O Guia Completo para Anodização de Alumínio: Dos Princípios, Defeitos Comuns à Análise do Processo de Vedação de Furos

1. introdução

A espessura da película de óxido formada pela liga de alumínio no ambiente natural é de apenas 0,01～0,1μm, o que é insuficiente para proteção e não pode atender aos requisitos de resistência à corrosão, resistência à abrasão e propriedades decorativas para aplicações de engenharia. A oxidação anódica é atualmente a tecnologia de fortalecimento de superfície de liga de alumínio mais amplamente utilizada, através da reação eletroquímica na superfície do substrato de alumínio para gerar uma camada de filme de trióxido de alumínio (Al₂O₃). A camada de película está firmemente ligada ao substrato, tem elevada dureza e pode ser colorida e selada devido à sua estrutura porosa.

No entanto, defeitos como película esbranquiçada, escamação, marcas de fixação profundas e ausência parcial de película ocorrem frequentemente na produção efectiva. As causas destes problemas envolvem múltiplas variáveis, tais como a composição da liga, a qualidade do pré-tratamento, os parâmetros do eletrólito, o método de fixação e as especificações de funcionamento. Este documento baseia-se emAnodização com ácido sulfúricoA linha principal, com referência a "Aluminium Alloy Surface Oxidation Treatment Q&A" (editado por Zheng Ruiting) e à biblioteca de casos de insucesso da indústria, explica sistematicamente o princípio do processo, o controlo dos parâmetros, a análise dos defeitos e as soluções.

2 、 Princípio da oxidação anódica e classificação do processo

2.1 Mecanismo de reação da anodização

A anodização é o processo que consiste em colocar uma peça de alumínio numa solução electrolítica como ânodo e aplicar corrente contínua, em que duas reacções ocorrem simultaneamente na superfície do ânodo:

• reação de formação de películaAlumínio: O alumínio combina-se com o oxigénio precipitado do ânodo para formar Al₂O₃;
• reação de dissoluçãoO eletrólito (no caso do ácido sulfúrico) dissolve o Al₂O₃ resultante.

A espessura final e a estrutura da película dependem do equilíbrio entre a taxa de formação da película e a taxa de dissolução. A película gerada pela anodização com ácido sulfúrico é uma estrutura porosa em favo de mel com um tamanho de poro de cerca de 0,01-0,03 μm e uma porosidade de cerca de 20%-30%, que é a base para o processo subsequente de coloração e selagem.

2.2 Comparação dos três principais processos de anodização

Tipo de processo	eletrólito	Gama de espessuras de película	especificidades	aplicação típica
Anodização com ácido crómico	3%～10% Ácido crómico	5～8μm	A camada de película fina mantém a precisão da peça de trabalho; não há alteração das dimensões	Peças de precisão, peças soldadas, peças estruturais aeroespaciais
Anodização com ácido sulfúrico	10% a 20% Ácido sulfúrico	8～25μm	Alta transparência, baixo custo, película colorida	Eletrónica de consumo, materiais de construção, produtos de necessidade diária
Anodizado duro	Ácido sulfúrico + ácido orgânico	25～150μm	Elevada dureza (HV300～600), resistência ao desgaste, isolamento	Cilindros, peças hidráulicas, equipamento militar

3、Processo de pré-tratamento

A qualidade do pré-tratamento afecta diretamente a uniformidade, a ligação e o aspeto da película de óxido anódico. Os defeitos introduzidos por um pré-tratamento incompleto ou por métodos incorrectos não podem ser reparados após a oxidação.

3.1 Critérios de aceitação dos ensaios em branco

• As ligas de alumínio de diferentes qualidades não devem ser misturadas com ligas de suspensão. As ligas das séries 2 (alumínio-cobre), 7 (alumínio-zinco) e 5 (alumínio-magnésio), 6 (alumínio-magnésio-silício) nos mesmos parâmetros de eletrólise da taxa de oxidação das diferenças significativas no mesmo tratamento de ranhura podem conduzir a uma oxidação selectiva, a uma diferença de cor da película.
• As linhas de compressão, os riscos e os pontos de corrosão originais são difíceis de eliminar completamente no pré-tratamento, e os defeitos serão ampliados e revelados após a oxidação. A qualidade da superfície deve ser controlada na fase de maquinação.

