Anodowanie aluminium

Anodowanie aluminium to jedna z najtrwalszych metod obróbki powierzchni tego metalu. Można powiedzieć, że jest to kontrolowany proces utleniania. Zachodzi on w kwaśnej kąpieli elektrolitycznej znajdującej się w zbiorniku z przepływającym prądem stałym. Aluminiowy detal działa jak anoda, a katodą jest pręt lub płyta wykonane z platyny, stali nierdzewnej czy ołowiu. Po zakończeniu procesu na powierzchni aluminium tworzy się warstwa tlenku glinu. Jest ona całkowicie związana z aluminium i zdecydowanie mocniejsza i twardsza niż jego surowa postać. Struktura powstałej warstwy może być porowata, dzięki czemu nadaje się do aplikacji farb, smarów, klejów czy barwników. Anodowanie aluminium sprawia, że detal z niego wykonany staje się odporny na odpryski, łuszczenie, zarysowania, korozję czy warunki atmosferyczne. Proces ten nie ma wpływu na recykling aluminium, a przy tym jest bardziej ekologiczny niż chociażby galwanizacja.

Spis treści:

Anodowanie aluminium – słowo wstępu
Jak przygotować aluminium do anodowania?
Na czym polega anodowanie aluminium?
Anodowanie aluminium a jego wybarwienie
Jakie typy anodowania aluminium wyróżniamy?
Anodowanie aluminium i jego zalety
Anodowanie aluminium i jego wady
Jak prawidłowo zadbać o anodowaną powłokę?
Jakie właściwości ma anodowane aluminium?

Jak przygotować aluminium do anodowania?

Zanim zaczniemy cały proces, aluminium musi zostać dokładnie oczyszczone. Naturalnie występująca na jego powierzchni powłoka tlenowa musi zostać wytrawiona w celu usunięcia brudu, chłodziwa lub smaru. Oczyszczanie przeprowadza się przy pomocy silnego odtłuszczacza, który następnie musi zostać dokładnie spłukany. Elementy po tym zabiegu poddaje się wytrawieniu w roztworze sody kaustycznej do momentu osiągnięcia jednolitej, matowej powierzchni. Po wytrawieniu części są płukane i neutralizowane w specjalnym roztworze, a następnie ponownie płukane.

Na czym polega anodowanie aluminium?

Anodowanie aluminium rozpoczyna się od zanurzenia oczyszczonego elementu aluminiowego w specjalnym zbiorniku, zawierającym roztwór przewodzący stały prąd elektryczny. Elektrolit zamyka obwód między anodą aluminiową a obojętną katodą, która jest wykonana np. z węgla i która przewodzi prąd, ale nie wchodzi w reakcję z elektrolitem. Jest nim zwykle kwas siarkowy lub chromowy, który jest dobierany w zależności od rodzaju anodowania aluminium i służy do wspomagania szybkości dodawania warstwy anodowej. Aluminium oddaje elektrony ze swojej powierzchni i pozostawia tym samym dodatnio naładowane jony aluminium. Elektrony opuszczające katodę uczestniczą w wytwarzaniu ujemnie naładowanych jonów tlenu. Te następnie migrują na powierzchnię aluminium i łączą się z jonami glinu, dzięki czemu tworzy się cienka warstwa tlenku glinu na powierzchni aluminiowego detalu. Grubość tej warstwy może być regulowana przez dostosowanie napięcia prądu, czasu, temperatury i stężenia roztworu elektrolitu. Pod koniec procesu anodowanie aluminium na jego powierzchni utworzy się warstwa, która jest chemicznie związana z podstawowym aluminium. Po osiągnięciu wymaganej jej grubości elementy są płukane i mogą zostać również zabarwione.

Anodowanie aluminium a jego wybarwienie

Barwienie anodowanego aluminium jest możliwe dzięki solom metali lub związkom chemicznym, które nadają odpowiedni kolor i wnikają w pory aluminium. Po zabarwieniu pory metalu muszą zostać zabezpieczone, aby kolor się nie wypłukał. Służy do tego jeden z poniższych procesów:

Uwodnienie, polegające na tym, że gorąca woda lub para wodna powoduje uwodnienie warstwy tlenku a przez to jego rozszerzenie i w efekcie domknięcie porów,
Impregnacja, czyli zanurzenie wybarwionych detali w zbiorniku z dejonizowaną wodą i solami mineralnymi, które osadzają się w porach i reagują z nimi chemicznie, powodując zamknięcie porów.

