¿Cómo funciona el anodizado del aluminio? Propiedades y formación de la capa

Propiedades y usos de las películas de óxido anódico

La anodización es un proceso en el que un metal actúa como ánodo en un electrolito adecuado y la corriente aplicada forma una película de óxido en su superficie. Los diferentes tipos y concentraciones de electrolito, así como las distintas condiciones del proceso, dan lugar a películas con propiedades y espesores variables, que oscilan entre decenas y cientos de micrómetros. A modo de comparación, la película de óxido natural del aluminio tiene un espesor de entre 0,010 y 0,015 μm.

Estructura porosa

Una película anódica presenta una estructura porosa en forma de panal. La porosidad depende del electrolito y de las condiciones del proceso. Los poros adsorben sustancias orgánicas, resinas, cera de parafina, sustancias inorgánicas, colorantes y pinturas. Por lo tanto, la película puede servir como base para recubrimientos o galvanizados y puede teñirse para mejorar su aspecto. Es necesario aplicar un sellado para aumentar la resistencia a la corrosión.

Resistencia al desgaste

La elevada dureza de la película mejora la resistencia al desgaste superficial. El lubricante adsorbido puede mejorar aún más el comportamiento frente al desgaste.

Resistencia a la corrosión

La película es estable en la atmósfera y ofrece una buena resistencia a la corrosión. Su rendimiento depende del espesor de la película, su composición, su porosidad, la composición del sustrato y la integridad estructural. Las películas anodizadas suelen sellarse o pintarse para mejorar su resistencia a la corrosión.

Aislamiento eléctrico

Una película anódica presenta una elevada resistencia de aislamiento y una alta tensión de ruptura, y puede utilizarse como dieléctrico en un condensador electrolítico o como capa aislante en productos eléctricos.

Aislamiento térmico

La lámina es un buen aislante térmico y se mantiene estable hasta los 1500 °C. En las piezas expuestas brevemente a altas temperaturas, puede ayudar a evitar que el aluminio se funda. La conductividad térmica suele oscilar entre 0,419 y 1,26 W/(m·K).

Adhesión

Dado que la película se forma directamente sobre el sustrato, se adhiere con gran firmeza y resulta difícil de eliminar por medios mecánicos. Incluso cuando una pieza de chapa oxidada se dobla hasta romperse, la película permanece adherida. Por lo tanto, su adhesión es mucho mayor que la de un recubrimiento depositado.

Transparencia

Las películas de óxido anódico son muy transparentes, y la transparencia aumenta con la pureza del aluminio. Tanto la pureza del material como la composición de la aleación influyen en la transparencia.

Propiedades funcionales

Las partículas funcionales pueden depositarse en los poros para crear materiales con funciones electromagnéticas, catalíticas, de detección, de separación y de otro tipo.

Mecanismo de formación de las películas de óxido anódico

El aluminio y las aleaciones de aluminio suelen anodizarse en soluciones ácidas con un poder de disolución moderado. El plomo puede actuar como cátodo y se encarga principalmente de conducir la corriente. En el ánodo tienen lugar las siguientes reacciones:

H₂O → [O] + 2H⁺ + 2e⁻

2Al + 3[O] → Al₂O₃

En el cátodo tiene lugar la siguiente reacción:

2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑

El electrolito ácido también disuelve químicamente el sustrato de aluminio y la película de óxido:

2Al + 6H⁺ → 2Al³⁺ + 3 h₂↑

Al₂O₃ + 6 h⁺ → 2Al³⁺ + 3 h₂O

El crecimiento y la disolución de la película se producen simultáneamente. Al inicio del proceso de anodizado, el crecimiento es más rápido que la disolución, por lo que el espesor de la película aumenta. A medida que la película se hace más gruesa, su resistencia eléctrica aumenta, la corriente disminuye y el crecimiento se ralentiza. Cuando el crecimiento y la disolución alcanzan un equilibrio dinámico, el espesor se estabiliza.

La curva de tensión en función del tiempo también explica la secuencia de crecimiento de la película.

1. Etapa a: formación de la capa de barrera. En la sección AB, la tensión aumenta bruscamente desde cero hasta un valor máximo denominado «tensión crítica» durante los primeros segundos o decenas de segundos. Se forma una película continua, delgada y no porosa sobre el ánodo que impide que siga aumentando de espesor. El espesor de la capa de barrera es proporcional a la tensión de formación e inversamente proporcional a la velocidad de disolución en el electrolito. El espesor oscila entre 0,01 y 0,1 μm.
2. Fase b: formación de la capa porosa. En la sección BC, las zonas más delgadas se disuelven primero, formando cavidades. El electrolito llega al aluminio sin tratar a través de estas cavidades y la reacción electroquímica continúa. La resistencia disminuye y la tensión desciende de 10% a 15% del valor máximo, lo que indica que la película de barrera se está disolviendo y se está formando una capa porosa.
3. Fase c: espesamiento de la capa porosa. En la sección CD, tras unos 20 segundos, la tensión entra en una fase estable en la que aumenta lentamente. A medida que la capa de barrera se disuelve continuamente para formar una capa porosa, crece una nueva capa de barrera. La formación y la disolución de la película continúan en el fondo de cada celda. Cuando sus velocidades alcanzan el equilibrio dinámico, alargar el tiempo de anodización ya no aumenta el espesor y se debe detener el proceso.