Guida completa all'anodizzazione dell'alluminio: dai principi, ai difetti più comuni, all'analisi del processo di sigillatura dei fori

1. Introduzione

Lo spessore del film di ossido formato dalla lega di alluminio in ambiente naturale è di soli 0,01～0,1μm, insufficiente per la protezione e non in grado di soddisfare i requisiti di resistenza alla corrosione, all'abrasione e alle proprietà decorative per le applicazioni ingegneristiche. L'ossidazione anodica è attualmente la tecnologia di rafforzamento superficiale delle leghe di alluminio più utilizzata, attraverso la reazione elettrochimica sulla superficie del substrato di alluminio per generare uno strato di film di triossido di alluminio (Al₂O₃). Lo strato di pellicola è saldamente legato al substrato, ha un'elevata durezza e può essere colorato e sigillato grazie alla sua struttura porosa.

Tuttavia, nella produzione reale si verificano spesso difetti come pellicole biancastre, sfarinamento, segni di serraggio profondi e parziale assenza di pellicola. Le cause di questi problemi coinvolgono molteplici variabili, come la composizione della lega, la qualità del pretrattamento, i parametri dell'elettrolita, il metodo di serraggio e le specifiche operative. Il presente documento si basa suAnodizzazione all'acido solforicoLa linea principale, con riferimento a "Aluminium Alloy Surface Oxidation Treatment Q&A" (a cura di Zheng Ruiting) e alla biblioteca dei casi di fallimento del settore, spiega sistematicamente il principio del processo, il controllo dei parametri, l'analisi dei difetti e le soluzioni.

2. Principio dell'ossidazione anodica e classificazione del processo

2.1 Meccanismo di reazione dell'anodizzazione

L'anodizzazione è un processo che consiste nel collocare un pezzo di alluminio in una soluzione elettrolitica come anodo e nell'applicare una corrente continua, dove si verificano due reazioni simultanee sulla superficie anodica:

• reazione di formazione della pellicolaL'alluminio si combina con l'ossigeno precipitato dall'anodo per formare Al₂O₃;
• reazione di dissoluzioneL'elettrolita (nel caso dell'acido solforico) scioglie l'Al₂O₃ risultante.

Lo spessore finale e la struttura del film dipendono dall'equilibrio tra la velocità di formazione del film e la velocità di dissoluzione. Il film generato dall'anodizzazione con acido solforico è una struttura porosa a nido d'ape con una dimensione dei pori di circa 0,01-0,03 μm e una porosità di circa 20%-30%, che costituisce la base per il successivo processo di colorazione e sigillatura.

2.2 Confronto tra i tre principali processi di anodizzazione

Tipo di processo	elettrolita	Gamma di spessore del film	specificità	applicazione tipica
Anodizzazione all'acido cromico	3%～10% Acido cromico	5～8μm	Lo strato di film sottile mantiene la precisione del pezzo; nessuna variazione delle dimensioni	Parti di precisione, parti saldate, parti strutturali aerospaziali
Anodizzazione all'acido solforico	Da 10% a 20% Acido solforico	8～25μm	Film ad alta trasparenza, a basso costo, colorabile	Elettronica di consumo, materiali da costruzione, beni di prima necessità
Anodizzato duro	Acido solforico + acido organico	25～150μm	Elevata durezza (HV300～600), resistenza all'usura, isolamento	Cilindri, parti idrauliche, attrezzature militari

3. Processo di pretrattamento

La qualità del pretrattamento influisce direttamente sull'uniformità, sull'adesione e sull'aspetto del film di ossido anodico. I difetti introdotti da un pretrattamento incompleto o da metodi impropri non possono essere riparati dopo l'ossidazione.

