¿Cuáles son los principales procesos de anodizado del aluminio?

Cuando un ánodo de aluminio se oxida en una solución ácida bajo la acción de una corriente externa, se producen simultáneamente el crecimiento de la película de óxido y su disolución. La película de óxido anódico solo se forma cuando su velocidad de formación supera a su velocidad de disolución. Entre los métodos más habituales se encuentran la anodización con ácido sulfúrico, ácido crómico y ácido oxálico. Otros métodos son la anodización dura y la anodización tipo porcelana.

Anodizado con ácido sulfúrico

En el anodizado con ácido sulfúrico se aplica corriente continua o alterna en un electrolito que contiene entre 10% y 20% de H₂ENTONCES₄ por masa. Produce una película incolora, transparente y de gran capacidad de adsorción, con un espesor de entre 5 y 20 μm. El proceso es sencillo, la solución es estable y su manejo resulta cómodo.

Efecto de la concentración de ácido sulfúrico

Una concentración elevada de ácido sulfúrico acelera la disolución química y da lugar a una película fina, blanda y muy porosa, con una gran capacidad de adsorción y buena capacidad de tintura. Una concentración más baja aumenta la velocidad de formación de la película y da lugar a una menor porosidad, mayor dureza, buena resistencia al desgaste y buena reflectividad.

Efecto de la temperatura

La temperatura del electrolito influye considerablemente en la calidad de la película. Entre 10 y 20 °C, la película es porosa, adsorbente, elástica y apta para el teñido, pero presenta una menor dureza y resistencia al desgaste. Por encima de los 26 °C, se vuelve más laxa y blanda. Por debajo de los 10 °C, se vuelve más gruesa, más dura y más resistente al desgaste, pero menos porosa. Por lo tanto, la temperatura debe controlarse estrictamente.

Efecto de la densidad de corriente

El aumento de la densidad de corriente acelera el crecimiento, acorta el tiempo de oxidación, reduce la disolución química y produce una película más dura y resistente al desgaste. Una densidad de corriente excesiva aumenta la disolución debido al calentamiento por efecto Joule y puede reducir la velocidad de crecimiento. Una densidad de corriente muy baja requiere un proceso prolongado y produce una película más laxa y blanda.

Efecto de la agitación

La agitación favorece la convección y una temperatura uniforme, lo que evita que el calentamiento local del metal degrade la calidad de la película. Para la agitación se utilizan sistemas de aire comprimido y bombas.

Efecto de la composición de la aleación

La composición de la aleación influye considerablemente en la calidad, el espesor y el color de la película. Por lo general, la presencia de otros elementos reduce la calidad. Si una aleación de Al-Mg contiene más del 5% de magnesio en masa y presenta una estructura no uniforme, es necesario aplicar un tratamiento térmico de homogeneización adecuado para preservar la transparencia. A medida que aumenta el contenido de silicio en las aleaciones de Al-Mg-Si, la película pasa de ser incolora y transparente a gris, púrpura y, finalmente, negra, lo que dificulta la obtención de un color uniforme. El cobre aumenta la porosidad y la fragilidad, y reduce la calidad en las aleaciones de Al-Cu-Mg-Mn. En condiciones idénticas, el aluminio puro produce la película más gruesa y dura, con la mejor resistencia a la corrosión.

Efecto del tiempo de oxidación

El tiempo necesario depende de la concentración del electrolito, la temperatura, la densidad de corriente y el espesor deseado. En las mismas condiciones, al aumentar el espesor se incrementan la porosidad, la capacidad de teñido y la resistencia a la corrosión, pero el crecimiento acaba ralentizándose y deteniéndose. Una película de un espesor y una dureza determinados requiere entre 30 y 40 minutos; una película decorativa con mayor porosidad para el teñido requiere entre 60 y 100 minutos.

Efecto de la corriente alterna

Con la corriente alterna, cada pieza es anódica solo durante la mitad de cada ciclo, por lo que la concentración de ácido sulfúrico debe ser menor y la densidad de corriente puede ser mayor. La película presenta una alta transparencia y porosidad, pero menor dureza y resistencia al desgaste. Las piezas pueden montarse en ambos electrodos si sus superficies son iguales. Para obtener el mismo espesor que con la anodización en corriente continua, se requiere el doble de tiempo de oxidación.

Anodizado con ácido crómico

Las películas de ácido crómico son mucho más finas que las de ácido sulfúrico u oxálico, con un grosor de entre 2 y 5 μm. Presentan una baja porosidad, son blandas y elásticas, y tienen una menor resistencia a la corrosión y al desgaste que las películas de ácido sulfúrico. Dado que se disuelve muy poco aluminio, las piezas conservan su precisión y rugosidad superficial originales, lo que hace que el proceso sea adecuado para componentes de precisión. La película se adhiere bien a la pintura y se utiliza ampliamente como base de pintura y en piezas con recubrimiento de caucho.

Concentración de anhídrido crómico

El poder oxidante disminuye cuando el contenido de anhídrido crómico es demasiado alto o demasiado bajo, aunque se admite un ligero exceso dentro del rango permitido. Un electrolito con muy poco anhídrido crómico es inestable y reduce la calidad de la película.

Efecto de las impurezas

Los iones de cloruro, sulfato y cromo trivalente son impurezas nocivas. El cloruro corroe las piezas. Un aumento del sulfato hace que la película pase de ser transparente a opaca y acorta la vida útil de la solución. El exceso de cromo trivalente hace que la película se vuelva oscura y sin brillo.

Efecto de la tensión

Durante los primeros 15 minutos, la tensión se aumenta gradualmente de 0 a 40 V en incrementos no superiores a 5 V para mantener la corriente dentro del rango especificado. Una vez alcanzados los 40 V, se mantiene ese valor hasta que finaliza la oxidación. La tensión debe aumentar progresivamente durante la anodización para mantener la densidad de corriente especificada y alcanzar el espesor de película requerido.

Anodizado con ácido oxálico

El ácido oxálico es débil y ataca el aluminio solo ligeramente. Por lo tanto, el anodizado con ácido oxálico produce una película relativamente dura y gruesa, de hasta 60 μm, con buena resistencia a la corrosión y buen aislamiento eléctrico. Los costes son elevados porque el electrolito presenta una mayor resistencia que el ácido sulfúrico o el crómico, consume más energía eléctrica y se calienta con facilidad, lo que requiere una refrigeración eficaz. La modificación de las condiciones del proceso permite obtener directamente capas decorativas de diferentes colores sin necesidad de un teñido posterior, salvo en el caso del aluminio que contiene cobre.

El electrolito de ácido oxálico es muy sensible a los iones cloruro. Por encima de 0,04 g/l, aparecen puntos de corrosión en la película. Los iones de aluminio trivalente no deben superar los 3 g/l.