Kaj je trda anodizacija aluminija

Anodizacija (znana tudi kot anodna oksidacija) je elektrokemijski proces, ki omogoča pridobitev kompaktne plasti oksida na kovinski površini obdelanega kosa. Ta proces uporablja električni tok in njegovo ime izhaja iz dejstva, da se del, ki ga je treba obdelati, poveže z anodo elektrolitske celice.

Anodizacija je glavna zaščitna obdelava, ki se izvaja na aluminiju. Druge kovine, ki jih je mogoče zlahka anodizirati, so titan in magnezij.

Anodizacija aluminija

Prvi proces anodizacije, razvit v desetletju 1920-1930, je temeljil na kromovi kislini. Takšna prevleka, imenovana anodizacija v kromovi kislini, se zdaj izvaja le za nekatere specifične sektorje, kot sta vojaški in letalski, zaradi karcinogenosti kromovih soli.

Trenutno je najbolj razširjen in najbolj uporabljan proces anodizacije tisti na osnovi žveplove kisline.

Kosi, ki jih je treba obdelati, se potopijo v 20-odstotno raztopino žveplove kisline, ki deluje kot elektrolit. Na aluminijast kos se priključi pozitivni pol, medtem ko se negativni pol poveže s katodo, prisotno v raztopini. Z dovajanjem toka v elektrolitsko celico na površini kosa, ki ga je treba obdelati, nastajajo kisikovi ioni, ki se v kombinaciji z atomi aluminija oblikujejo v trdo in kompaktno plast aluminijevega oksida z odličnimi lastnostmi:

• odpornost proti koroziji
• odpornost proti obrabi
• trdota
• enakomernost debeline
• možnost barvanja s pigmenti, ki prodrejo v plast oksida
• dielektrična izolacija

Struktura plasti oksida

Aluminijev oksid, oblikovan s procesom anodizacije v žveplovi kislini, ima stolpčasto strukturo v obliki satovja s celicami šesterokotne oblike in osrednjo poro, ki se razteza skoraj po celotni globini. Proces trde anodizacije oblikuje pore s premerom približno 20-40nm in razdaljo med porami približno 100nm.

Obstajata dve vrsti anodizacije z različnimi površinskimi lastnostmi in različnimi procesnimi parametri:

Trda anodizacija aluminija

S pojmom trda anodizacija se označuje prevleka aluminijevega oksida, ki je zelo trda in kompaktna, z večjimi debelinami v primerjavi z dekorativno anodizacijo. Uporablja se predvsem v precizni mehaniki na delih, strojno obdelanih iz polnega materiala, na ekstrudiranih, litih, tlačno litih in valjanih kosih z namenom povečanja odpornosti proti koroziji, trdote in odpornosti proti obrabi.

Referenčni tehnični standardi

Tehnične norme in mednarodni standardi, povezani s trdo anodizacijo, so naslednji:

Estetski videz

Trda anodizacija prevzame morfologijo površine kosa, zato je mogoče površinske obdelave aluminija ohraniti tudi po anodizaciji (npr. polirano, satinirano, krtačeno, peskano z granulatom, peskano s kroglicami, peskano itd.)

Prevleka dobi lastno obarvanje, ki je zelo odvisno od uporabljene aluminijeve zlitine in se lahko spreminja med sivo, temno sivo in rjavo. Po obdelavi se lahko površina pigmentira s črnim, modrim ali rdečim barvilom. Ti pigmenti prodrejo v notranjost plasti anodizacije in jo obarvajo. Ker je osnovna barva anodiziranega sloja temnega odtenka, za razliko od obdelav naravne anodizacije, obdelave trde anodizacije dobijo globoko črno, temno modro in temno rdečo barvo. Debelina vpliva tako, da prevleka postane temnejša z večanjem debeline. Zlitine, ki vsebujejo veliko bakra, dobijo bronast videz, zlitine, ki vsebujejo veliko silicija (>12%), pa lahko imajo neenakomerno barvo. Ker ima trda anodizacija temnejši osnovni odtenek, je primerna za barvanje s temnimi in prekrivnimi barvami; običajno se izbere črna barva, tako zaradi odličnega estetskega učinka kot tudi za poenotenje barve v prisotnosti različnih zlitin.

Zlitine aluminija, primerne za anodizacijo

Vse aluminijeve zlitine je mogoče anodizirati, z nekaj majhnimi izjemami. Največ težav povzročajo zlitine z velikim deležem elementov, ki niso aluminij, saj k nastanku oksidne plasti prispeva samo aluminij. Zato zlitine z velikim deležem bakra, kot so zlitine serije 2000, ne morejo doseči velikih debelin, oksidna plast pa je nekoliko manj kompaktna in manj odporna proti koroziji in obrabi. Pri zlitinah z več kot 12% silicija sta lahko debelina in enakomernost prevleke manjši, posledično pa je manjša tudi odpornost proti koroziji in obrabi; včasih je neenakomerna tudi barva.