3.1 Criteri per l'accettazione degli spazi vuoti

• Leghe di alluminio di grado diverso non devono essere mescolate con leghe appese. serie 2 (alluminio-rame), serie 7 (alluminio-zinco) e serie 5 (alluminio-magnesio), serie 6 (alluminio-magnesio-silicio) negli stessi parametri di elettrolisi del tasso di ossidazione delle differenze significative nello stesso trattamento della scanalatura è probabile che porti all'ossidazione selettiva, la differenza di colore del film.
• È difficile eliminare completamente le linee di schiacciamento, i graffi e le fosse di corrosione originarie con il pretrattamento, e i difetti saranno ingranditi e rivelati dopo l'ossidazione. La qualità della superficie deve essere controllata in fase di lavorazione.

3.2 Finitura meccanica

• sabbiaturaRimuovere la pelle ossidata, la pelle fusa, ottenere un effetto superficiale uniforme della sabbia. Elevata attività superficiale dopo la sabbiatura, è necessario entrare nel processo di ossidazione entro 4 ore per evitare l'ossidazione secondaria o l'inquinamento.
• Smerigliatura/lucidaturaDopo la lucidatura a specchio, se il tempo di mordenzatura alcalina pre-trattamento non è sufficiente, lo strato di stress residuo o il film di ossido denso causeranno la fioritura del film di ossido. La pasta di lucidatura deve essere accuratamente sgrassata.

3.3 Pretrattamento chimico

scremato (latte)Si raccomanda l'uso di un agente sgrassante neutro o debolmente alcalino, temperatura 50 ~ 70 ℃, tempo 3 ~ 5 min. Lo sgrassaggio non pulito è la causa principale della fioritura del film e della diminuzione dell'adesione.

corrosione da alcali10% ~ 15% soluzione di idrossido di sodio, temperatura 50 ~ 60 ℃, tempo 1 ~ 3 min. L'incisione alcalina può rimuovere il film di ossido naturale e i difetti superficiali minori, in modo che il substrato riveli un'organizzazione metallica uniforme. La concentrazione di ioni di alluminio nella soluzione di mordenzatura alcalina deve essere controllata a 30～50g/L, oltre 80g/L quando il tasso di mordenzatura alcalina diminuisce, la superficie è facile da appendere alla cenere.

bagliore (di luce)20%～30% Soluzione di acido nitrico, temperatura ambiente, tempo 1～3min. rimuovere la pellicola grigia (alluminio, silicio, ferro e altri composti) lasciata dall'incisione alcalina.

Trattamento speciale - lega di alluminio ad alto tenore di silicioIl fumo di silice rimane sulla superficie delle leghe di alluminio-silicio (alluminio fuso) dopo l'incisione alcalina ed è difficile da rimuovere con la tradizionale lucidatura con acido nitrico. È necessario utilizzareMiscela di acido nitrico contenente acido fluoridrico 5%(acido nitrico 30%, acido fluoridrico 5%, acqua 65%), trattamento a temperatura ambiente per 30-60s, fino a ottenere una superficie uniforme di colore bianco argento.

4 Processo di anodizzazione all'acido solforico

L'anodizzazione all'acido solforico rappresenta oltre l'80% del totale delle applicazioni industriali. Ha un'ampia finestra di processo, un basso costo, un'elevata trasparenza del film ed è adatta a prodotti con elevati requisiti di tintura e protezione.

4.1 Criteri per il controllo dei parametri di processo

parametri	Ambito di applicazione consigliato	intervallo limite	Conseguenze della deviazione
Concentrazione di acido solforico	Da 15% a 20%	Da 10% a 25%	A basse concentrazioni si ottiene uno strato sottile di pellicola; ad alte concentrazioni si ottiene una rapida dissoluzione e uno strato di pellicola sciolto.
Concentrazione di ioni alluminio	5～15g/L	<20g/L	Oltre i 20g/L, lo strato di pellicola diventa grigio e la resistenza alla corrosione diminuisce.
Temperatura del serbatoio	18-22°C	15-25°C	Strato di pellicola ＞25℃ sciolto, polvere; strato di pellicola <15℃ denso ma con maggiore fragilità
densità di corrente	1,2～1,5A/dm²	0,8～2,0A/dm²	Un valore troppo alto causa il burnout; un livello troppo basso di film è sottile, con una bassa efficienza produttiva
tempo di ossidazione	30-60min	Requisiti di spessore della retina	Spessore del film insufficiente a causa di un tempo insufficiente; un prolungamento eccessivo porta a un allargamento delle dimensioni dei pori e a una riduzione della forza di adesione
Concentrazione di Cl-	≤25mg/L	≤50mg/L	Standard eccessivi portano a corrosione per vaiolatura, perforazione

