Oxidarea anodica a aluminiului (eloxarea)

Oxidarea anodica a aluminiului (eloxarea)

Consideratii teoretice

Unele metale si aliaje se protejeaza impotriva coroziunii prin acoperire cu straturi (pelicule) anorganice, realizate pe cale chimica si electrochimica. In industrie se aplica frecvent pelicule de oxizi, de fosfati si de cromati.

Straturile de natura anorganica sunt folosite pentru protectia metalelor supuse coroziunii atmosferice. Oxidarea si fosfatarea se executa pentru obtinerea straturilor intermediare, inaintea aplicarii straturilor de vopsele si lacuri. Peliculele de oxizi si de cromati se folosesc la finisarea decorativa a pieselor, a carcaselor aparatelor de masura si control. Prin acoperirea cu straturi de oxizi si de fosfati se imbunatatesc unele calitati ale suprafetelor metalice cum ar fi duritatea, rezistenta la uzura, proprietatile electroizolante, etc.

Obisnuit, in contact cu atmosfera, suprafata aluminiului se acopera cu un strat de oxid de aluminiu, cu grosimea mai mica de 1m. Datorita grosimii reduse, a porozitatii mari si a rezistentei mecanice scazute, acest strat nu apara metalul impotriva coroziunii.

Procedeul de obtinere a peliculelor de oxid pe suprafata pieselor din aluminiu sau din aliaje ale acestuia, prin oxidare anodica, se numeste eloxare. Eloxarea in scop protector si decorativ este cel mai raspandit dintre procedeele de oxidare superficiala.

In cazul aluminiului, folosirea altor metode de protectie, cum ar fi acoperirea cu vopsele, este dificila datorita slabei aderente a vopselelor la suprafata aluminiului.

Peliculele de oxid, formate prin eloxare, sunt poroase, au grosimi intre 20-50 m, sunt termorezistente, stabile la actiunea vaporilor de apa si altor agenti de coroziune. Cele mai mari dezavantaje ale acestor pelicule sunt elasticitatea limitata si higroscopicitatea mare.

Calitatile peliculelor de oxid de aluminiu se imbunatatesc prin introducerea piesei eloxate in apa la 90 C. Acest procedeu poarta numele de compactizare. Inchiderea porilor este determinata de hidratarea oxidului de aluminiu, cu formare de cristale de tip Al₂O₃ nH₂O, care avand greutate specifica mica si volum mare, astupa porii peliculei. Eloxarea urmata de compactizare se numeste eloxare dura.

Peliculele de oxid pot fi impregnate cu diferite substante, ca de exemplu parafina, lacuri de izolare, anumiti polimeri. Impregnarea micsoreaza higroscopicitatea peliculei si creste rezistenta la coroziune. Oxidul de aluminiu fiind foarte poros, are o mare capacitate de absorbtie a colorantilor organici si anorganici si a vopselelor anticorozive, obtinandu-se astfel efecte decorative.

Domeniul de utilizare al eloxarii este foarte larg, executandu-se in scop decorativ, protector, ca baza pentru alte depuneri electrolitice, ca izolant si pentru imbunatatirea unor proprietati mecanice.

Eloxarea se executa intr-o instalatie de electroliza in care piesa de eloxat este plasata la anod, iar drept catod se foloseste o piesa de plumb. Ca electrolit se poate folosi acid sulfuric, acid oxalic, acid boric, acid sulfamic sau acid cromic. Cel mai adesea, ca electrolit, se foloseste o solutie de 10-20 % H₂SO₄, la 15-30 C. Se lucreaza la o tensiune de 12-15 V realizandu-se densitati de curent variabile, de la cativa A/dm² la inceput pana la cateva sute de mA/dm² la sfarsit.

Acidul sulfuric, electrolit tare, disociaza potrivit ecuatiei:

H₂SO₄ 2 H⁺ + SO₄^2-

Reactiile ce au loc la electrozii celulei de electroliza sunt:

la catod: 2 H⁺ + 2 e^- H₂

la anod: 2 OH^- - 2 e^- H₂O + O

SO₄^2- - 2 e^- SO₃ + O

SO₃ + H₂O H₂SO₄

2 Al + 3 O Al₂O₃

Se poate lucra si in curent alternativ, situatie in care atat la anod cat si la catod se pun piese de aluminiu ce urmeaza a fi oxidate, dar peliculele de oxid obtinute sunt foarte poroase.

Daca se doreste obtinerea unor pelicule de oxid groase si cu proprietati deosebite, puritatea aluminiului supus oxidarii trebuie sa fie foarte mare.

Aparatura si substante necesare

Un circuit clasic de electroliza, electrod de plumb, piesa de protejat din aluminiu, hartie abraziva, solutie NaOH 20%, solutie HCl 1:1.

Mod de lucru

Se foloseste un circuit clasic de electroliza format dintr-o sursa stabilizata de curent continuu (1), rezistenta variabila (2), miliampermetru (3), voltmetru (4), baie de electroliza (5), electrod de plumb (6) si piesa de protejat din aluminiu (7).

Oxidarea anodica este precedata de pregatirea piesei de aluminiu. In acest scop suprafata ei se curata cu hartie abraziva, se spala cu apa pentru inlaturarea pulberii metalice si apoi se degreseaza. Degresarea se face prin introducerea piesei, timp de 5, minute intr-o solutie de NaOH      20 %, la temperatura camerei.

Piesa degresata, dupa spalare cu apa distilata, se decapeaza prin introducerea intr-o solutie de HCl 1:1. Operatia de decapare se face pentru a inlatura stratul de oxid de aluminiu, care exista pe orice suprafata de aluminiu.

Astfel pregatita, piesa de aluminiu se introduce in baia de electroliza si se leaga la polul pozitiv (anod) al sursei de curent. La polul negativ (catod) se leaga electrodul de plumb, iar ca electrolit se foloseste o solutie de H₂SO₄ 15 %. Instalatia de electroliza se pune in functiune si se regleaza intensitatea curentului astfel incat densitatea de curent sa fie 1,0-1,5 A/dm². Durata de electroliza este de 40 minute.

Dupa ce timpul de electroliza a trecut, piesa eloxata se spala cu apa si se introduce intr-un pahar cu apa distilata la 90 C, timp de 1-2 minute, pentru compactizare.

Dupa compactizare, pelicula de oxid se poate colora. Colorarea cu coloranti anorganici se poate face prin precipitarea in porii peliculei a unui compus chimic colorat. In acest scop, piesa eloxata se introduce in solutia I a unei sari, apoi se scoate, se spala si se cufunda in solutia a II-a a unei alte sari si se spala din nou. In fiecare solutie piesa se mentine 2-4 minute. Culoarea dorita se alege din tabelul urmator.

Solutii de coloranti anorganici pentru colorarea peliculelor de Al₂O₃