L'anodizzazione è un processo elettrochimico che prevede l'immersione di un metallo (solitamente alluminio) in un bagno acido freddo e l'applicazione di corrente elettrica. Il metallo stesso funge da elettrodo positivo (anodo) in questo processo. Questo trattamento elettrochimico conferisce una superficie più dura e resistente alla corrosione e all'usura, migliorando al contempo la resistenza complessiva del metallo.
Prima della fase di anodizzazione dell'alluminio, le superfici in alluminio vengono pulite in bagni di incisione. Per preservare le proprietà superficiali, è necessario il monitoraggio in tempo reale di basi (ad esempio, NaOH), acidi (ad esempio, H2SO4, HNO3, HF, H3PO4), e alluminio nel bagno. Il modo migliore per ottenere questo risultato è tramite titolazione in tempo reale con 2060 TI Process Analyzer o 2026 HD Titrolyzer, a seconda delle esigenze dell'utente.
L'alluminio è il metallo più abbondante sulla Terra ed è un metallo di base molto reattivo [1]. È adatto all'uso industriale perché è leggero, conduce bene l'elettricità e il calore e resiste alla corrosione [2].
L'alluminio metallico reagisce con l'ossigeno, l'acqua o altri agenti ossidanti per creare uno strato protettivo di ossido di alluminio (passivazione) [3–5]. Questo strato di ossido naturale protegge l'alluminio sottostante dalla corrosione, ma con alcune limitazioni [5].
L'anodizzazione è un trattamento elettrochimico che aumenta lo spessore dello strato di ossido di alluminio sulla superficie del metallo. Il processo di anodizzazione rende l'alluminio più duro e più resistente alla ruggine [6]. Comprende fasi di pretrattamento, trattamento del nucleo e finitura per completare il ciclo. (Figura 1) [7].
Per prima cosa, il pezzo viene pulito per rimuovere sporco, olio e lubrificanti. Successivamente, viene trattato con una soluzione speciale per rimuovere lo strato di ossido naturale prima dell'anodizzazione. Questa fase è nota come incisione alcalina.
In questa fase è fondamentale mantenere il giusto equilibrio tra alluminio disciolto e altre sostanze chimiche nel bagno di incisione. Questo equilibrio è spesso definito rapporto alluminio/soda libera.
Se questo rapporto si discosta dall'intervallo raccomandato, si verifica una reazione in cui l'alluminato di sodio si scompone in una sostanza chiamata triidrossido di alluminio. Questo sottoprodotto indesiderato ricopre il pezzo in lavorazione e impedisce al processo di anodizzazione di raggiungere una finitura ottimale. In parole povere, mantenere il rapporto ideale di sostanze nel bagno garantisce un'anodizzazione fluida, mentre una miscela inadeguata interrompe il processo formando uno strato che blocca l'anodizzazione.
Tradizionalmente, i processi di incisione possono presentare incongruenze man mano che l'agente di incisione (come l'idrossido di sodio in questo caso) si esaurisce. Questo esaurimento porta a un graduale rallentamento della velocità di incisione, con conseguenti variazioni nell'aspetto del prodotto finale.
Per contrastare queste incongruenze e garantire risultati di alta qualità, è necessario un monitoraggio periodico tramite un analizzatore di processo online. Questi analizzatori monitorano costantemente due componenti cruciali: la concentrazione della soluzione basica (spesso idrossido di sodio) e il livello di alluminio disciolto nel bagno di incisione. Mantenendo questi valori entro un intervallo designato, si garantisce un'incisione uniforme durante l'intero processo.
Inoltre, i bagni di anodizzazione sono in genere costituiti da un elettrolita di acido solforico. Durante il processo di anodizzazione, il pezzo viene reso anodico in modo che il metallo reagisca con l'ossigeno presente nell'anione, formando uno strato di ossido sulla superficie.
Per una finitura anodizzata impeccabile, è essenziale un controllo meticoloso della concentrazione di alluminio e acido solforico all'interno del bagno. Una concentrazione di alluminio troppo elevata può influire negativamente sull'aspetto superficiale finale e aumentare la resistenza elettrica durante il processo. L'acido solforico si consuma a causa del trascinamento del prodotto e deve essere reintegrato regolarmente per ridurre i costi di gestione e garantire comunque una finitura di alta qualità.