4.2 Requisiti di qualità dell'acqua

Il liquido della vasca di anodizzazione e tutte le vasche di pulizia devono essere utilizzateacqua deionizzata或acqua distillata. Il contenuto di Cl- nell'acqua di rubinetto è solitamente pari a 50-200 mg/L e l'uso diretto innesca il processo di ossidazione anodica dell'acqua.corrosione per vaiolatura--La superficie del film di ossido presenta punti neri, che in casi gravi attraversano lo strato di film fino al substrato. La resistività dell'acqua deve essere controllata a ≥5×10⁴Ω-cm.

4.3 Tecnologia di serraggio e design conduttivo

• area di contattoIl punto di contatto tra l'apparecchio e il pezzo deve essere ≥ 1/200 della superficie del pezzo. Un'area di contatto insufficiente porterà a un'eccessiva densità di corrente locale e all'accumulo di calore Joule, con conseguente ingiallimento dello strato di pellicola e fusione e ustioni in caso di lesioni gravi.
• Selezione del materialeL'attrezzatura deve essere realizzata in alluminio puro o in lega di alluminio-magnesio, materiale simile a quello del pezzo da lavorare. Vietare rigorosamente l'uso di rame e ferro per il contatto diretto con l'attrezzatura, gli ioni di rame contaminano il liquido del serbatoio e rendono scuro il film di ossido.
• Angolo di sollevamentoIl pezzo deve essere mantenuto inclinato o verticale nella vasca, con l'apertura della cavità interna del profilo rivolta verso il basso o inclinata per garantire che le bolle di ossigeno generate durante il processo di ossidazione possano fuoriuscire senza problemi. Le parti di gas annidate non presentano alcuna pellicola o uno strato di pellicola molto sottile dovuto all'isolamento del gas, chiamatodifetto di schermatura dell'aria.
• Riutilizzo dei dispositiviLa decolorazione dell'attrezzatura deve essere completa. La resistenza in corrispondenza del film di ossido residuo aumenta, rendendo difficile il passaggio della corrente, e l'area del pezzo vicino al punto di serraggio apparirà parzialmente priva di pellicola.

4.4 Piano di produzione di calore estivo

L'ossidazione anodica è una reazione esotermica e la temperatura del bagno è influenzata dall'ambiente e dalla generazione di calore corrente. Quando la temperatura del bagno supera i 25℃ e non sono presenti apparecchiature di refrigerazione, il tasso di dissoluzione del film di ossido aumenta drasticamente e lo strato di film è sciolto e polveroso. Le misure temporanee comprendono:

• aumentoacido ossalico C2H2O4da 1,5% a 2,0% oacido gamma-trizoico0,5%～1,0%, che può aumentare il limite superiore di resistenza alla temperatura del liquido del serbatoio a 35℃, ma riduce la trasparenza dello strato di pellicola;
• Aumentare l'intensità della miscelazione e utilizzare l'aria compressa o la circolazione della pompa per accelerare la dissipazione del calore;
• Produzione a lotti per evitare lunghi periodi di funzionamento continuo ad alto carico.

5, Analisi delle cause dei difetti comuni e soluzioni

Questa sezione adotta la struttura in tre parti “Fenomeni - Cause - Contromisure” per includere i 12 difetti più comuni nella produzione di anodizzazione all'acido solforico.

