Come vengono colorate e sigillate le pellicole in alluminio anodizzato?

Colorazione dei film di ossido anodico

Una pellicola appena anodizzata può essere colorata immediatamente per migliorarne l'aspetto e la resistenza alla corrosione. La colorazione seguita dalla sigillatura consente di ottenere una vasta gamma di colori e migliora la resistenza alla corrosione e all'usura.

La colorazione chimica dell’alluminio anodizzato si basa sull’adsorbimento da parte del film poroso. I pori hanno tipicamente un diametro compreso tra 0,01 e 0,03 μm, mentre le molecole di colorante separate in acqua misurano da 0,0015 a 0,0030 μm. Il colorante viene adsorbito sulle superfici dei pori, si diffonde e si accumula all’interno dei pori, legandosi all’allumina tramite legami ionici e legami idrogeno. La sigillatura fissa il colorante nei pori.

Colorazione con pigmenti inorganici

La colorazione con pigmenti inorganici avviene principalmente per adsorbimento fisico: le molecole di pigmento riempiono e si adsorbono sulle superfici dei micropori. I colori non sono vivaci e l’adesione al substrato è scarsa, ma la resistenza alla luce è buona. Si utilizzano due soluzioni. Dopo un risciacquo accurato, il metallo anodizzato viene immerso nella soluzione 1 per 10-15 minuti, risciacquato e quindi immerso nella soluzione 2 per 10-15 minuti, fino a quando i sali non hanno reagito all’interno del film producendo una quantità di pigmento sufficiente a ottenere la tonalità richiesta.

Colorazione con coloranti organici

La colorazione con coloranti organici comporta adsorbimento fisico e reazioni chimiche. L’allumina può formare legami covalenti con i gruppi solfonici, legami idrogeno con i gruppi fenolici o complessi con le molecole di colorante. I coloranti organici offrono colori vivaci e un’ampia gamma cromatica, ma presentano una scarsa resistenza alla luce. È preferibile utilizzare acqua distillata o deionizzata, poiché gli ioni di calcio e magnesio presenti nell’acqua di rubinetto formano complessi con le molecole di colorante e possono compromettere il bagno. Il colorante viene sciolto in acqua tiepida, riscaldata quasi fino all’ebollizione, e filtrato qualora permangano sostanze in sospensione o sedimenti. Il pH del bagno deve essere monitorato e regolato. I materiali adatti per le vasche includono ceramica, acciaio inossidabile e polipropilene.

Colorazione elettrolitica

L'alluminio anodizzato viene sottoposto a elettrolisi in una soluzione di sali metallici. Le reazioni elettrochimiche riducono gli ioni di metalli pesanti che penetrano nei micropori ad atomi metallici, i quali si depositano nello strato poroso sul fondo dei pori. Le differenze relative al tipo di ione, al metallo depositato, alla dimensione delle particelle e alla loro distribuzione determinano un assorbimento e una riflessione selettivi a diverse lunghezze d'onda e, di conseguenza, colori diversi.

Colorazione integrale

L'alluminio e le leghe di alluminio possono essere anodizzati in un elettrolita contenente sostanze organiche, in modo che la colorazione avvenga contemporaneamente. Le particelle fini disperse lungo le pareti dei pori diffondono la luce incidente e creano colori diversi. Le particelle provengono dal substrato o dai prodotti di decomposizione dei composti organici presenti nell’elettrolita. L’intensità del colore è direttamente correlata allo spessore del film. L’elevata densità di corrente anodica e la tensione elevata rendono il processo ad alto consumo energetico.

Sigillatura dei film di ossido anodico

I film anodici presentano una superficie porosa e altamente reattiva. I contaminanti e le sostanze corrosive possono penetrare nei pori, mentre i pigmenti possono fuoriuscire, riducendo le prestazioni della superficie. Che sia colorato o meno, l’alluminio anodizzato deve quindi essere sigillato tempestivamente. La sigillatura fissa il colorante nei micropori, impedisce lo sbavamento e migliora la resistenza all’usura, la resistenza alla luce, la resistenza alla corrosione e l’isolamento elettrico.

Sigillatura ad acqua calda

La sigillatura ad acqua calda si basa sull'idratazione dell'Al amorfo₂O₃:

[DA VERIFICARE: nell'originale manca l'equazione dell'idratazione]

Nel codice sorgente, n è pari a 1 o 3. Quando Al₂O₃ idrati in ossido di alluminio monoidrato, Al₂O₃·H₂O, il cui volume aumenta di circa 33%. Formazione di ossido di alluminio triidrato, Al₂O₃·3H₂Oh, il volume quasi raddoppia. Idratazione dell’Al₂O₃ sulla superficie del film e sulle pareti dei pori, provocando così l’espansione del materiale e la chiusura dei pori.

La sigillatura ad acqua calda utilizza acqua a una temperatura compresa tra 90 e 100 °C, con pH tra 6 e 7,5, per un tempo compreso tra 15 e 30 minuti. È necessaria acqua distillata o deionizzata perché il calcare presente nell’acqua del rubinetto può essere adsorbito nei pori e ridurre la trasparenza e la qualità del colore. L’acqua distillata neutra può conferire un aspetto torbido e ridurre la lucentezza; l’acqua distillata leggermente acida garantisce una sigillatura migliore. La sigillatura a vapore funziona secondo lo stesso principio ed è più efficace, ma anche più costosa.

Sigillatura con bicromato

I prodotti in alluminio vengono immersi in una soluzione di bicromato di potassio fortemente ossidante a temperatura elevata, in modo che il film di ossido reagisca con il bicromato. Quando un pezzo anodizzato entra nella soluzione, l’allumina presente nel film e nelle pareti dei pori reagisce con il bicromato di potassio in soluzione acquosa. [DA VERIFICARE: nell’originale manca l’equazione di reazione.]

I precipitati di cromato di alluminio basico e di bicromato di alluminio basico che ne derivano, insieme all’ossido di alluminio monoidrato e triidrato prodotti dall’idratazione con acqua calda, chiudono i micropori. Il bagno contiene da 50 a 70 g/L di bicromato di potassio e opera a una temperatura compresa tra 90 e 95 °C per un tempo da 15 a 25 minuti, a un pH compreso tra 6 e 7. Il film trattato è di colore giallo e presenta una buona resistenza alla corrosione. Il metodo è adatto all’anodizzazione protettiva, ma non ai film colorati decorativi.

Sigillatura per idrolisi

Quando soluzioni molto diluite di sali di nichel o cobalto vengono adsorbite dal film, si verifica un processo di idrolisi. [DA VERIFICARE: le equazioni di idrolisi non sono riportate nella fonte.] L’idrossido di nichel o di cobalto che ne deriva precipita all’interno dei micropori, sigillandoli. In piccole quantità è quasi incolore e trasparente, rendendo il metodo particolarmente adatto alle pellicole protettive-decorative colorate. Gli idrossidi formano inoltre complessi con i coloranti organici e migliorano la resistenza alla luce.

Impermeabilizzazione per impregnazione

I film di ossido anodico possono anche essere sigillati con materiali organici quali vernici trasparenti, paraffina fusa, resine di vario tipo e oli essiccanti.