3.2 Acabamento mecânico

• jato de areiaRemover a pele oxidada, a pele fundida, obter um efeito de superfície de areia uniforme. Elevada atividade superficial após o jato de areia, é necessário entrar no processo de oxidação no prazo de 4 horas para evitar a oxidação secundária ou a poluição.
• Retificação/polimentoApós o polimento de espelhos, se o tempo de ataque alcalino do pré-tratamento não for suficiente, a camada de tensão residual ou a película de óxido densa fará com que a película de óxido floresça. A pasta de polimento deve ser completamente desengordurada.

3.3 Pré-tratamento químico

desnatado (leite)Recomendado para usar agente desengordurante neutro ou alcalino fraco, temperatura 50 ~ 70 ℃, tempo 3 ~ 5 min. desengorduramento não é limpo é a principal razão para a flor do filme, diminuição da adesão.

erosão alcalina: 10% ~ 15% solução de hidróxido de sódio, temperatura 50 ~ 60 ℃, tempo 1 ~ 3 min. o condicionamento alcalino pode remover o filme de óxido natural e pequenos defeitos de superfície, de modo que o substrato revele uma organização metálica uniforme. A concentração de iões de alumínio na solução alcalina de gravura deve ser controlada a 30~50g/L, mais de 80g/L quando a taxa de gravura alcalina diminui, a superfície é fácil de pendurar cinzas.

brilho (de luz): 20%～30% Solução de ácido nítrico, temperatura ambiente, tempo 1～3min. remover a película cinzenta (alumínio, silício, ferro e outros compostos) deixada pelo ataque alcalino.

Tratamento especial - liga de alumínio com elevado teor de silícioA sílica de fumo permanece na superfície das ligas de alumínio-silício (alumínio fundido) após o ataque alcalino e é difícil de remover pelo polimento convencional com ácido nítrico. Deve utilizar-seMistura de ácido nítrico com ácido fluorídrico 5%(Ácido nítrico 30%, Ácido fluorídrico 5%, Água 65%), tratamento à temperatura ambiente durante 30-60s, até a superfície ficar branca-prateada uniforme.

4、Processo de anodização com ácido sulfúrico

A anodização com ácido sulfúrico é responsável por mais de 80% do total das aplicações industriais. Tem uma ampla janela de processo, baixo custo, elevada transparência da película e é adequada para produtos com elevados requisitos de tingimento e proteção.

4.1 Critérios para o controlo dos parâmetros do processo

parâmetros	Âmbito de aplicação recomendado	intervalo limite	Consequências do desvio
Concentração de ácido sulfúrico	15% a 20%	10% a 25%	Uma concentração baixa resulta numa camada de película fina; uma concentração elevada resulta numa dissolução rápida e numa camada de película solta.
Concentração de iões de alumínio	5～15g/L	<20g/L	Mais de 20g/L, a camada de película é cinzenta e a resistência à corrosão diminui.
Temperatura do depósito	18-22°C	15-25°C	＞25℃ camada de película solta, pó; <15℃ camada de película densa mas fragilidade aumentada
densidade de corrente	1.2～1.5A/dm²	0,8～2,0A/dm²	Demasiado alta provoca o desgaste; demasiado baixa, a camada de película é fina, baixa eficiência de produção
tempo de oxidação	30-60min	Requisitos de espessura da retina	Espessura insuficiente da película devido a tempo insuficiente; um prolongamento excessivo conduz a um aumento do tamanho dos poros e a uma redução da força de ligação
Concentração de Cl-	≤25mg/L	≤50mg/L	Padrões excessivos conduzem à corrosão por picadas, perfuração

4.2 Requisitos de qualidade da água

O fluido do depósito de anodização e todos os depósitos de limpeza devem ser utilizadoságua desionizada或água destilada. O teor de Cl- na água da torneira é normalmente de 50-200mg/L, e a utilização direta desencadeia o processo de oxidação anódica docorrosão por pite-A superfície da película de óxido apresenta pontos negros pontuais, que em casos graves atravessam a camada de película até ao substrato. A resistividade da água deve ser controlada em ≥5×10⁴Ω-cm.

