Quali sono i principali processi di anodizzazione dell'alluminio?

Quando un anodo di alluminio viene ossidato in una soluzione acida mediante una corrente esterna, la crescita del film di ossido e la sua dissoluzione avvengono simultaneamente. Un film di ossido anodico si forma solo quando la sua velocità di formazione supera quella di dissoluzione. Tra i metodi più comuni figurano l’anodizzazione con acido solforico, acido cromico e acido ossalico. Altri metodi includono l’anodizzazione dura e quella di tipo porcellanato.

Anodizzazione con acido solforico

L'anodizzazione con acido solforico prevede l'applicazione di corrente continua o alternata in un elettrolita contenente da 10% a 20% H₂QUINDI₄ in massa. Produce una pellicola incolore, trasparente e altamente adsorbente, con uno spessore compreso tra 5 e 20 μm. Il processo è semplice, la soluzione è stabile e l'utilizzo è pratico.

Effetto della concentrazione di acido solforico

Un’elevata concentrazione di acido solforico accelera la dissoluzione chimica e produce una pellicola sottile, morbida e altamente porosa, caratterizzata da un forte potere di adsorbimento e da una buona tintura. Una concentrazione inferiore aumenta la velocità di formazione della pellicola e produce una porosità minore, una maggiore durezza, una buona resistenza all’usura e una buona riflettività.

Effetto della temperatura

La temperatura dell’elettrolita influisce notevolmente sulla qualità del film. A una temperatura compresa tra 10 e 20 °C, il film risulta poroso, adsorbente, elastico e adatto alla tintura, ma presenta una durezza e una resistenza all’usura inferiori. Al di sopra dei 26 °C, diventa friabile e morbido. Al di sotto dei 10 °C, diventa più spesso, più duro e più resistente all’usura, ma meno poroso. La temperatura deve quindi essere controllata con rigore.

Effetto della densità di corrente

L'aumento della densità di corrente accelera la crescita, riduce il tempo di ossidazione, limita la dissoluzione chimica e produce un film più duro e più resistente all'usura. Una densità di corrente eccessiva aumenta la dissoluzione a causa del riscaldamento di Joule e può ridurre la velocità di crescita. Una densità di corrente molto bassa richiede un processo più lungo e produce un film più friabile e più morbido.

Effetto dell'agitazione

L'agitazione favorisce la convezione e garantisce una temperatura uniforme, impedendo che il surriscaldamento locale del metallo comprometta la qualità del film. Per l'agitazione si utilizzano sistemi ad aria compressa e pompe.

Effetto della composizione della lega

La composizione della lega influisce notevolmente sulla qualità, lo spessore e il colore del film. Gli altri elementi ne riducono generalmente la qualità. Se una lega Al-Mg contiene più del 5% di magnesio in massa e presenta una struttura non uniforme, è necessario un trattamento termico omogeneizzante adeguato per preservarne la trasparenza. Con l’aumentare del silicio nelle leghe Al-Mg-Si, il film passa dall’essere incolore e trasparente al grigio, al viola e infine al nero, rendendo difficile ottenere un colore uniforme. Il rame aumenta la porosità e la friabilità e riduce la qualità nelle leghe Al-Cu-Mg-Mn. A parità di condizioni, l’alluminio puro produce il film più spesso e più duro, con la migliore resistenza alla corrosione.

Effetto del tempo di ossidazione

Il tempo necessario dipende dalla concentrazione dell’elettrolita, dalla temperatura, dalla densità di corrente e dallo spessore desiderato. A parità di condizioni, l’aumento dello spessore accresce la porosità, la tingibilità e la resistenza alla corrosione, ma la crescita alla fine rallenta e si arresta. Per ottenere un film di spessore e durezza specificati sono necessari dai 30 ai 40 minuti; per un film decorativo con maggiore porosità, adatto alla tintura, sono necessari dai 60 ai 100 minuti.

Effetto della corrente alternata

Con l'anodizzazione in corrente alternata, ogni pezzo è in posizione anodica solo per metà di ogni ciclo, quindi la concentrazione di acido solforico dovrebbe essere inferiore e la densità di corrente può essere maggiore. Il film presenta elevata trasparenza e porosità, ma minore durezza e resistenza all'usura. I pezzi possono essere montati su entrambi gli elettrodi se le loro superfici sono uguali. Per ottenere lo stesso spessore dell’anodizzazione in corrente continua è necessario raddoppiare il tempo di ossidazione.

Anodizzazione con acido cromico

I film di acido cromico sono molto più sottili rispetto a quelli di acido solforico o ossalico, con uno spessore compreso tra 2 e 5 μm. Presentano una bassa porosità, sono morbidi ed elastici e hanno una resistenza alla corrosione e all’usura inferiore rispetto ai film di acido solforico. Poiché la dissoluzione dell’alluminio è minima, i componenti mantengono la loro precisione e rugosità superficiale originali, rendendo il processo adatto ai componenti di precisione. Il film aderisce bene alla vernice ed è ampiamente utilizzato come base per la verniciatura e su componenti legati alla gomma.

Concentrazione di anidride cromica

Il potere ossidante diminuisce quando il contenuto di anidride cromica è troppo elevato o troppo basso, sebbene sia accettabile un leggero eccesso entro i limiti consentiti. Un elettrolita con una quantità insufficiente di anidride cromica è instabile e compromette la qualità del film.

Effetto delle impurità

Gli ioni cloruro, solfato e cromo trivalente sono impurità nocive. Il cloruro provoca la corrosione dei componenti. Un aumento del solfato rende il film opaco anziché trasparente e riduce la durata della soluzione. Un eccesso di cromo trivalente rende il film scuro e opaco.

Effetto della tensione

Durante i primi 15 minuti, la tensione viene aumentata gradualmente da 0 a 40 V con incrementi non superiori a 5 V, al fine di mantenere la corrente entro l'intervallo specificato. Una volta raggiunti i 40 V, tale valore viene mantenuto fino al termine dell'ossidazione. La tensione deve aumentare progressivamente durante l'anodizzazione per mantenere la densità di corrente specificata e ottenere lo spessore di film richiesto.

Anodizzazione con acido ossalico

L'acido ossalico è debole e aggredisce l'alluminio solo in misura minima. L'anodizzazione con acido ossalico produce quindi un film relativamente duro e spesso, fino a 60 μm, con una buona resistenza alla corrosione e un buon isolamento elettrico. I costi sono elevati poiché l’elettrolita presenta una resistenza maggiore rispetto all’acido solforico o cromico, consuma più energia elettrica e si riscalda facilmente, richiedendo un raffreddamento efficace. Modificando le condizioni di processo è possibile ottenere direttamente strati decorativi di diversi colori senza necessità di successiva tintura, tranne nel caso dell’alluminio contenente rame.

L'elettrolita a base di acido ossalico è altamente sensibile agli ioni cloruro. Al di sopra di 0,04 g/L, sulla pellicola compaiono punti di corrosione. La concentrazione di ioni di alluminio trivalenti non deve superare i 3 g/L.