico. 5º Lavado con agua en circulación y con continua regeneración 6º Neutralizado (ácido nítrico 60oBe al 50% en agua a temperatura ambiente) 7º Lavado con agua en circulación y con continua regeneración. 8º Oxidación anódica (ácido sulfúrico al 20% en agua con temperatura a 19-20oC y corriente continua a 1,5 A/dm2²) 9º Lavado con agua en circulación y con continua regeneración. 10º Coloración. Por su estructura porosa, la capa de óxido formada en medio sulfúrico se asemeja a las fibras textiles y puede, al igual que estas, ser teñida por medio de colorantes especiales derivados de los colorantes de 4

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la industria textil. Como la capa es transparente, el brillo del metal base se transmite y pueden obtenerse aspectos que ningún otro tratamiento por pintura o barniz es susceptible de igualar. Los colorantes utilizados para el coloreado del aluminio pueden ser orgánicos o minerales.

a/ Coloración orgánica, para este tratamiento pueden ser utilizados numerosos tipos de colorantes. Difieren especialmente en el mecanismo de absorción. La mayor parte son absorbidos por capilaridad. Son estos en particular, los grupos de colorantes ácidos y de colorantes llamados sustantivos, como los de alizarina y los colorantes de índigo. Otros dan lugar a una combinación química con el aluminio, como los colorantes a base de complejos metálicos, los colorantes diazo y los colorantes básicos. Estos últimos exigen ser tratados con substancias colágenas y son poco utilizados porque su resistencia a la luz es débil. Se emplea para aplicaciones generales que se quieran colorear y que no estén expuestas a la intemperie.

b/ Coloración electrolítica , para este tratamiento se utilizan óxidos metálicos, que se fijan en las porosidades de la capa de óxido y son muy resistentes a la luz y al calor. Empleada en aplicaciones generales que requieran colores sólidos y que vayan a estar a la intemperie. 11º Lavado con agua en circulación y con continua regeneración. 12º Colmatado o Fijado La experiencia demuestra que una capa de óxido de 20 micras formada sobre aluminio y no colmatada, desaparece en unas horas en una solución decinormal de ácido nítrico. La misma capa perfectamente colmatada no experimenta ninguna pérdida prácticamente después de 1200 horas de inmersión. En realidad, una de las características principales de la alúmina formada en el colmatado o fijado es su resistencia a los ácidos. Para aplicaciones en arquitectura, es indispensable colmatar en agua muy pura. Prácticamente con agua desmineralizada y hasta desionizada. El procedimiento más utilizado para la desmineralización es el intercambio aniónico y catiónico con resinas especiales cambiadoras de iones. Se trata de conseguir un doble cambio de iones (instalación de dos cuerpos) y no de un simple ablandamiento del agua que, por transformación de los elementos insolubles en sales solubles, correr el peligro de producir cuerpos nocivos para la calidad del colmatado o fijado. La temperatura del agua viene dada por la temperatura de ebullición (en la practica 97 a 100oC) con el fin de que se produzca la hidratación de forma muy lenta al contacto con las moléculas de agua a baja temperatura. El pH del baño es aconsejable 5

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mantenerlo entre 5,5 y 6,5. El reajuste se hace por medio de sosa, carbonato de sosa o ácidos sulfúricos, acéticos y bóricos.