5.1 Ingiallimento e ingrigimento dello strato di pellicola

impunitàLa pellicola ossidata è gialla, grigia o scura con trasparenza ridotta.
razionale::

1. Quando il materiale di base della lega di alluminio contiene rame > 3% e silicio > 7%, gli elementi di lega formano dei composti nel film di ossido che rendono il film grigio;
2. Ferro nell'elettrolita >200mg/L, silicio >100mg/L, impurità depositate nei pori della membrana;
3. Una concentrazione troppo elevata di acido solforico, un tasso di dissoluzione troppo alto, una struttura della pellicola poco stabile e una maggiore dispersione della luce.
   contromisure::

• Le leghe ad alto contenuto di rame e di silicio utilizzano un'alimentazione sovrapposta DC/AC o formulazioni elettrolitiche speciali;
• Il fluido del serbatoio viene regolarmente purificato e le impurità di ferro possono essere eliminate con un trattamento elettrolitico a bassa densità di corrente;
• Controllare il limite superiore della concentrazione di acido solforico.

5.2 Sfarinamento, allentamento, distacco della pellicola

impunitàLa superficie della pellicola di ossido è polverosa, la polvere bianca si stacca quando viene strofinata con le dita e, nei casi più gravi, lo strato di pellicola si stacca.
razionale::

1. La temperatura della vasca supera i 28°C e si protrae a lungo;
2. Densità di corrente > 2,0 A/dm² con agitazione insufficiente;
3. Il tempo di ossidazione è eccessivamente prolungato e la dissoluzione dello strato esterno del film supera la generazione;
4. Concentrazione di ioni di alluminio >25g/L, invecchiamento del serbatoio.
   contromisure::

• La refrigerazione forzata assicura che il liquido del serbatoio sia sempre a ≤24°C;
• Ridurre la densità di corrente a 1,2-1,5 A/dm²;
• Ogni lotto viene analizzato per gli ioni di alluminio dopo l'ossidazione e il bagno viene diluito o parzialmente sostituito se il limite viene superato;
• Lo strato di pellicola sfarinante non può essere riparato e deve essere ritirato e rifatto.

5.3 Assenza localizzata di pellicola, macchie scure

impunitàAree localizzate del pezzo senza pellicola di ossido o con una pellicola molto sottile con macchie scure.
razionale::

1. Il film di ossido nel punto di contatto tra l'attrezzatura e il pezzo non si ritira e la resistenza di contatto è elevata;
2. Serraggio allentato e interruzione della corrente del processo di ossidazione;
3. La cavità interna del profilo ospita il gas, che scherma la corrente;
4. La composizione della lega è fortemente segregata, con un'elevata resistenza nella zona ricca di silicio.
   contromisure::

• Le grucce vengono decoate con acido nitrico o con una speciale soluzione decoante per rivelare completamente la lucentezza del metallo;
• Controllare la tenuta dopo il serraggio e, se necessario, utilizzare morsetti a molla;
• Regolare la direzione di sospensione per garantire un percorso di scarico del gas libero.

5.4 Bruciare, fondere, bruciare

impunitàAree localizzate del pezzo in lavorazione presentano punti neri, pockmark o addirittura la fusione del substrato.
razionale::

1. Il punto di contatto tra attrezzatura e pezzo è troppo piccolo e la densità di corrente è localmente >5A/dm²;
2. Il pezzo è troppo vicino al catodo o in cortocircuito;
3. La scarsa miscelazione del serbatoio e l'attaccamento delle bolle portano a una distorsione della distribuzione della densità di corrente.
   contromisure::

• Aumento dell'area di contatto dell'attrezzatura e serraggio multiplo;
• Mantenere una distanza tra il catodo e il pezzo da lavorare ≥ 150 mm;
• Pre-ossidazione dei pezzi in lavorazione, con l'energizzazione degli stessi prima dell'inserimento nella vasca, per evitare gli shock di corrente iniziali.