Debelina anodizacije

Posebna značilnost anodizacije je možnost, da se na skoraj vseh površinah kosov nanese prevleka enakomerne in natančno določene debeline. Izjema so lahko zelo globoke luknje majhnega premera, pri katerih je treba sposobnost prodiranja prevleke oceniti posamično.

Standardna debelina trde anodizacije je 30-50µm, vendar se lahko izberejo manjše ali večje debeline glede na specifične potrebe. V prisotnosti zelo ozkih toleranc se debelina anodizacije zmanjša in/ali določi strožja toleranca, na primer 30±5µm.

Dimenzijska rast

Debelina obdelave raste za 50% navzven in za 50% navznoter od površine aluminijastega kosa. Radialno dimenzijsko povečanje je torej enako polovici debeline obdelave.

Odpornost proti koroziji

Trda anodizacija je zaradi večje debeline in večje kompaktnosti oksidne plasti odpornejša proti koroziji kot dekorativna anodizacija. Odpornost lahko zmanjšajo pore v prevleki, v katerih se začne korozija. Zato se po anodizaciji izvede postopek zapiranja por, ki poveča odpornost proti koroziji. Obstaja več vrst zapiranja por, v industriji pa se najpogosteje uporabljata naslednja mednarodno priznana postopka:

• zapiranje por na toplo: potopitev v vodo pri temperaturi približno 95°C omogoči površinsko hidratacijo plasti aluminijevega oksida in zapre pore, s čimer se izboljša odpornost proti koroziji.
• zapiranje por na hladno: potopitev v raztopino nikljevega fluorida pri sobni temperaturi. Nikljeve soli prodrejo v pore prevleke in izboljšajo odpornost proti koroziji.

Zapiranje por na toplo je energetsko potratno, saj je treba vzdrževati temperaturo 95°C, vendar se uporablja vse pogosteje namesto postopka z nikljevimi solmi, ki so rakotvorne in lahko povzročijo kožne alergije. Zapiranja por na osnovi niklja na primer ni dovoljeno uporabljati v živilski industriji.

Anodizacija se odlično upira koroziji v stiku z alkoholi, ogljikovodiki in nevtralnimi raztopinami. Kisle ali bazične raztopine raztopijo aluminijev oksid in izničijo učinek bariere za zaščito pred korozijo. Hitrost raztapljanja plasti anodizacije je sorazmerna s kislostjo ali bazičnostjo raztopine in večja v primeru bazičnih raztopin.

Trda anodizacija OX-W je obdelava, razvita posebej za povečanje že odlične odpornosti proti koroziji trde anodizacije. Pri nekaterih zlitinah omogoča doseganje 1000 ur izpostavljenosti nevtralni solni megli po ISO 9227, brez pojava korozije. OX-W je poleg tega primeren za zaščito zlitin z visokim deležem silicija, ki bi lahko pri standardnem procesu anodizacije naletele na težave.

Trdota, gostota in odpornost proti obrabi

Trda anodizacija ima visoko trdoto, ki se spreminja glede na uporabljeno aluminijevo zlitino.

Specifikacija ISO 10074 določa minimalno trdoto, ki jo morajo imeti nekatere zlitine. Trdota se meri v skladu z ISO 4516 na plasti z debelino med 25-50µm in z obremenitvijo 50g HV 0.05.

Gostota, izmerjena v skladu z ISO 2106 na prevleki 50µm ± 5µm brez zapiranja por, mora imeti naslednje minimalne vrednosti:

Visoka trdota in kompaktnost plasti oksida ter stolpčasta struktura omogočajo trdi anodizaciji doseganje visoke odpornosti proti obrabi, večje od kemičnega niklanja in primerljive z debeloslojnim trdim kromiranjem. Taber Abraser je test, ki določa obrabo prevlek pri drsenju po abrazivnih kolesih. Po ISO 10074 mora biti po 10.000 ciklih izguba mase manjša od naslednjih vrednosti:

Hrapavost

Trda anodizacija prispeva k rahlemu povečanju hrapavosti površine in to je bolj opazno na površinah z nizko hrapavostjo zaradi mehanske obdelave.

Trda anodizacija OX-W ima značilnost, da omejuje povečanje hrapavosti površine. Z uporabo nekaterih specifičnih aluminijevih zlitin in določitvijo pravilnih operativnih parametrov je mogoče ohraniti končno hrapavost pri vrednostih, nižjih od 0,5 Ra.

Stik z živili

Predpis “EN 14392 Requirements for anodized products for use in contact with foodstuff” določa zahteve za obdelave anodizacije na delih iz aluminija, namenjenih stiku z živili.

Obdelave, ki jih izvaja Durox srl, so skladne s predpisom EN 14392, če so izpolnjene naslednje zahteve:

• Kemična sestava aluminijevih zlitin delov, ki jih je treba anodizirati, mora biti skladna z zahtevami predpisov EN 601 ali EN 602, kolikor je to primerno.
• Obdelave anodizacije morajo vključevati fazo zapiranja por, ki jo je treba izrecno zahtevati.