LUCRAREA 13 OXIDAREA ANODICĂ (ELOXAREA) ALUMINIULUI ŞI A ALIAJELOR SALE (CU STRATURI DE CONVERSIE)

SCOPUL LUCRĂRII

Alegerea şi aplicarea celor mai adecvate procedee de finisare a aluminiului şi a aliajelor sale prin oxidare controlată şi obţinerea de straturi protectoare-decorative şi tehnologice.

PRINCIPII TEORETICE

Straturile protectoare de conversie rezultă în urma reacţiei metalului cu un reactant, când se formează compuşi aderenţi la suprafaţa metalică, ce alcătuiesc un film protector împotriva coroziunii. Tratamentele de conversie reprezintă 25% din tratamentele de suprafaţă aplicate metalelor. Straturile anorganice de conversie asigură materialelor metalice rezistenţă la coroziune, ameliorează aspectul estetic, izolează termic şi electric, prezintă coeficient de frecare scăzut, rezistenţă la uzare, facilitează deformarea la rece, facilitează absorbţia de uleiuri, de ceruri, de substanţe peliculogene, care conduc la creşterea rezistenţei la coroziune. Aceste straturi constituie o protecţie temporară împotriva coroziunii.

Procedeele de obţinere a straturilor de conversie sunt: - chimice (brunarea materialelor feroase, fosfatarea, cromatarea, sulfatarea etc.); - electrochimice (oxidare anodică a aluminiului, cuprului etc.) Oxidarea dirijată a aluminiului în vederea pasivării şi protecţiei suprafeţelor se realizează prin

procedee chimice şi electrochimice. Oxidarea electrochimică se realizează în electroliţi de diferite compoziţii: acidul sulfuric, cromic,

oxalic, fosforic şi sulfonic, precum şi amestecuri de acizi, sulfuric şi sulfosalicilic, sulfuric şi sulfoftalic, sulfuric şi maleic, acetic sau sulfamic, iar la oxidarea chimică se folosesc paste de oxidare din cromat, carbonat şi hidroxid de sodiu etc.

Procedeele de oxidare electrochimică a aluminiului sunt cunoscute la noi sub denumirea de eloxare şi anodizare, în SUA sub denumirea de alumit, iar în majoritatea ţărilor europene, eloxal GS.

Formarea şi creşterea peliculei de oxid pe suprafaţa aluminiului prin procedee electrochimice este rezultatul a două reacţii conjugate, care se desfăşoară simultan în timpul procesului de electroliză. În timpul electrolizei, pe anod (aluminiu) se formează oxigen (reacţia L13.7), care reacţionează cu aluminiul (reacţia L13.8) şi rezultă oxid de aluminiu. Oxidul aderă la suprafaţa metalului, formează un strat compact de 32OAl – care pasivează suprafaţa:

În electrolit de acid oxalic au loc reacţiile: HOCOCH 22

42422 (L13.1) acid oxalic

ANOD: OOHeHO 3366 2 (L13.2)

3223 OAlAlO (L13.3)

CATOD: 2

0 3666 HHH (L13.4)

În electrolit de acid sulfuric au loc reacţiile:

2442 363 SOHSOH (L13.5)

HOHOH 333 2 (L13.6)

ANOD: OOHeHO 3366 2 (L13.7)

3223 OAlAlO (L13.8)

CATOD: 2366 HeH (L13.9)

Simultan cu formarea oxidului de aluminiu, la interfaţa oxid/soluţie de electrolit are loc dizolvarea parţială a acestuia. Ca urmare a dizolvării, în pelicula de oxid se formează pori. Creşterea în continuare a stratului de oxid de aluminiu are loc la interfaţa metal / soluţie de electrolit, prin reacţia metalului cu oxigenul care pătrunde prin porii peliculei oxidice, figura L13.1.

Figura L13.1. Pelicula de oxid de aluminiu

Ca rezultat al celor două procese (oxidarea electrochimică şi dizolvarea chimică) pelicula va fi

formată din două straturi: 1 – strat-barieră, situat la contactul cu metalul, de grosime m03.001.0 şi 2

– un strat poros, în continuarea stratului barieră şi în contact cu electrolitul, de grosime m2015 .

