Como as películas de alumínio anodizado são coloridas e seladas?

Coloração de filmes de óxido anódico

Uma película recém-anodizada pode ser colorida imediatamente para melhorar a aparência e a resistência à corrosão. A coloração seguida de selagem permite obter diversas cores e melhora a resistência à corrosão e ao desgaste.

A coloração química do alumínio anodizado depende da adsorção pela película porosa. Os poros típicos têm diâmetro de 0,01 a 0,03 μm, enquanto as moléculas de corante separadas na água têm diâmetro de 0,0015 a 0,0030 μm. O corante é adsorvido nas superfícies dos poros, difunde-se e se acumula dentro deles, e se liga à alumina por meio de ligações iônicas e de hidrogênio. A selagem fixa o corante nos poros.

Coloração com pigmentos inorgânicos

A coloração com pigmentos inorgânicos funciona principalmente por adsorção física: as moléculas de pigmento preenchem e se adsorvem nas superfícies dos microporos. As cores não são vivas e a aderência ao substrato é fraca, mas a resistência à luz é boa. São utilizadas duas soluções. Após enxágue completo, o metal anodizado é imerso na solução 1 por 10 a 15 minutos, enxaguado e, em seguida, imerso na solução 2 por 10 a 15 minutos, até que os sais tenham reagido dentro da película para produzir pigmento suficiente para a tonalidade desejada.

Coloração com corantes orgânicos

A coloração com corantes orgânicos envolve adsorção física e reações químicas. A alumina pode formar ligações covalentes com grupos sulfônicos, ligações de hidrogênio com grupos fenólicos ou complexos com moléculas de corante. Os corantes orgânicos proporcionam cores vivas e uma ampla gama de tonalidades, mas apresentam baixa resistência à luz. Recomenda-se o uso de água destilada ou desionizada, pois os íons de cálcio e magnésio presentes na água da torneira formam complexos com as moléculas de corante e podem comprometer o banho. O corante é dissolvido em água morna, aquecido quase até a ebulição e filtrado caso haja matéria em suspensão ou sedimentos. O pH do banho deve ser monitorado e ajustado. Materiais adequados para os tanques incluem cerâmica, aço inoxidável e polipropileno.

Coloração eletrolítica

O alumínio anodizado é submetido a um processo de eletrólise em uma solução de sais metálicos. As reações eletroquímicas reduzem os íons de metais pesados que penetram nos microporos a átomos metálicos, os quais se depositam na camada porosa, no fundo dos poros. As diferenças no tipo de íon, no metal depositado, no tamanho das partículas e na distribuição geram absorção e reflexão seletivas em diferentes comprimentos de onda e, consequentemente, cores diferentes.

Coloração integral

O alumínio e as ligas de alumínio podem ser anodizados em um eletrólito que contenha compostos orgânicos, de modo que a coloração ocorra simultaneamente. Partículas finas dispersas ao longo das paredes dos poros dispersam a luz incidente e criam cores diferentes. As partículas se originam do substrato ou de produtos de decomposição dos compostos orgânicos do eletrólito. A intensidade da cor está diretamente relacionada à espessura do filme. A alta densidade de corrente anódica e a alta tensão tornam o processo energeticamente intensivo.

Selagem de camadas de óxido anódico

As camadas de anodização apresentam uma superfície porosa e altamente ativa. Contaminantes e substâncias corrosivas podem penetrar nos poros, enquanto os pigmentos podem escapar, reduzindo o desempenho da superfície. Seja colorido ou não, o alumínio anodizado deve, portanto, ser selado imediatamente. A selagem fixa o corante nos microporos, evita o sangramento e melhora a resistência ao desgaste, a estabilidade à luz, a resistência à corrosão e o isolamento elétrico.

Soldagem com água quente

A selagem com água quente se baseia na hidratação do Al amorfo₂O₃:

[A VERIFICAR: falta a equação de hidratação na fonte]

Na fonte, n é 1 ou 3. Quando Al₂O₃ hidrata-se formando monohidrato de óxido de alumínio, Al₂O₃·H₂O, seu volume aumenta em cerca de 33%. Formação de óxido de alumínio tri-hidratado, Al₂O₃·3H₂O quase dobra o volume. Hidratação do Al₂O₃ na superfície do filme e nas paredes dos poros, o que faz com que o material se expanda e os poros se fechem.

A selagem com água quente utiliza água a uma temperatura de 90 a 100 °C, com pH entre 6 e 7,5, por um período de 15 a 30 minutos. É necessária água destilada ou desionizada, pois os resíduos da água da torneira podem ser adsorvidos nos poros e reduzir a transparência e a qualidade da cor. A água destilada neutra pode produzir uma aparência turva e reduzir o brilho; a água destilada levemente ácida produz uma selagem melhor. A selagem a vapor funciona segundo o mesmo princípio e é mais eficaz, mas mais cara.

Selagem com dicromato

Os produtos de alumínio são colocados em uma solução de dicromato de potássio fortemente oxidante a temperatura elevada, de modo que a película de óxido reaja com o dicromato. Quando uma peça anodizada entra na solução, a alumina presente na película e nas paredes dos poros reage com o dicromato de potássio aquoso. [A VERIFICAR: equação da reação ausente na fonte.]

Os precipitados resultantes de cromato de alumínio básico e dicromato de alumínio básico, juntamente com o óxido de alumínio monohidratado e tri-hidratado produzidos pela hidratação com água quente, fecham os microporos. O banho contém 50 a 70 g/L de dicromato de potássio e opera a 90 a 95 °C por 15 a 25 minutos, com pH entre 6 e 7. O filme tratado é amarelo e apresenta boa resistência à corrosão. O método é adequado para anodização protetora, mas não para filmes coloridos decorativos.

Vedação por hidrólise

Quando soluções muito diluídas de sais de níquel ou cobalto são adsorvidas pelo filme, ocorre hidrólise. [A VERIFICAR: faltam as equações de hidrólise na fonte.] O hidróxido de níquel ou cobalto resultante precipita e obstrui os microporos. Em pequenas quantidades, ele é quase incolor e transparente, tornando o método particularmente adequado para filmes protetores e decorativos coloridos. Os hidróxidos também formam complexos com corantes orgânicos e melhoram a resistência à luz.

Impermeabilização por impregnação

As camadas de óxido anódico também podem ser seladas com materiais orgânicos, como verniz transparente, cera de parafina derretida, diversas resinas e óleos secantes.