5,5 Corrosione da vaiolatura, macchie nere

impunitàDistribuzione di punti neri sulla superficie del film di ossido, che al microscopio si presentano come fosse di mordenzatura.
razionale::

1. Contenuto eccessivo di Cl- nel liquido del serbatoio o nell'acqua di lavaggio;
2. L'alimentazione viene interrotta a metà del processo di anodizzazione e il pezzo viene lasciato troppo a lungo nella soluzione detergente corrosiva;
3. Lavaggio inadeguato dopo il decapaggio pre-trattamento, acido residuo trasportato nella vasca di ossidazione.
   contromisure::

• Uso rigoroso di acqua deionizzata e controllo settimanale della soluzione del serbatoio Cl-;
• Il pezzo in lavorazione deve essere rimosso immediatamente dopo l'interruzione dell'alimentazione, risciacquato con acqua e riappeso;
• Dopo il pretrattamento viene aggiunto un risciacquo terziario in controcorrente.

5.6 Impronte digitali, macchie di grasso

impunitàLa superficie della pellicola di ossido presenta impronte digitali chiare o contorni di olio.
razionale::

1. Toccare il pezzo a mani nude dopo il pretrattamento e prima dell'ossidazione;
2. L'aria compressa contiene olio;
3. La superficie delle grucce è oliata.
   contromisure::

• Gli operatori indossano sempre guanti di nylon puliti;
• La linea dell'aria compressa è dotata di un separatore olio-acqua;
• Le grucce vengono sgrassate regolarmente.

6. Processo di colorazione e sigillatura

6.1 Selezione del metodo di colorazione

Metodo di colorazione	teoria	specificità	scenario applicativo
Tintura biologica	Adsorbimento di molecole di colorante sui pori della membrana	Colori vividi e ampia gamma cromatica	Decorazione d'interni, piccola ferramenta
Colorazione elettrolitica	Deposizione di sali metallici sul fondo del poro	Eccellente resistenza agli agenti atmosferici	Facciate continue architettoniche, finiture per l'industria automobilistica
Colorazione complessiva	Sviluppo del colore degli elementi di lega	Piccola differenza di colore, costo elevato	Elettronica di alto livello

punto tecnicoPrima della tintura, il film di ossido deve essere fresco (≤30min tra la tintura e lo scarico dal forno), lo spessore del film deve essere ≥10μm e il valore del pH, la temperatura e la concentrazione della soluzione colorante devono essere rigorosamente controllati secondo i parametri forniti dal fornitore di coloranti.

6.2 Necessità di sigillare i fori

Porosità del film di ossido anodico non sigillato di circa 20% ~ 30%, esposto all'atmosfera saranno adsorbiti inquinanti, umidità e sale, la durata della resistenza alla corrosione di solo 1/10 ~ 1/20 del film sigillato.

Confronto tra i principali processi di sigillatura::

arti e mestieri	medio	temp.	tempi	idoneità
sigillatura dell'acqua calda	acqua deionizzata	95-100°C	15-30min	Tutti i film anodizzati all'acido solforico
Tenuta a media temperatura	Soluzione di acetato di nichel	60～80℃	10-20min	Film di tintura, scene di risparmio energetico
tenuta a freddo	Soluzione di fluoruro di nichel	25-35°C	5-10min	Requisiti di alta produttività

Ispezione della qualità dei fori di tenutaUtilizzando il metodo del punto di colorazione (GB/T 8753.2), l'area poco sigillata può essere colorata dal colorante.

7、FAQ：Produzione di ossidazione anodica di problemi ad alta frequenza

1. D: Perché il colore dei miei pezzi in alluminio è opaco dopo l'anodizzazione?

R: Le possibili cause sono classificate in ordine

• Mancanza di corrente o fluttuazione di corrente nel mezzo del processo di ossidazione;
• Basso pH (acido residuo) nella vasca di lavaggio finale;
• Contenuto di Cl- nell'acqua di pulizia >50mg/L;
• Il substrato contiene rame > 4% o silicio > 8%;
• Concentrazione di ioni di alluminio nel liquido del serbatoio >20g/L.