Jakie typy anodowania aluminium wyróżniamy?

Anodowanie kwasem chromowym, w którym jako elektrolit wykorzystuje się kwas chromowy. Zapewnia on najcieńszą powłokę spośród wszystkich metod, a dokładnie 2,5μ (0,0001 cala). Mimo to odporność na korozję jest skuteczna i porównywalna do pozostałych dwóch metod anodowania aluminium. Powłoka uzyskana w tym procesie jest ciemniejsza
i nie przyjmuje koloru, gdyż jest cieńsza i mniej porowata.
Anodowanie kwasem siarkowym, w którym elektrolitem jest rozcieńczony kwas siarkowy. Jest to najczęściej stosowana technika i można w niej uzyskać powłokę o grubości od 5,1 do 15,2μ (0,0002 – 0,0006 cala). Jest ona twardsza niż powłoka uzyskana w wyniku anodowania kwasem chromowym. Elementy anodowane tą metodą nadają się do dalszego wybarwiania, a sama metoda jest tańsza.
Anodowanie twardej powłoki polega na wykorzystaniu jako elektrolit kwasu siarkowego, ale przez użycie wyższego napięcia, dłuższego czasu zanurzenia w kąpieli i niższej temperatury można uzyskać grubsze powłoki. Grubość powłok otrzymanych tą metodą kształtuje się od 12,7 do 76,2μ (0,0005 do 0,0030 cala). Powłoki te są znacznie twardsze niż stal narzędziowa
i stosowane tam, gdzie wymagana jest wysoka odporność.

Anodowanie aluminium i jego zalety

Proces anodowania wiąże się z wieloma pozytywnymi aspektami dla późniejszej trwałości i estetyki detali wykonanych z aluminium i zabezpieczonych tą metodą, do najważniejszych zaliczymy:

wzmocnienie odporności na korozję,
uzyskanie powierzchni odpornej na zabrudzenia,
estetyczny wygląd dzięki dekoracyjnej powierzchni i możliwości wybarwienia,
uzyskanie powierzchni przyjemnej w dotyku,
odporność na zużycie – anodowana powłoka może wytrzymać od 10 do nawet 20 lat,
nadanie powierzchniom powłoki izolowanej elektrycznie,
ułatwienie czyszczenia i konserwacji.

Anodowanie aluminium i jego wady

Proces anodowania aluminium jak każdy inny ma swoje ograniczenia, choć jest ich niewiele:

minimalne różnice w składzie detali z tej samej partii mogą skutkować różnicami w wyglądzie,
nie wszystkie stopy aluminium dobrze reagują na anodowanie (najlepiej te z grup 5, 6 i 7xxx)

Jak prawidłowo zadbać o anodowaną powłokę?

Powłoka anodowana charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję w większości środowisk. Wystarczy wyczyścić ją po prostu wodą i naturalnym detergentem lub spirytusem. Nie należy używać silnych roztworów alkalicznych.

Jakie właściwości ma anodowane aluminium?

Anodowanie aluminium gwarantuje bardzo dobrą odporność na korozję, a szczególnie przy pH między 4 a 9. W kontakcie z substancjami silnie zasadowymi powierzchnia metalu może zostać poplamiona i uszkodzona. Warto więc chronić aluminium przed wapnem, cementem czy gipsem. Powłoka uzyskana w efekcie anodowania aluminium jest twarda jak szkło, a można uzyskać ten efekt poprzez tzw. anodowanie twarde. Powłoka tlenkowa niezależnie od późniejszego wybarwienia jest przezroczysta, a wygląd powierzchni będzie się zmieniał zależnie od kąta patrzenia. W temperaturach pow. 100°C powłoka tlenkowa może popękać, a im grubsza jej warstwa tym pęknięcia będą bardziej widoczne. Powłoka ta charakteryzuje się kiepską plastycznością na zimno, a więc formowanie detali powinno nastąpić przed ich anodowaniem. Spawanie i zgrzewanie powinno być wykonane również przed anodowaniem, a dodatkowo z odpowiednim dobraniem szpachlówki, która ma duży wpływ na ostateczny efekt wizualny. Im grubsze powłoki tlenkowe, tym mniejszy połysk. Powłoka tlenkowa jest elektrycznie izolowana np. uszczelniona warstwa tlenku o grubości 15μm ma napięcie przebicia 500-600V.