Sebbene l'analisi di laboratorio sia stata tradizionalmente utilizzata per monitorare la chimica del bagno di anodizzazione, presenta dei limiti. Questo metodo in genere prevede il prelievo manuale di un campione dal bagno, l'invio a un laboratorio per l'analisi e l'attesa dei risultati. Questo ritardo temporale può portare a incongruenze nel processo di anodizzazione, poiché la chimica del bagno può variare tra i tempi di campionamento. Inoltre, l'analisi di laboratorio può essere laboriosa e costosa.
Al contrario, gli analizzatori di processo online offrono una soluzione più efficiente e affidabile per il mantenimento di una chimica del bagno ottimale. Questi strumenti monitorano costantemente la concentrazione di parametri critici all'interno del bagno, come alluminio disciolto, idrossido di sodio e acido solforico (acido libero). Questi dati quasi in tempo reale consentono di apportare modifiche immediate, garantendo che la chimica del bagno rimanga entro l'intervallo designato 24 ore su 24, 7 giorni su 7.
L'eliminazione del campionamento manuale, unita al monitoraggio continuo offerto dagli analizzatori online, riduce significativamente il rischio di fluttuazioni nella composizione chimica del bagno, con conseguente riduzione dei difetti e della necessità di rilavorazioni. Fornendo un flusso costante di dati accurati, gli analizzatori di processo online consentono ai produttori di ottenere risultati di anodizzazione costanti e di alta qualità.
Il monitoraggio online dei componenti alcalini e acidi, nonché dell'alluminio, tramite titolazione è possibile con 2060 TI Process Analyzer (Figura 3) o 2026 HD Titrolyzer (Figura 4) di Metrohm Process Analytics. La scelta dell'analizzatore di processo ottimale dipende dalle specifiche esigenze di monitoraggio (rispettivamente multiparametro o monoparametro).
| Part of process | Parameter | Range [g/L] |
|---|---|---|
| Etching bath |
Alkalinity | 50–120 |
| Aluminum | 70–150 | |
| Anodizing bath | Free acid | 0.1–300 |
| Aluminum | 1–10 |
L'alluminio è un materiale ideale anche per altre applicazioni di trattamento superficiale. Può essere pulito utilizzando processi di decapaggio acido per garantirne la completa passivazione. Il processo di decapaggio viene utilizzato anche per preparare l'alluminio all'applicazione di un rivestimento di conversione come strato superficiale protettivo.
Per garantire proprietà superficiali ottimali durante l'anodizzazione dell'alluminio, è fondamentale il monitoraggio continuo sia dei prodotti chimici di pulizia (soluzioni basiche e acide) sia dell'alluminio stesso. Questo può essere efficacemente ottenuto tramite l'analisi di processo online, utilizzando 2060 TI Process Analyzer fper l'analisi multiparametrica o 2026 HD Titrolyzer per il monitoraggio monoparametrico.
- Atwood, D. A.; Yearwood, B. C. The Future of Aluminum Chemistry. Journal of Organometallic Chemistry 2000, 600 (1–2), 186–197. DOI:10.1016/S0022-328X(00)00147-9
- Paz Martínez-Viademonte, M.; Abrahami, S. T.; Hack, T.; et al. A Review on Anodizing of Aerospace Aluminum Alloys for Corrosion Protection. Coatings 2020, 10 (11), 1106. DOI:10.3390/coatings10111106
- Zumdahl, S. S. Introductory Chemistry, 5th edition.
- Spira, N. Aluminum Oxidation: Does Aluminum Rust?. Kloeckner Metals Corporation. https://www.kloecknermetals.com/blog/aluminum-oxidation-is-aluminum-corrosion-resistant/ (accessed 2024-06-03).
- Keijzer, M. PICKLING, AN EXCELLENT SURFACE TREATMENT FOR ALUMINIUM; Technical bulletin TB 2004/17; Vecom, 2004.
- How does Anodizing Increase Corrosion Resistance?. https://www.anoplate.com/news-and-events/how-does-anodizing-increase-corrosion-resistance/ (accessed 2024-06-03).
- Dorigotti, D. Anodising Aluminium: Everything You Need to Know. Dragon Metal Manufacturing, 2023.
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