 Anodizado Duro Con el anodizado pueden obtenerse capas considerablemente más duras que las clásicas (y en particular más duras que las que se obtienen en medio sulfúrico-oxálico) en un medio sulfúrico puro, con la condición de que los porcentajes de disolución sean reducidos a un valor extremadamente pequeño, lo suficiente para permitir el paso de los iones en los poros, que se convierten en finísimos canales. Se obtienen estos resultados anodizando a muy baja temperatura (0ºC) en un medio electrolítico de 10 a 15% de ácido sulfúrico, con una densidad de corriente fuerte (3 A/dm2). La tensión, que será al principio de 10 V puede llegar a ser de 80 a 100 V según la naturaleza de la aleación. Es necesario un enérgico agitado con una refrigeración eficaz. Se pueden obtener así capas muy espesas a una velocidad de 50 micras / hora. Las capas que actualmente se consiguen son de alrededor de 150 micras, según el proceso y la aleación. La dureza de estas capas es comparable a la del cromo-duro, su resistencia a la abrasión y al frotamiento es considerable. Su utilización para piezas mecánicas se extiende cada vez más debido al mayor conocimiento del aluminio, de sus características mecánicas y de sus nuevas aplicaciones. Puesto que se trata, en general, de piezas cuyas tolerancias dimensionales son estrechas, es necesario tener en cuenta, en el mecanizado, el crecimiento de las cotas, que llega a ser del 50% del espesor efectivo de la capa. Todas las aleaciones son susceptibles del anodizado duro, salvo las que contienen cobre, porque éste tiende a disolverse a pesar de la baja temperatura y perturba el tratamiento. Las capas duras se obtienen a costa de una merma de flexibilidad, que limita en su utilización a aquellas aplicaciones en que no vayan a sufrir choques térmicos importantes, porque la película se rompería bajo el efecto de las dilataciones fuertes. Estas capas no son susceptibles de ser colmatadas (fijadas) con agua hirviendo por las mismas razones. Pueden, por el contrario, ser impregnadas de cuerpos grasos y lubricantes.

Propiedades del anodizado duro.-

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Resistencia a la abrasión ya que la alúmina es un cuerpo extremadamente duro, un poco menos que la del diamante. Lo que permite que tenga una resistencia al desgaste superficial superior a muchos tipos de acero

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Resistencia eléctrica. La alúmina es un aislante eléctrico de calidad excelente, superior a la de la porcelana, este aislamiento depende de la porosidad; además, es muy afectado por la presencia de impurezas en el metal y se caracteriza generalmente por la medida de la tensión de ruptura.

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Resistencia química. La capa anódica protege eficazmente el metal base contra la acción de numerosos medios agresivos. Por este motivo se utiliza cada vez más en ambientes navales e industriales para proteger ciertas piezas contra la corrosión.

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Porosidad secundaria o apertura más o menos acusada en la entrada de los poros debido al efecto de disolución del baño, porosidad que se manifiesta, sobre todo, en la parte exterior de la película y se aprovecha en las técnicas de coloreado e impregnación.

 Anodizado de aluminio con ácido sulfúrico Las condiciones de trabajo en este tipo de anodizado son las siguientes:

En el anodizado duro, en el que se obtiene una capa de 25- 150 μm (25-150 μm) (mayor protección), el intervalo de temperatura de trabajo es entre 0-5ºC. En estos casos la capa obtenida no se sella, simplemente se impregna con lubricantes.

 Anodizado con ácido fosfórico El anodizado con ácido fosfórico se utiliza como tratamiento previo a posteriores recubrimientos. Este tipo de anodizado aporta porosidad a la superficie, resistencia a la oxidación (hidratación) e incrementa la dureza.

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El anodizado con ácido fosfórico se utiliza en la industria aeronáutica.

 Anodizado con ácido oxálico Las condiciones de trabajo en este tipo de anodizado son las siguientes:

 Anodizado de aluminio con ácido crómico En estos casos las condiciones de trabajo son:

Coloración del anodizado del aluminio En ocasiones el aluminio debe colorearse durante o después del anodizado. Encontramos los siguientes métodos de coloración:

Coloración por inmersión: la más utilizada con una ampliada gama de colores.

Coloración electrolítica: el anodizado se lleva a cabo en una solución de ácido que contiene sales de metal y se le aplica corriente alterna. Esto provoca que el metal penetre 1-5 μm en el interior del poro de la alúmina. Se obtiene el color característico del metal usado. El electrolito más usado hoy en día es a base de sulfato de estaño. Se utilizan también sales de níquel, de cobre y permanganato.

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Coloración por interferencia: es una técnica especial basada en el principio de coloración electrolítica, con una modificación previa de la capa anódica antes de la deposición electrolítica. El aspecto se produce por la interferencia de 2 capas finas: la capa de metal depositada electroquímicamente en el fondo de los poros y la interfase de óxido de aluminio modificada por debajo.

