Les films d’oxyde anodique frais peuvent être colorés et scellés afin d’améliorer leur aspect, leur résistance à la corrosion, leur résistance à l’usure et leur stabilité à la lumière. Ce guide présente les techniques de coloration à base de pigments inorganiques, de colorants organiques, par voie électrolytique et par coloration intégrale, avec des informations détaillées sur la composition des bains, les concentrations, les températures, les tensions, les durées et les valeurs de pH. Il aborde ensuite les procédés de scellement à l'eau chaude, au dichromate, par hydrolyse et par imprégnation organique, en expliquant la fermeture des pores, les exigences en matière de qualité de l'eau, les applications adaptées et les limites de chaque méthode, tout en signalant les équations de réaction manquantes dans la source. L'article conserve les conditions de procédé, les unités, les nuances de matériaux et les relations techniques rapportées par la source, à des fins de référence pratique.
Une couche fraîchement anodisée peut être colorée rapidement afin d'améliorer son aspect et sa résistance à la corrosion. La coloration suivie d'un traitement de scellement permet d'obtenir une large gamme de couleurs et améliore la résistance à la corrosion et à l'usure.
La coloration chimique de l'aluminium anodisé repose sur l'adsorption par le film poreux. Les pores ont généralement un diamètre compris entre 0,01 et 0,03 μm, tandis que les molécules de colorant en suspension dans l'eau mesurent entre 0,0015 et 0,0030 μm. Le colorant est adsorbé à la surface des pores, se diffuse et s'accumule à l'intérieur de ceux-ci, puis se lie à l'alumine par des liaisons ioniques et hydrogène. Le scellement fixe le colorant dans les pores.
La coloration à base de pigments inorganiques repose principalement sur l'adsorption physique : les molécules de pigment se fixent et s'adsorbent à la surface des micropores. Les couleurs ne sont pas vives et l'adhérence au substrat est faible, mais la résistance à la lumière est bonne. Deux solutions sont utilisées. Après un rinçage minutieux, le métal anodisé est immergé dans la solution 1 pendant 10 à 15 minutes, rincé, puis immergé dans la solution 2 pendant 10 à 15 minutes jusqu’à ce que les sels aient réagi au sein du film pour produire suffisamment de pigment afin d’obtenir la teinte souhaitée.
| Couleur | Composition | Concentration massique (g/L) | Température | Durée (min) | Sel coloré formé |
|---|---|---|---|---|---|
| Rouge | 1. Acétate de cobalt | 50-100 | Température ambiante | 5-10 | Ferricyanure de potassium |
| 2. Ferricyanure de potassium | 10-50 | ||||
| Bleu | 1. Ferrocyanure de potassium | 10-50 | Température ambiante | 5-10 | Bleu de Prusse |
| 2. Nitrure de fer | 10-50 | ||||
| Jaune | 1. Chromate de potassium | 50-100 | Température ambiante | 5-10 | Chromate de plomb |
| 2. Acétate de plomb | 100-200 | ||||
| Noir | 1. Acétate de cobalt | 50-100 | Température ambiante | 5-10 | Oxyde de cobalt |
| 2. Permanganate de potassium | 12-25 |
La teinture aux colorants organiques implique une adsorption physique et des réactions chimiques. L’alumine peut former des liaisons covalentes avec les groupes sulfoniques, des liaisons hydrogène avec les groupes phénoliques, ou encore des complexes avec les molécules de colorant. Les colorants organiques offrent des couleurs vives et une large gamme chromatique, mais présentent une faible résistance à la lumière. Il est préférable d’utiliser de l’eau distillée ou déionisée, car les ions calcium et magnésium présents dans l’eau du robinet forment des complexes avec les molécules de colorant et peuvent altérer le bain. Le colorant est dissous dans de l’eau tiède, portée presque à ébullition, puis filtrée s’il reste des matières en suspension ou des sédiments. Le pH du bain doit être surveillé et ajusté. Les matériaux appropriés pour les cuves sont notamment la céramique, l’acier inoxydable et le polypropylène.