4.3 Tecnologia de fixação e conceção condutora

• área de contactoO ponto de contacto entre o dispositivo de fixação e a peça de trabalho deve ser ≥ 1/200 da área da superfície da peça de trabalho. Uma área de contacto insuficiente conduzirá a uma densidade de corrente local excessiva e à acumulação de calor por efeito de Joule, o que resultará no amarelecimento da camada de película e na fusão e queimaduras em caso de ferimentos graves.
• Seleção de materiaisO acessório deve ser feito de alumínio puro ou liga de alumínio-magnésio, que é semelhante ao material da peça de trabalho. Proibir estritamente a utilização de cobre, o contacto direto com o dispositivo de fixação de ferro, os iões de cobre contaminam o líquido do tanque, tornando a película de óxido escura.
• Ângulo de elevaçãoA peça de trabalho deve ser mantida inclinada ou na vertical no tanque, com a abertura da cavidade interna do perfil virada para baixo ou inclinada para garantir que as bolhas de oxigénio geradas durante o processo de oxidação possam escapar sem problemas. As peças de gás aninhadas não têm película ou têm uma camada de película muito fina devido ao isolamento do gás, denominadadefeito na proteção do ar.
• Reutilização de acessóriosA descoloração do dispositivo de fixação deve ser efectuada em profundidade. A resistência da película de óxido residual aumenta, dificultando a passagem da corrente, e a zona da peça próxima do ponto de fixação fica parcialmente sem película.

4.4 Plano de produção de calor no verão

A oxidação anódica é uma reação exotérmica, e a temperatura do banho é afetada pelo ambiente e pela geração de calor atual. Quando a temperatura do banho excede 25 ℃ e não há equipamento de refrigeração, a taxa de dissolução do filme de óxido aumenta dramaticamente e a camada de filme fica solta e pulverulenta. As medidas temporárias incluem:

• aumentarácido oxálico C2H2O41,5% a 2,0% ouácido gama-trizoico0.5% ～ 1.0%, que pode aumentar o limite superior da resistência à temperatura do líquido do tanque para 35 ℃, mas reduzirá a transparência da camada de filme;
• Aumentar a intensidade da mistura e utilizar ar comprimido ou a circulação da bomba para acelerar a dissipação do calor;
• Produção por lotes para evitar longos períodos de funcionamento contínuo com carga elevada.

5、Análise de causa raiz de defeitos comuns e soluções

Esta secção adopta a estrutura de três partes “Fenómenos - Causas - Contramedidas” para incluir os 12 defeitos mais comuns na produção de anodização com ácido sulfúrico.

5.1 Amarelecimento e acinzentamento da camada de película

impunidadeA película oxidada é amarela, cinzenta ou escura com transparência reduzida.
racionalidade::

1. Quando o material de base da liga de alumínio contém cobre > 3% e silício > 7%, os elementos de liga formam compostos na película de óxido, que tornam a película cinzenta;
2. Ferro no eletrólito >200mg/L, silício >100mg/L, impurezas depositadas nos poros da membrana;
3. Uma concentração demasiado elevada de ácido sulfúrico, uma taxa de dissolução demasiado elevada, uma estrutura de película solta e uma maior dispersão da luz.
   contramedidas::

• As ligas com elevado teor de cobre e silício utilizam fontes de alimentação DC/AC empilhadas ou formulações especiais de electrólitos;
• O fluido do tanque é regularmente purificado e as impurezas de ferro podem ser removidas por tratamento eletrolítico de baixa densidade de corrente;
• Controlar o limite superior da concentração de ácido sulfúrico.

5.2 Giz, descolamento, descamação da película

impunidadeA superfície da película de óxido é pulverulenta e o pó branco desprende-se quando esfregado com os dedos e, em casos graves, a camada de película é descolada.
racionalidade::

1. A temperatura do depósito ultrapassa os 28°C e mantém-se durante muito tempo;
2. Densidade de corrente > 2,0 A/dm² com agitação insuficiente;
3. O tempo de oxidação é excessivamente prolongado e a dissolução da camada exterior da película excede a geração;
4. Concentração de iões de alumínio >25g/L, envelhecimento do depósito.
   contramedidas::

• A refrigeração forçada garante que o líquido do depósito é ≤24°C durante todo o tempo;
• Reduzir a densidade da corrente para 1,2 a 1,5 A/dm²;
• Cada lote é analisado para iões de alumínio após a oxidação e o banho é diluído ou parcialmente substituído se o limite for excedido;
• A camada de película de calcário não pode ser reparada e tem de ser retirada e refeita.

