Wat zijn de belangrijkste processen voor het anodiseren van aluminium?

Wanneer een aluminium-anode in een zure oplossing door een externe stroom wordt geoxideerd, vinden de vorming van een oxidefilm en de oplossing daarvan gelijktijdig plaats. Er ontstaat alleen een anodische oxidefilm wanneer de vormingssnelheid hoger is dan de oplossingssnelheid. Gangbare methoden zijn onder meer anodiseren met zwavelzuur, chroomzuur en oxaalzuur. Andere methoden zijn onder meer harde en porseleinachtige anodisatie.

Anodiseren met zwavelzuur

Bij het anodiseren met zwavelzuur wordt gelijkstroom of wisselstroom toegepast in een elektrolyt die 10% tot 20% H bevat₂DUS₄ per massa. Het vormt een kleurloze, transparante, sterk adsorberende film met een dikte van 5 tot 20 μm. Het proces is eenvoudig, de oplossing is stabiel en de toepassing is gemakkelijk.

Invloed van de zwavelzuurconcentratie

Een hoge concentratie zwavelzuur versnelt de chemische oplossing en leidt tot een dunne, zachte, zeer poreuze film met een sterk adsorptievermogen en een goede verfbaarheid. Een lagere concentratie verhoogt de groeisnelheid van de film en leidt tot een lagere porositeit, een hogere hardheid, een goede slijtvastheid en een goed reflectievermogen.

Invloed van de temperatuur

De temperatuur van de elektrolyt heeft een grote invloed op de kwaliteit van de film. Bij 10 tot 20 °C is de film poreus, adsorberend, elastisch en geschikt om te worden geverfd, maar heeft hij een lagere hardheid en slijtvastheid. Boven 26 °C wordt de film los en zacht. Onder 10 °C wordt de film dikker, harder en slijtvaster, maar minder poreus. De temperatuur moet daarom strikt worden geregeld.

Invloed van de stroomdichtheid

Het verhogen van de stroomdichtheid versnelt de groei, verkort de oxidatietijd, vermindert de chemische oplossing en leidt tot een hardere, slijtvastere laag. Een te hoge stroomdichtheid verhoogt de oplossing door Joule-verwarming en kan de groeisnelheid verlagen. Een zeer lage stroomdichtheid vereist een lang proces en leidt tot een losse, zachtere laag.

Effect van roeren

Roeren bevordert de convectie en zorgt voor een gelijkmatige temperatuur, waardoor wordt voorkomen dat plaatselijke opwarming van het metaal de kwaliteit van de film aantast. Voor het roeren worden persluchtsystemen en pompen gebruikt.

Invloed van de legeringssamenstelling

De samenstelling van de legering heeft een grote invloed op de kwaliteit, dikte en kleur van de film. Andere elementen leiden doorgaans tot een verminderde kwaliteit. Als een Al-Mg-legering meer dan 5% magnesium (massa%) bevat en een ongelijkmatige structuur heeft, is een geschikte homogeniserende warmtebehandeling nodig om de transparantie te behouden. Naarmate het siliciumgehalte in Al-Mg-Si-legeringen toeneemt, verandert de film van kleurloos en transparant via grijs en paars naar zwart, waardoor het moeilijk is om een uniforme kleur te verkrijgen. Koper verhoogt de porositeit en de losheid en vermindert de kwaliteit in Al-Cu-Mg-Mn-legeringen. Onder identieke omstandigheden levert zuiver aluminium de dikste en hardste film op met de beste corrosiebestendigheid.

Invloed van de oxidatietijd

De benodigde tijd hangt af van de elektrolytconcentratie, de temperatuur, de stroomdichtheid en de gewenste dikte. Onder dezelfde omstandigheden zorgen een grotere dikte voor een hogere porositeit, betere verfbaarheid en betere corrosiebestendigheid, maar de groei vertraagt uiteindelijk en stopt. Voor een film met een gespecificeerde dikte en hardheid is 30 tot 40 minuten nodig; voor een decoratieve film met een grotere porositeit voor het verven is 60 tot 100 minuten nodig.

Het effect van wisselstroom

Bij wisselstroom (AC) fungeert elk werkstuk slechts gedurende de helft van elke cyclus als anode, waardoor de zwavelzuurconcentratie lager moet zijn en de stroomdichtheid hoger kan zijn. De laag heeft een hoge transparantie en porositeit, maar een lagere hardheid en slijtvastheid. Werkstukken kunnen op beide elektroden worden bevestigd als hun oppervlakken gelijk zijn. Om dezelfde dikte te verkrijgen als bij gelijkstroom-anodiseren is de oxidatietijd twee keer zo lang.

Anodiseren met chroomzuur

Chromzuurfilms zijn met een dikte van 2 tot 5 μm veel dunner dan zwavelzuur- of oxaalzuurfilms. Ze hebben een lage porositeit, zijn zacht en elastisch en vertonen een lagere corrosie- en slijtvastheid dan zwavelzuurfilms. Omdat er weinig aluminium oplost, behouden onderdelen hun oorspronkelijke nauwkeurigheid en oppervlakteruwheid, waardoor het proces geschikt is voor precisieonderdelen. De film hecht goed aan verf en wordt veel gebruikt als verfondergrond en op met rubber verlijmde onderdelen.

Concentratie van chroomanhydride

Het oxidatievermogen neemt af wanneer het gehalte aan chroomanhydride te hoog of te laag is, hoewel een lichte overschrijding binnen het toegestane bereik aanvaardbaar is. Een elektrolyt met te weinig chroomanhydride is onstabiel en leidt tot een verminderde filmkwaliteit.

Effect van onzuiverheden

Chloride-, sulfaat- en driewaardige chroomionen zijn schadelijke verontreinigingen. Chloride tast onderdelen aan. Een toename van sulfaat zorgt ervoor dat de laag van transparant naar ondoorzichtig verandert en verkort de levensduur van de oplossing. Een teveel aan driewaardig chroom maakt de laag donker en dof.

Invloed van de spanning

Gedurende de eerste 15 minuten wordt de spanning geleidelijk verhoogd van 0 tot 40 V, in stappen van maximaal 5 V, om de stroom binnen het gespecificeerde bereik te houden. Zodra 40 V is bereikt, wordt deze spanning gehandhaafd totdat het oxidatieproces is voltooid. De spanning moet tijdens het anodiseren geleidelijk stijgen om de gespecificeerde stroomdichtheid te handhaven en de vereiste laagdikte te bereiken.

Anodiseren met oxaalzuur

Oxaalzuur is zwak en tast aluminium slechts in geringe mate aan. Bij het anodiseren met oxaalzuur ontstaat daarom een relatief harde, dikke laag van maximaal 60 μm met een goede corrosiebestendigheid en elektrische isolatie. De kosten zijn hoog omdat de elektrolyt een grotere weerstand heeft dan zwavelzuur of chroomzuur, meer elektrische energie verbruikt en snel opwarmt, waardoor effectieve koeling vereist is. Door de procesomstandigheden aan te passen kunnen direct decoratieve lagen in verschillende kleuren worden geproduceerd zonder dat er daarna nog geverfd hoeft te worden, behalve op aluminium dat koper bevat.

De oxaalzuur-elektrolyt is zeer gevoelig voor chloride-ionen. Bij concentraties boven 0,04 g/l ontstaan er corrosievlekken op de film. De concentratie aan driewaardige aluminiumionen mag niet hoger zijn dan 3 g/l.