Coloración integral: En este caso el óxido de aluminio se colorea durante el proceso de anodizado debido a las características de la aleación de aluminio utilizada. Esta técnica está siendo totalmente reemplazada por la coloración electrolítica. El anodizado con ácido sulfúrico va seguido, normalmente, de un sellado cuya función es mejorar la resistencia a la oxidación. El proceso consiste en el cierre de los poros formados durante el anodizado, por transformación química del óxido mediante temperatura o la acción de sustancias químicas. A continuación se describen los métodos de sellado:

Sellado en caliente: Sellado por termo-hidratación: se realiza con agua desmineralizada a una temperatura superior a 96 ºC: los poros del óxido de aluminio se hidratan, formándose AlO(OH) (bohemita) y así produciéndose el cierre de éstos. El proceso consiste en sumergir las piezas en agua desionizada durante 3-4 minutos por micra de grosor. El pH del baño es de 6-6.5 u.p.H, y puede contener aditivos antipolvo y reguladores de pH. La termo-hidratación también puede realizarse con vapor de agua, siendo en este caso la temperatura mínima del vapor saturado.

Sellado a media temperatura: La temperatura y el tiempo son inferiores a los del sellado caliente, la temperatura está entre 60 y 85ºC, y el tiempo entre 2 a 5.5 minutos por micra. Están formulados con sales de níquel y aditivos orgánicos.

Sellado en frío: Sellado por impregnación: Primera fase: impregnación y cierre de los poros de la capa anódica por reacción entre el óxido de aluminio y un baño en cuya composición se encuentran níquel y fluoruros. La

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temperatura de trabajo es entre 25 y 30 ºC. El tiempo de tratamiento es de 0.8 a 1.2 minutos por micra, y el pH es de 6-6.5 u.p.H. Segunda fase: una vez sellado y lavado, la superficie tratada se sumerge en agua desionizada a 60ºC durante un tiempo de 0.8 a 1.2 minutos por micra.

 Aspectos Ambientales

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Procedimiento experimental: 

Se deberá contar con un recipiente de plástico, donde quepan las piezas a tratar, estas deben quedar totalmente sumergidas en la solución y sin tocarse entre si.

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También se tendrá que colocar dentro del mismo un termómetro que nos permita controlar la temperatura del electrolito.

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El baño debe mantenerse a unos 20º C. de temperatura, como el mismo proceso genera calor es que necesitamos una bandeja con agua donde poder refrigerar el recipiente de anodizado. En algunos casos se necesitara colocar algo de hielo en el agua para mantener la temperatura.

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Las piezas, denominadas  ÁNODO, y que conectaremos al (+ positivo), estarán sostenidas de los mismos mediante unos cocodrilos .

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Ahora necesitamos construir un CÁTODO, el cual conectaremos al polo (- negativo), este ira sumergido en el fondo electrolito y estará formado por plomo.

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Fuente de corriente que genere hasta 12 volts., algunos cables, cocodrilos y tester.

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El proceso de anodizado es muy simple, cuando tenemos todos los elementos lo primero que debemos hacer es preparar el electrolito, el más común consiste de una solución de Ácido Sulfúrico al 20 % en agua a una temperatura de 20º, "se deberá ser muy cuidadoso en la preparación de este, siempre debe agregarse el ácido en el agua lentamente, notaran que el mismo se ira calentando lo cual es normal. Nunca, pero nunca al revés, (agua al ácido) ya que 11

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esto produciría una explosión ", Es muy aconsejable trabajar durante todo el proceso con anteojos y guantes protectores.

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Luego de un tiempo la solución se enfría y esta listo para su utilización, lo vertimos dentro del recipiente de anodizado, a continuación sumergimos el CÁTODO, colocamos el termómetro de manera que podamos controlarlo sin tener que moverlo, apoyamos el listón de madera con los clavos sobre este y listo.

