Quais são os principais processos de anodização do alumínio?

Quando um ânodo de alumínio é oxidado em uma solução ácida por meio de uma corrente externa, o crescimento da película de óxido e a dissolução ocorrem simultaneamente. Uma película de óxido anódico só existe quando sua taxa de formação excede sua taxa de dissolução. Os métodos comuns incluem a anodização com ácido sulfúrico, ácido crômico e ácido oxálico. Outros métodos incluem a anodização dura e a anodização tipo porcelana.

Anodização com ácido sulfúrico

A anodização com ácido sulfúrico aplica corrente contínua ou alternada em um eletrólito contendo 10% a 20% H₂ENTÃO₄ por massa. Produz uma película incolor, transparente e altamente adsorvente, com espessura de 5 a 20 μm. O processo é simples, a solução é estável e a operação é prática.

Efeito da concentração de ácido sulfúrico

Uma alta concentração de ácido sulfúrico acelera a dissolução química e produz uma película fina, macia e altamente porosa, com forte capacidade de adsorção e boa capacidade de tingimento. Uma concentração mais baixa aumenta a taxa de crescimento da película e resulta em menor porosidade, maior dureza, boa resistência ao desgaste e boa refletividade.

Efeito da temperatura

A temperatura do eletrólito afeta significativamente a qualidade do filme. Entre 10 e 20 °C, o filme é poroso, adsorvente, elástico e adequado para tingimento, mas apresenta menor dureza e resistência ao desgaste. Acima de 26 °C, ele se torna solto e macio. Abaixo de 10 °C, ele se torna mais espesso, mais duro e mais resistente ao desgaste, mas menos poroso. A temperatura deve, portanto, ser controlada rigorosamente.

Efeito da densidade de corrente

O aumento da densidade de corrente acelera o crescimento, reduz o tempo de oxidação, diminui a dissolução química e produz uma película mais dura e mais resistente ao desgaste. Uma densidade de corrente excessiva aumenta a dissolução por meio do aquecimento de Joule e pode reduzir a taxa de crescimento. Uma densidade de corrente muito baixa exige um processo demorado e produz uma película mais solta e mais macia.

Efeito da agitação

A agitação promove a convecção e a uniformidade da temperatura, evitando que o aquecimento local do metal prejudique a qualidade do filme. Para a agitação, são utilizados sistemas de ar comprimido e bombas.

Efeito da composição da liga

A composição da liga afeta fortemente a qualidade, a espessura e a cor do filme. Outros elementos geralmente reduzem a qualidade. Se uma liga de Al-Mg contiver mais de 5% de magnésio em massa e apresentar uma estrutura não uniforme, é necessário um tratamento térmico de homogeneização adequado para preservar a transparência. À medida que o silício aumenta nas ligas de Al-Mg-Si, a película muda de incolor e transparente, passando por tons de cinza e roxo, até ficar preta, dificultando a obtenção de uma cor uniforme. O cobre aumenta a porosidade e a fragilidade e reduz a qualidade nas ligas de Al-Cu-Mg-Mn. Em condições idênticas, o alumínio puro produz o filme mais espesso e mais duro, com a melhor resistência à corrosão.

Efeito do tempo de oxidação

O tempo necessário depende da concentração do eletrólito, da temperatura, da densidade de corrente e da espessura desejada. Nas mesmas condições, o aumento da espessura eleva a porosidade, a capacidade de tingimento e a resistência à corrosão, mas o crescimento acaba por desacelerar e parar. Uma película com espessura e dureza específicas requer de 30 a 40 minutos; uma película decorativa com maior porosidade para tingimento requer de 60 a 100 minutos.

Efeito da corrente alternada

Com a corrente alternada (CA), cada peça fica na posição anódica apenas durante metade de cada ciclo; portanto, a concentração de ácido sulfúrico deve ser menor e a densidade de corrente pode ser maior. A película apresenta alta transparência e porosidade, mas menor dureza e resistência ao desgaste. As peças podem ser montadas em ambos os eletrodos se suas áreas forem iguais. Para obter a mesma espessura que na anodização em corrente contínua, é necessário o dobro do tempo de oxidação.

Anodização com ácido crômico

As camadas de ácido crômico são muito mais finas do que as de ácido sulfúrico ou oxálico, com espessura de 2 a 5 μm. Elas apresentam baixa porosidade, são macias e elásticas e têm menor resistência à corrosão e ao desgaste do que as camadas de ácido sulfúrico. Como pouca quantidade de alumínio se dissolve, as peças mantêm sua precisão original e rugosidade superficial, tornando o processo adequado para componentes de precisão. A película adere bem à tinta e é amplamente utilizada como base para pintura e em peças com revestimento de borracha.

Concentração de anidrido crômico

O poder oxidante diminui quando o teor de anidrido crômico é muito alto ou muito baixo, embora um ligeiro excesso dentro da faixa permitida seja aceitável. Um eletrólito com teor insuficiente de anidrido crômico é instável e prejudica a qualidade do filme.

Efeito das impurezas

Os íons cloreto, sulfato e cromo trivalente são impurezas prejudiciais. O cloreto corrói as peças. O aumento do sulfato transforma a película de transparente em opaca e reduz a vida útil da solução. O excesso de cromo trivalente torna a película escura e sem brilho.

Efeito da tensão

Durante os primeiros 15 minutos, a tensão é aumentada gradualmente de 0 a 40 V, em incrementos não superiores a 5 V, para manter a corrente dentro da faixa especificada. Uma vez atingidos os 40 V, esse valor é mantido até o término da oxidação. A tensão deve aumentar progressivamente durante a anodização para manter a densidade de corrente especificada e atingir a espessura de película exigida.

Anodização com ácido oxálico

O ácido oxálico é fraco e ataca o alumínio apenas ligeiramente. A anodização com ácido oxálico produz, portanto, uma película relativamente dura e espessa, de até 60 μm, com boa resistência à corrosão e isolamento elétrico. Os custos são elevados porque o eletrólito apresenta maior resistividade do que o ácido sulfúrico ou crômico, consome mais energia elétrica e se aquece facilmente, exigindo um resfriamento eficaz. A alteração das condições do processo permite a produção direta de películas decorativas em diferentes cores, sem necessidade de tingimento posterior, exceto no caso de alumínio contendo cobre.

O eletrólito de ácido oxálico é altamente sensível aos íons cloreto. Acima de 0,04 g/L, surgem pontos de corrosão no filme. Os íons de alumínio trivalentes não devem exceder 3 g/L.