Quels sont les principaux procédés d'anodisation de l'aluminium ?

Lorsqu'une anode en aluminium est oxydée dans une solution acide sous l'effet d'un courant externe, la formation d'un film d'oxyde et sa dissolution se produisent simultanément. Un film d'oxyde anodique n'existe que lorsque sa vitesse de formation dépasse sa vitesse de dissolution. Les méthodes courantes comprennent l'anodisation à l'acide sulfurique, à l'acide chromique et à l'acide oxalique. D'autres méthodes comprennent l'anodisation dure et l'anodisation de type porcelaine.

Anodisation à l'acide sulfurique

L'anodisation à l'acide sulfurique consiste à appliquer un courant continu ou alternatif dans un électrolyte contenant du 10% à 20% H₂ALORS₄ en masse. Il permet d'obtenir un film incolore, transparent et à fort pouvoir d'adsorption, d'une épaisseur comprise entre 5 et 20 μm. Le procédé est simple, la solution est stable et son utilisation est pratique.

Effet de la concentration en acide sulfurique

Une concentration élevée en acide sulfurique accélère la dissolution chimique et permet d'obtenir un film fin, souple et très poreux, présentant un fort pouvoir d'adsorption et une bonne aptitude à la teinture. Une concentration plus faible augmente la vitesse de formation du film et permet d'obtenir une porosité moindre, une dureté plus élevée, une bonne résistance à l'usure et une bonne réflectivité.

Effet de la température

La température de l'électrolyte influe fortement sur la qualité du film. Entre 10 et 20 °C, le film est poreux, adsorbant, élastique et se prête à la teinture, mais présente une dureté et une résistance à l'usure moindres. Au-dessus de 26 °C, il devient friable et mou. En dessous de 10 °C, il devient plus épais, plus dur et plus résistant à l'usure, mais moins poreux. La température doit donc être strictement contrôlée.

Effet de la densité de courant

L'augmentation de la densité de courant accélère la croissance, réduit le temps d'oxydation, limite la dissolution chimique et permet d'obtenir un film plus dur et plus résistant à l'usure. Une densité de courant excessive augmente la dissolution due à l'effet Joule et peut ralentir la vitesse de croissance. Une densité de courant très faible nécessite un processus plus long et donne un film moins compact et plus tendre.

Effet de l'agitation

L'agitation favorise la convection et assure une température homogène, empêchant ainsi que l'échauffement local du métal n'altère la qualité du film. Des systèmes à air comprimé et des pompes sont utilisés pour l'agitation.

Influence de la composition de l'alliage

La composition de l'alliage influe fortement sur la qualité, l'épaisseur et la couleur du film. Les autres éléments réduisent généralement la qualité. Si un alliage Al-Mg contient plus de 5% de magnésium en masse et présente une structure non homogène, un traitement thermique d'homogénéisation adapté est nécessaire pour préserver la transparence. À mesure que la teneur en silicium augmente dans les alliages Al-Mg-Si, la couleur du film passe de l'incolore et transparent au gris, puis au violet et enfin au noir, ce qui rend difficile l'obtention d'une couleur uniforme. Le cuivre augmente la porosité et le relâchement de la structure, et réduit la qualité dans les alliages Al-Cu-Mg-Mn. Dans des conditions identiques, l’aluminium pur produit le film le plus épais et le plus dur, offrant la meilleure résistance à la corrosion.

Effet de la durée d'oxydation

Le temps nécessaire dépend de la concentration en électrolyte, de la température, de la densité de courant et de l'épaisseur souhaitée. À conditions égales, l'augmentation de l'épaisseur accroît la porosité, la capacité de teinture et la résistance à la corrosion, mais la croissance finit par ralentir puis s'arrêter. Un film d’une épaisseur et d’une dureté données nécessite 30 à 40 minutes ; un film décoratif présentant une porosité plus élevée pour la teinture nécessite 60 à 100 minutes.

Effet du courant alternatif

Avec le courant alternatif, chaque pièce n'est en position anodique que pendant la moitié de chaque cycle ; la concentration en acide sulfurique doit donc être plus faible et la densité de courant peut être plus élevée. Le film présente une transparence et une porosité élevées, mais une dureté et une résistance à l'usure moindres. Les pièces peuvent être montées sur les deux électrodes si leurs surfaces sont égales. Pour obtenir la même épaisseur qu’avec l’anodisation en courant continu, il faut doubler le temps d’oxydation.

Anodisation à l'acide chromique

Les films d'acide chromique sont nettement plus fins que ceux d'acide sulfurique ou d'acide oxalique, avec une épaisseur comprise entre 2 et 5 μm. Ils présentent une faible porosité, sont souples et élastiques, et offrent une résistance à la corrosion et à l'usure inférieure à celle des films d'acide sulfurique. Comme la dissolution de l'aluminium est faible, les pièces conservent leur précision d'origine et leur rugosité de surface, ce qui rend ce procédé adapté aux composants de précision. Le film adhère bien à la peinture et est largement utilisé comme base de peinture et sur les pièces collées au caoutchouc.

Concentration en anhydride chromique

Le pouvoir oxydant diminue lorsque la teneur en anhydride chromique est trop élevée ou trop faible, bien qu'un léger excès dans les limites autorisées soit acceptable. Un électrolyte contenant trop peu d'anhydride chromique est instable et nuit à la qualité du film.

Effet des impuretés

Les ions chlorure, sulfate et chrome trivalent constituent des impuretés nocives. Le chlorure provoque la corrosion des pièces. Une augmentation de la teneur en sulfate rend le film opaque au lieu de transparent et réduit la durée de vie de la solution. Un excès de chrome trivalent rend le film sombre et terne.

Effet de la tension

Au cours des 15 premières minutes, la tension est augmentée progressivement de 0 à 40 V par paliers ne dépassant pas 5 V, afin de maintenir le courant dans la plage spécifiée. Une fois la tension de 40 V atteinte, celle-ci est maintenue jusqu’à la fin de l’oxydation. La tension doit augmenter progressivement pendant l’anodisation afin de maintenir la densité de courant spécifiée et d’obtenir l’épaisseur de film requise.

Anodisation à l'acide oxalique

L'acide oxalique est faible et n'attaque que légèrement l'aluminium. L'anodisation à l'acide oxalique permet donc d'obtenir un film relativement dur et épais, pouvant atteindre 60 μm, présentant une bonne résistance à la corrosion et une bonne isolation électrique. Les coûts sont élevés car l’électrolyte présente une résistance plus importante que l’acide sulfurique ou l’acide chromique, consomme davantage d’énergie électrique et s’échauffe facilement, ce qui nécessite un refroidissement efficace. La modification des conditions du procédé permet d’obtenir directement des films décoratifs de différentes couleurs sans teinture ultérieure, sauf sur l’aluminium contenant du cuivre.

L'électrolyte à base d'acide oxalique est très sensible aux ions chlorure. Au-delà de 0,04 g/L, des taches de corrosion apparaissent sur le film. La concentration en ions d'aluminium trivalents ne doit pas dépasser 3 g/L.