| Couleur | N° | Colorant | Concentration massique (g/L) | Température (°C) | Durée (min) | pH |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rouge | 1 | Rouge alizarine (R) | 5-10 | 60-70 | 10-20 | |
| 2 | Acid Scarlet (GR) | 6-8 | Température ambiante | 2-15 | 4.5-5.5 | |
| 3 | Rouge brillant réactif | 2-5 | 70-80 | |||
| 4 | Rouge aluminium (GLW) | 3-5 | Température ambiante | 5-10 | 5-6 | |
| Bleu | 1 | Bleu résistant à la lumière (direct) | 3-5 | 15-30 | 15-20 | 4.5-5.5 |
| 2 | Bleu brillant réactif | 5 | Température ambiante | 1-5 | 4.5-5.5 | |
| 3 | Bleu acide | 2-5 | 60-70 | 2-15 | 4.5-5.5 | |
| Jaune doré | 1 | Jaune d'alizarine (S) | 0.3 | 70-80 | 1-3 | 5-6 |
| Rouge alizarine (R) | 0.5 | |||||
| 2 | Orange brillant réactif | 0.5 | 70-80 | 5-15 | ||
| 3 | Jaune aluminium (GLW) | 2.5 | Température ambiante | 2-5 | 5-5.5 | |
| Noir | 1 | Noir acide (ATT) | 10 | Température ambiante | 3-10 | 4.5-5.5 |
| 2 | Bleu foncé acide | 10-12 | 60-70 | 10-15 | ||
| 3 | Noir d'aniline | 5-10 | 60-70 | 15-30 | 5-5.5 |
L'aluminium anodisé est soumis à une électrolyse dans une solution de sels métalliques. Des réactions électrochimiques transforment les ions de métaux lourds qui pénètrent dans les micropores en atomes métalliques, lesquels se déposent dans la couche poreuse au fond des pores. Les différences de type d'ions, de métal déposé, de taille des particules et de répartition entraînent une absorption et une réflexion sélectives à différentes longueurs d'onde, d'où l'apparition de couleurs différentes.
| Couleur | Composition | Concentration massique (g/L) | Température (°C) | Tension alternative (V) | Durée (min) |
|---|---|---|---|---|---|
| Jaune doré | Nitrate d'argent | 0.4-10 | 20 | 8-20 | 0.5-1.5 |
| Acide sulfurique | 5-30 | ||||
| Bronze → marron → noir | Sulfate de nickel | 25 | 20 | 7-15 | 2-15 |
| Acide borique | 25 | ||||
| Sulfate d'ammonium | 15 | ||||
| Sulfate de magnésium | 20 | ||||
| Bronze → marron → noir | Sulfate stanneux | 20 | 15-25 | 13-20 | 5-20 |
| Acide sulfurique | 10 | ||||
| Acide borique | 10 | ||||
| Violet → brun rougeâtre | Sulfate de cuivre | 35 | 20 | 10 | 5-20 |
| Sulfate de magnésium | 20 | ||||
| Acide sulfurique | 5 | ||||
| Noir | Sulfate de cobalt | 25 | 20 | 17 | 13 |
| Sulfate d'ammonium | 15 | ||||
| Acide borique | 25 |
L'aluminium et les alliages d'aluminium peuvent être anodisés dans un électrolyte contenant des composés organiques, ce qui permet d'obtenir simultanément une coloration. Les fines particules dispersées le long des parois des pores diffusent la lumière incidente et créent différentes couleurs. Ces particules proviennent du substrat ou des produits de décomposition des composés organiques de l'électrolyte. L'intensité de la couleur est directement liée à l'épaisseur du film. Une densité de courant anodique et une tension élevées rendent ce procédé très gourmand en énergie.
Les films anodiques présentent une surface poreuse et très réactive. Les contaminants et les substances corrosives peuvent pénétrer dans les pores, tandis que les pigments peuvent s'échapper, ce qui réduit les performances de la surface. Qu'il soit coloré ou non, l'aluminium anodisé doit donc être scellé rapidement. Le scellement fixe le colorant dans les micropores, empêche le saignement et améliore la résistance à l'usure, la résistance à la lumière, la résistance à la corrosion et l'isolation électrique.