La anodizarea dură, grosimea stratului creşte până la m300250 . În final, pelicula anodică va fi străbătută de alveole în formă de prisme hexagonale, perpendiculare pe suprafaţa metalului, cu pereţi din oxid de aluminiu, iar baza este din pelicula compactă tip barieră. Pentru ca pelicula oxidică să se poată forma, trebuie ca viteza de oxidare să fie mai mare decât viteza de dizolvare a peliculei.

Proprietăţile protectoare şi fizico-mecanice ale peliculei oxidice sunt determinate de compoziţia

electrolitului şi de parametrii curentului electric (densitate de curent pe suprafaţă 2/ dmA şi tensiune), aplicate la baia de electroliză.

Densitatea de curent anodic Da optimă este în general stabilită pentru fiecare electrolit folosit.

Cunoscând valoarea densităţii de curent aD şi suprafaţa S de un 2dm a probei de eloxat, se calculează

intensitatea I a curentului necesar oxidării, folosind relaţia:

2/ dmAS

IDa (L13.10)

de unde:

ASDI a (L13.11)

La stabilirea tehnologiei de eloxare trebuie avute în vedere atât natura şi compoziţia electrolitului,

parametri de curent, cât şi compoziţia chimică a aluminiului şi a aliajelor sale (conţinutul de Cu , Si , Mn , Mg , Ni etc.).

Eloxarea în electrolit de acid sulfuric dă rezultate bune pentru aliajele de aluminiu ce conţin

maximum Fe%5,0 , Si%32 , Cu%21 , Mn8,05,0 , Zn%76 , Ti%3,0 şi până la Mg%7 .

În electroliţi de acid cromic se obţin rezultate nesatisfăcătoare pentru aliajele de aluminiu cu peste Cu%5,0 .

În funcţie de condiţiile de eloxare, straturile de oxid de aluminiu sunt lucioase, cu luciu oglindă, mate şi se notează cu simbolurile: D (decorativ-lucios), PC (protecţie anticorozivă-mată), RU (rezistenţă la uzare).

În afară de condiţiile de eloxare, pentru a realiza o oxidare corectă a suprafeţei metalice şi pentru obţinerea de pelicule cu calităţi corespunzătoare, este obligatoriu ca suprafaţa metalică să fie pregătită (curăţată) în mod special înainte de oxidare (vezi pregătirea suprafeţelor metalice în vederea aplicării tratamentelor de suprafaţă, fişa 10, figura F10.3).

Temperatura pentru oxidarea anodică, se stabileşte în funcţie de natura electrolitului folosit. Peliculele oxidice obţinute, după eloxarea aluminiului sunt poroase, ceea ce face ca ele să fie

puţin rezistente la coroziune şi susceptibile la murdărie (se pătează în prezenţa uleiurilor, grăsimilor, coloranţilor etc.).

Aceste neajunsuri se pot înlătura prin operaţia de compactizare a peliculei de oxid, vezi lucrarea 14. Pentru a realiza un aspect estetic aluminiului eloxat, pelicula de oxid se poate colora înaintea compactizării, vezi lucrarea 15).

EFECTUAREA EXPERIMENTULUI

APARATURĂ, MATERIALE ŞI SUBSTANŢE

- Probe de aluminiu; - hârtie abrazivă; - hârtie de filtru, calitativă; - riglă gradată; - linie pentru pregătirea suprafeţelor

metalice (Fişa 10); - instalaţie pentru oxidarea anodică a

aluminiului, figura L13.2; - electrolit pentru eloxarea

aluminiului.

Figura L13.2

SUCCESIUNEA OPERAŢIILOR

Se va lucra la temperatura camerei. Atenţie! Se lucrează cu acid sulfuric. Operaţiile se vor efectua urmărind schema din figura L13.3, iar datele se vor nota în tabelul

L13.1. Tabelul L13.1

Probe pentru eloxat Electrolitul folosit Densitatea de curent

calculată 2/ dmA Aspectul după eloxare

Figura L13.3