5.3 Ausência localizada de película, manchas escuras

impunidadeÁreas localizadas da peça de trabalho sem película de óxido ou com uma película muito fina com manchas escuras.
racionalidade::

1. A película de óxido no ponto de contacto entre o dispositivo de fixação e a peça de trabalho não é retirada e a resistência de contacto é elevada;
2. Fixação frouxa e interrupção da corrente do processo de oxidação;
3. A cavidade interior do perfil alberga gás, e o gás protege a corrente;
4. A composição da liga é fortemente segregada, com elevada resistência na zona rica em silício.
   contramedidas::

• Os cabides são decapados com ácido nítrico ou com uma solução especial de decapagem para revelar completamente o brilho do metal;
• Verificar o aperto após a fixação e utilizar grampos de mola, se necessário;
• Ajustar a direção de suspensão para garantir um caminho de descarga de gás desimpedido.

5.4 Queimar, derreter, queimar

impunidadeO que acontece é que em zonas localizadas da peça de trabalho aparecem manchas negras, marcas de pancada ou mesmo a fusão do substrato.
racionalidade::

1. O ponto de contacto entre o dispositivo de fixação e a peça de trabalho é demasiado pequeno e a densidade da corrente é localmente >5A/dm²;
2. A peça de trabalho está demasiado próxima do cátodo ou em curto-circuito;
3. A mistura deficiente do tanque e a fixação de bolhas levam à distorção da distribuição da densidade da corrente.
   contramedidas::

• Aumento da área de contacto da fixação e fixação multiponto;
• Manter a distância entre o cátodo e a peça de trabalho ≥ 150 mm;
• Pré-oxidação das peças, energizando-as antes de serem colocadas no tanque para evitar choques de corrente iniciais.

5.5 Corrosão por picadas, pontos negros

impunidadeDistribuição de manchas pretas pontuais na superfície da película de óxido, microscopicamente como poços de corrosão.
racionalidade::

1. Teor excessivo de Cl- no fluido do depósito ou na água de lavagem;
2. A energia é cortada a meio do processo de anodização e a peça de trabalho é deixada na solução de limpeza corrosiva durante demasiado tempo;
3. Lavagem inadequada após o pré-tratamento da decapagem, ácido residual transportado para o tanque de oxidação.
   contramedidas::

• Utilização rigorosa de água desionizada e teste semanal da solução do tanque Cl-;
• A peça de trabalho deve ser removida imediatamente após a falha de energia, enxaguada com água e novamente pendurada;
• Um enxaguamento terciário em contracorrente é adicionado após o pré-tratamento.

5.6 Impressões digitais, manchas de gordura

impunidadeA superfície da película de óxido apresenta impressões digitais claras ou contornos de óleo.
racionalidade::

1. Tocar a peça de trabalho com as mãos desprotegidas após o pré-tratamento e antes da oxidação;
2. O ar comprimido contém óleo;
3. A superfície dos cabides é oleada.
   contramedidas::

• Os operadores usam luvas de nylon limpas durante todo o processo;
• A linha de ar comprimido está equipada com um separador de água e óleo;
• Os cabides são desengordurados regularmente.

6. processo de coloração e selagem

6.1 Seleção do método de coloração

Método de coloração	teoria	especificidades	cenário de aplicação
Tingimento orgânico	Adsorção de moléculas de corante nos poros da membrana	Cores vivas e ampla gama de cores	Decoração de interiores, Pequenas ferragens
Coloração electrolítica	Deposição de sais metálicos no fundo do poro	Excelente resistência às intempéries	Parede cortina arquitetónica, revestimento automóvel
Coloração geral	Desenvolvimento da cor do elemento de liga	Pequena diferença de cor, custo elevado	Eletrónica topo de gama

ponto técnicoAntes do tingimento, o filme de óxido deve ser fresco (≤30min entre o tingimento e a descarga do forno), a espessura do filme deve ser ≥10μm, e o valor do pH, a temperatura e a concentração da solução de tingimento devem ser estritamente controlados de acordo com os parâmetros fornecidos pelo fornecedor de corantes.

6.2 Necessidade de vedação do furo

A porosidade da película de óxido anódico não selada de cerca de 20% ~ 30%, exposta à atmosfera, será adsorvida por poluentes, humidade e sal, a vida útil da resistência à corrosão é apenas 1/10 ~ 1/20 da película selada.

Comparação dos principais processos de selagem::

artes e ofícios	médio	temporário	tempos	adequação
vedação de água quente	água desionizada	95-100°C	15-30min	Todas as películas anodizadas com ácido sulfúrico
Vedação a média temperatura	Solução de acetato de níquel	60～80℃	10-20min	Película de tingimento, cenas de poupança de energia
vedação a frio	Solução de fluoreto de níquel	25-35°C	5-10min	Requisitos de elevada produtividade

Inspeção da qualidade do orifício de selagemUtilizando o método da mancha de corante (GB/T 8753.2), a área mal selada pode ser colorida pelo corante.