Le scellage à l'eau chaude repose sur l'hydratation de l'Al amorphe2O3:
[À VÉRIFIER : l'équation d'hydratation ne figure pas dans la source]
Dans la source, n vaut 1 ou 3. Lorsque Al2O3 s'hydrate pour former de l'oxyde d'aluminium monohydraté, Al2O3·H2O, son volume augmente d'environ 33%. Formation d'oxyde d'aluminium trihydraté, Al2O3·3H2O, ce qui fait presque doubler le volume. Hydratation de l'Al2O3 à la surface du film et sur les parois des pores, ce qui provoque une dilatation du matériau et la fermeture des pores.
Le scellage à l'eau chaude utilise de l'eau à une température comprise entre 90 et 100 °C, avec un pH compris entre 6 et 7,5, pendant 15 à 30 minutes. Il est nécessaire d'utiliser de l'eau distillée ou déionisée, car le tartre présent dans l'eau du robinet peut se déposer dans les pores et réduire la transparence ainsi que la qualité des couleurs. L'eau distillée neutre peut donner un aspect trouble et réduire la brillance ; l'eau distillée légèrement acide permet d'obtenir un scellage de meilleure qualité. Le scellage à la vapeur fonctionne selon le même principe et s'avère plus efficace, mais plus coûteux.
Les produits en aluminium sont plongés dans une solution de dichromate de potassium fortement oxydante à température élevée, afin que le film d'oxyde réagisse avec le dichromate. Lorsqu'une pièce anodisée est plongée dans la solution, l'alumine présente dans le film et sur les parois des pores réagit avec le dichromate de potassium en solution aqueuse. [À VÉRIFIER : l'équation de la réaction n'apparaît pas dans la source.]
Les précipités de chromate d'aluminium basique et de dichromate d'aluminium basique ainsi obtenus, associés à l'oxyde d'aluminium monohydraté et trihydraté issus de l'hydratation à l'eau chaude, obturent les micropores. Le bain contient 50 à 70 g/L de dichromate de potassium et fonctionne à une température comprise entre 90 et 95 °C pendant 15 à 25 minutes, à un pH de 6 à 7. Le film traité est jaune et présente une bonne résistance à la corrosion. Ce procédé convient à l’anodisation protectrice, mais pas aux films colorés décoratifs.
Lorsque des solutions très diluées de sels de nickel ou de cobalt sont adsorbées par le film, une hydrolyse se produit. [À VÉRIFIER : les équations d'hydrolyse ne figurent pas dans la source.] L'hydroxyde de nickel ou de cobalt ainsi formé précipite et obstrue les micropores. En petites quantités, ces composés sont pratiquement incolores et transparents, ce qui rend cette méthode particulièrement adaptée aux films protecteurs et décoratifs colorés. Les hydroxydes forment également des complexes avec les colorants organiques et améliorent la résistance à la lumière.
| Paramètre | Formule 1 | Formule 2 | Formule 3 | |
|---|---|---|---|---|
| Concentration massique de la solution (g/L) | Sulfate de nickel | 4-6 | 3-5 | |
| Sulfate de cobalt | 0.5-0.8 | |||
| Acétate de cobalt | 1-2 | |||
| Acétate de sodium | 4-6 | 3-5 | 3-4 | |
| Acide borique | 4-5 | 3-4 | 5-6 | |
| Paramètres de processus | pH | 4-6 | 5-6 | 4.5-5.5 |
| Température (°C) | 80-85 | 70-80 | 80-90 | |
| Durée de scellage (min) | 10-20 | 10-15 | 10-25 | |
Les films d'oxyde anodique peuvent également être scellés à l'aide de matériaux organiques tels que du vernis transparent, de la cire de paraffine fondue, diverses résines et des huiles siccatives.
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