2. D. Per quale motivo la pellicola di ossido si stacca quando la tocco con la mano?

R: Questo èbicarbonato di sodio (usato per far lievitare il pane)Cause tipiche: temperatura del serbatoio >28°C per più di 30 minuti o densità di corrente >1,8A/dm² con agitazione insufficiente. È molto facile che si verifichi in assenza di impianti di refrigerazione in estate. Contromisure temporanee: aggiungere acido ossalico 1,5%, ridurre la densità di corrente a 1,0A/dm², prolungare il tempo di ossidazione per recuperare lo spessore del film.

3. D. È possibile ossidare leghe di alluminio di grado diverso nello stesso bagno?

Risposta:non raccomandatoEsiste una grande differenza nella finestra del potenziale di ossidazione tra le leghe della serie 2 e 7 e le leghe della serie 5 e 6. Quando vengono trattate nella stessa vasca, le leghe ad alto potenziale (come la 6063) hanno la precedenza nella formazione del film, mentre le leghe a basso potenziale (come la 2024) sono in ritardo nella formazione del film e la differenza di spessore del film può arrivare a 5 μm o più, accompagnata da una differenza di colore. Deve essere la stessa scanalatura, deve essere selezionata con potenza d'impulso o corrente di fase.

4. D. Quale processo viene scelto per ottenere il colore rosso brillante dopo l'ossidazione?

R: Prodotti per interni: tintura con coloranti organici, consigliati coloranti rossi antrachinonici, pH 5,5-6,0, temperatura 50-55°C, tempo di tintura 5-15min. Prodotti per esterni: colorazione elettrolitica, sistema a sali di stagno o a sali misti di stagno-nichel, può ottenere toni rosso bordeaux, grado di resistenza ai raggi UV fino a ISO 2810 Classe 5.

5. D. È possibile utilizzare l'acqua del rubinetto come soluzione per il bagno di anodizzazione?

Risposta:divieto assoluto. La concentrazione di Cl- nell'acqua di rubinetto è di 50~200mg/L, più di 25mg/L scatenano la corrosione per vaiolatura. L'acqua utilizzata per l'anodizzazione e la pulizia prima e dopo tutti i processi deve essere deionizzata o distillata con conducibilità ≤20μS/cm.

6. D. C'è della polvere bianca sulla superficie del film di ossido dopo aver sigillato i fori, come posso rimuoverla?

R: La cenere bianca della sigillatura è dovuta all'elevata durezza dell'acqua durante la sigillatura dell'acqua calda o al pH del fluido del serbatoio per la sigillatura a freddo > 6,5. Contromisure:

• Sigillatura ad acqua calda: utilizzare acqua deionizzata e aggiungere 0,5%～1% agente sigillante e antipolvere;
• Sono state prodotte ceneri bianche: 5% ~ 10% immersione in acido nitrico a temperatura ambiente per 30-60s, lavaggio con acqua e richiusura del foro.

8. Conclusioni: dall'implementazione del processo alla stabilizzazione della qualità

L'ossidazione anodica delle leghe di alluminio è un progetto sistematico con accoppiamenti multiprocesso e multiparametro. In base alla ricerca sul campo di 32 imprese di anodizzazione in Cina.80% o più incidenti di qualità sono derivati da deviazioni nell'esecuzione della disciplina di processopiuttosto che una mancanza di capacità tecnica.

Per ottenere una qualità costante sono necessari tre sistemi di base:

1. Registro di analisi del fluido del serbatoioTest giornalieri per la concentrazione di acido solforico, concentrazione di ioni alluminio, concentrazione di Cl- e test settimanali per le impurità di ferro e rame;
2. Regolamento per la gestione delle grucceTracciabilità dell'intero processo di decozione, riparazione e rottamazione delle grucce;
3. Ispezione del primo articoloIspezione a grandezza naturale e a vista dei pezzi ossidati nella prima scanalatura di ogni turno prima della produzione in serie.

Non esistono scorciatoie nel processo di anodizzazione. Il controllo continuo della temperatura, della qualità dell'acqua, del serraggio e delle impurità è l'unico modo per passare dal “tasso di passaggio 95%” al “tasso di passaggio 99,5%”.