7、FAQ：Oxidação anódica produção de problemas de alta frequência

1. P: Porque é que a cor das minhas peças de alumínio fica baça após a anodização?

R: As causas possíveis são classificadas por ordem -

• Falha de energia ou flutuação de corrente a meio do processo de oxidação;
• pH baixo (ácido residual) no tanque de lavagem final;
• Teor de Cl- da água de limpeza >50mg/L;
• O substrato contém cobre > 4% ou silício > 8%;
• Concentração de iões de alumínio no líquido do tanque >20g/L.

2) P. Qual é a razão pela qual a película de óxido cai quando lhe toco com a mão?

R: Trata-se debicarbonato de sódio (utilizado para fermentar pão)Causas típicas: Temperatura do tanque >28°C durante mais de 30 min, ou densidade de corrente >1,8A/dm² com agitação insuficiente. É muito fácil de acontecer quando não há equipamento de refrigeração no verão. Contramedidas temporárias: adicionar 1,5% de ácido oxálico, reduzir a densidade da corrente para 1,0A/dm², prolongar o tempo de oxidação para compensar a espessura da película.

3. P. As ligas de alumínio de diferentes graus podem ser oxidadas no mesmo banho?

Resposta:não recomendadoExiste uma grande diferença na janela de potencial de oxidação entre as ligas das séries 2 e 7 e as ligas das séries 5 e 6. Quando tratadas no mesmo tanque, as ligas de elevado potencial (como a 6063) têm precedência na formação da película, enquanto as ligas de baixo potencial (como a 2024) ficam para trás na formação da película, e a diferença na espessura da película pode ser de até 5 μm ou mais, acompanhada de diferença de cor. Deve ser a mesma ranhura, deve ser selecionada com potência de impulso ou corrente faseada.

4) P. Qual é o processo escolhido para obter uma cor vermelha brilhante após a oxidação?

R: Produtos de interior: tingimento com corantes orgânicos, corantes vermelhos de antraquinona recomendados, pH 5,5-6,0, temperatura 50-55°C, tempo de tingimento 5-15min. Produtos de exterior: coloração electrolítica, sal de estanho ou sistema de sal misto de estanho-níquel, pode obter tons de vermelho borgonha, grau de resistência aos raios UV até ISO 2810 Classe 5.

5. P. A água da torneira pode ser utilizada como solução de banho de anodização?

Resposta:proibição absoluta. A concentração de Cl- na água da torneira é de 50~200mg/L, mais de 25mg/L desencadeia a corrosão por picadas. A água utilizada para a anodização e a limpeza antes e depois de todos os processos deve ser água desionizada ou destilada com uma condutividade ≤20μS/cm.

6. Q. Existe pó branco na superfície da película de óxido depois de selar os orifícios, como o remover?

R: As cinzas brancas de selagem têm origem na elevada dureza da água durante a selagem com água quente ou no pH do fluido do depósito de selagem a frio > 6,5:

• Vedação com água quente: Utilizar água desionizada e adicionar 0,5%～1% de agente de vedação e supressão de poeiras;
• Foram produzidas cinzas brancas: 5% ~ 10% de ácido nítrico embebido à temperatura ambiente durante 30-60s, lavar com água e voltar a fechar o orifício.

8. conclusão: da implementação do processo à estabilização da qualidade

A oxidação anódica de ligas de alumínio é um projeto sistemático com acoplamento multiprocesso e multiparâmetro. De acordo com a investigação de campo efectuada em 32 empresas de anodização na China.80% ou mais incidentes de qualidade resultaram de desvios na execução da disciplina do processoe não por falta de capacidade técnica.

São necessários três sistemas básicos para obter uma qualidade consistente:

1. Livro de análise do fluido do tanqueTestes diários de concentração de ácido sulfúrico, concentração de iões de alumínio, concentração de Cl- e testes semanais de impurezas de ferro e cobre;
2. Regulamentos de gestão de cabidesRastreabilidade de todo o processo de descofragem, reparação e desmantelamento dos cabides;
3. Inspeção do primeiro artigoInspeção de peças oxidadas em tamanho real e de aparência total na primeira ranhura de cada turno antes da produção em massa.

Não há atalhos no processo de anodização. O controlo contínuo da temperatura, da qualidade da água, da fixação e das impurezas é o único caminho para passar da “taxa de aprovação 95%” para a “taxa de aprovação 99,5%”.