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Con tester los conectamos de manera que podamos medir el voltaje y amperaje que circula por todo el circuito (esto ayudara mucho a la hora de calcular el tiempo que necesita cada una de las piezas para su anodizado ).

El proceso

a.

El primer paso consiste en tener ya listas todas las piezas que vayamos a anodizar, si queremos que la pieza quede con una terminación brillosa tipo laca, esta deberá pulirse antes de ser tratada; por el contrario si queremos que tenga una terminación mate, esta deberá arenarse o esmerilarse.

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b. Algo muy importante es la forma en que se conecta la pieza al conductor de electricidad del cual suspendemos dentro del electrolítico, este debe ser también de aluminio ( puede utilizar el alambre redondo de aluminio que se adquiere en las casas especializadas en soldaduras y es muy maleable y económico ). c.

Lo importante de este paso radica en que si la unión de la pieza con el alambre no es bien firme (tipo cuña) el alambre se oxida produciéndose en el una capa aislante que no permite la circulación de corriente hacia la pieza y la electrolisis se detiene.

d. Una vez que tenemos las piezas firmemente unidas al conductor procedemos a desengrasarlas sumergiéndolas en una solución alcalina compuesta de Hidróxido de Sodio ( soda cáustica ) al 5% en agua, a una temperatura de 50 o 60º C. Mantenemos las piezas dentro por 2 a 3 minutos, luego las retiramos y lavamos en abundante agua, pero sin tocarlas, ya que volveríamos a ensuciar la superficie de las mismas. A partir de aquí es conveniente trabajar con un par de guantes de látex y tomar las piezas solo del conductor que instalamos antes.

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Nota: Si mantenemos la pieza sumergida en exceso, la solución comenzara a comerse el aluminio quedando las piezas como si le hubiéramos hecho un arenado muy fino. "esto puede usarse para dar a las piezas una terminación mate "

e.

Luego del lavado las piezas deben sumergirse en una solución ácida para neutralizar cualquier vestigio que pudiera haber quedado del baño anterior, esta solución la preparamos con Ácido Clorhídrico ( ácido muriático ) al 50 % en agua a temperatura ambiente, (puede ser también Ácido Nítrico), sumergimos las piezas solo unos 2 a 5 segundo solamente y volvemos a lavarlas en abundante agua limpia.

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f.

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Luego de esto están listas para el proceso de anodizado, recordemos que no se deben tocar ni siquiera con los guantes, ya que de hacerlo las piezas presentaran unas manchas en su acabado final.

g.

Luego del lavado y aún húmedas las sujetamos de los clavos mediante unas pinzas cocodrilos teniendo la precaución de que estas no se toquen entre si ni el recipiente, cuando tenemos todas en su lugar, conectamos el negativo del transformador al aro de plomo (CÁTODO), y el positivo a las piezas (ÁNODO), y damos corriente.

h. El tiempo necesario para la electrolisis la tendremos que calcular en base a la superficie de las piezas, para que la película de oxido se desarrolle de manera adecuada, manteniendo una porosidad que nos permita teñirla, debemos suministrarle un flujo de corriente comprendido entre 1 y 1,5 amperios por Dm2 con un voltaje de entre 13 y 17 Volts aproximadamente. El tiempo usado en la práctica es de 15 minutos con un voltaje de 10 [V] i.

Veremos en seguida como comienzan a desprenderse burbujas del CÁTODO, estas son de hidrogeno procedentes de la descomposición electrolítica del agua, por lo que se debe trabajar en un lugar bien aireado, preferiblemente cerca de una ventana.

j.

A medida que pasa el tiempo observaremos como el amperaje que consume el proceso va decayendo, ( comprobamos así las propiedades no conductoras de la capa de oxido ) esto nos indica que todo esta correcto. Cuando transcurrió el tiempo que establecimos anteriormente, cortamos la corriente, retiramos las piezas y las lavamos otra vez en agua limpia sin tocarlas. 15

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k. En este momento las piezas están listas para el teñido final, por su estructura porosa, la capa de oxido formada en este medio sulfúrico se asemeja a la textil y puede, ser teñida por medio de colorantes formulados para estas industrias. Existen también, tinturas especiales y más adecuadas para este proceso en sí.

l.

Comenzamos con agua a la cual le agregamos anilina de la que se utiliza para teñir tela o ropa, a este colorante se debe darle el carácter ácido con ácido acético para 20 g usar 30 ml de ácido acético (de no contar con ácido acético usar vinagre en exceso), la proporción en que se diluye es la indicada por cada fabricante, le damos una temperatura suave de aproximadamente 30 a 40º C. y sumergimos las piezas dentro, el tiempo necesario lo damos observando el grado de color que van tomando las piezas.

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m. Una vez teñidas solo falta dar el sellado final; La capa anódica de aluminio coloreado es todavía una estructura porosa de oxido y debe ser sometida a un tratamiento de eliminación de su propiedad absorbente que garantice la estabilidad química y de color frente a la luz solar, ( si no hacemos esto el coloreado se ira perdiendo con el paso del tiempo o se nos manchara al contacto con otro agente liquido ). n. El sellado es tan simple como todo el proceso en si y consiste en sumergir las piezas en agua destilada hirviendo, (100º C.) por el término de 2 a 3 minutos. Lo que logramos con esto es cerrar los poros de la capa anódica mediante un proceso hidrotermal con lo cual evitamos el ataque o la modificación de esta por cualquier agente externo.

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Aquí puede verse el resultado final en color y natural.

Proceso general:

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Cuestiones a tener en cuenta a) Que no todas las aleaciones son predispuestas al coloreado (si al anodizado). b) Si no mantenemos la temperatura del electrolítico entre 20 y 22º C., se forma lacapa anódica pero este exceso de temperatura va cerrando la estructura porosa dela misma, por lo que no penetra ninguna tintura.

c) El exceso de corriente y la falta de voltaje producen el mismo efecto. d) La unión de la pieza al conductor de aluminio que la sostiene debe ser muy firme, si no es así este se comienza a oxidar en el punto donde hace contacto ydeja de conducir corriente hacia pieza, la cual no se anodiza.

e) No todos los colores de anilina son propicios para el teñido de aluminio. f) La limpieza de las piezas es muy importante para un buen resultado

Superficie

Temp. electrolítico

Tiempo Voltaje  Amperaje  Aleación Resultado

0.63 Dm2

30º

30 m.

11

2.7

6061

Bueno

1.14 Dm2

20º

40 m.

13

3.45

6063

Muy bueno

0.95 Dm2

13º

25 m.

14

2.3

6061

Claro

1.68 Dm2

21

60 m.

11

5.6

6063

Muy bueno

Usos del Aluminio anodizado: 

Perfileria para diferentes usos en la construcción, como puertas, marcos, ventanas, estructuras de techos.

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Pasamos, láminas para diferentes usos etc.

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Herrajes para diferentes usos en la industria de la construcción o en la peletería, como mangos, de puertas, cajones, etc, o hebillas y decoraciones para cinturones y bolsos.

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Conclusión: 

El anodizado de aluminio poseen múltiples ventajas que lo hacen atractivo en el mercado.

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La capa de anodizado es más dura que la capas obtenidas pintando con resina sintéticas.

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Esta propiedad la hace más útil en zonas donde hay un gran tráfico por lo que es sometida a un abuso físico y en donde se utilicen limpiadores abrasivos.

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El anodizado no puede ser pelado ni escamado por cuanto la capa forma parte del metal base.

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Posee un costo de mantenimiento nulo. El anodizado le da al aluminio una apariencia de superficie metálica muy superior a la que se puede lograr con pinturas orgánicas.

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El anodizado no es afectado por la luz solar. Sin embargo, todos los recubrimientos orgánicos pueden eventualmente fallar debido a la exposición a los rayos ultravioletas. En decoración, permite la realización de acabados decorativos, especialmente en color.

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El carácter metálico de las piezas no se oculta y se conserva gracias a la transparencia de la capa.

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