anodização e coloração de peças de alumínio

5/20/2018 Anodizao e Colorao de Peas de Alumnio

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ANODIZAO E COLORAO

DE

PEAS DE ALUMNIO

Apontamentos sobre anodizao: Q.A.E. FEUP//DEECLaura Martins

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VANTAGENS DA ANODIZAO

DURABILIDADE

A maior parte dos produtos anodizados tm um tempo de vida extremamentelongo oferecendo vantagens significativas do ponto de vista econmico e demanuteno

ESTABILIDADE DA COR

O exterior da camada andica bastante estvel aos raios ultravioleta sem lascarnem descascar.

FACILIDADE DE MANUTENO

Superfcies fceis de limpar com gua e sabo, restaurando a aparncia original.Um abrasivo mdio pode eventualmente ser utilizado para remover depsitosmais aderentes.

ESTTICA

A anodizao oferece um largo leque de polimentos e de coloraes. Aanodizao do alumnio permite manter o aspecto metlico da pea.

CUSTOS

Os baixos preos iniciais combinam-se com os baixos custos de manuteno e olongo tempo de vida da pea.

SEGURANA

A anodizao segura para a sade. A anodizao estvel do ponto de vistaqumico, no se decompe, no txico e resistente temperatura.


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ANODIZAO DO ALUMNIO

PROCESSO ANDICO

A anodizao do alumnio conduz formao do xido de alumnioconvertendo a superfcie do alumnio numa superfcie extremamente duracom as seguintespropriedades:

Resistncia corroso; Resistncia abraso; Dureza; Resistncia gua; Resistncia elctrica;

APLICAES

Indstria automvel Construo de edifcios Aviao Joalharia Electrnica Armamento Marinha

Energia Aparelhagem mdica Indstria txtil etc


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PROCESSO ANDICO

Anodizao sulfrica do alumnio

As anodizaes sulfricas (processo aluminite) com corrente contnua so as maisvulgares na indstria, as mais econmicas, as camadas porosas podem ser coloridas, as

peas anodizadas so facilmente colmatadas passando a ter uma boa resistncia

corroso, um bom isolamento elctrico e uma boa resistncia abraso.

ESQUEMA DE MONTAGEM laboratorial

Electrlito: cido sulfrico

Pbchumbo

Al

U = 15V= 1,5 A/dm2

REACES JUNTO DOS ELCTRODOS:

Reaco catdica:2H+(aq) + 2e H2(g)

Reaco andica:Al (s) Al3+ (aq) + 3e

2Al3+(aq) + 3O2-(aq) Al2O3(s) (Reaco no fardica)(xido de alumnio / alumina)

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Processo industrial para aanodizao de peas de alumnio.

Suporte para a suspenso do lotede peas de Al e que funcionacomo nodo.

Cubascom o banhoelectroltico

Os ctodos so normalmente de chumbo ou de uma liga de alumnio. Os ctodos dechumbo tm a vantagem de se passivarem visto cobrirem-se durante a anodizaosulfrica de uma fina camada de sulfato de chumbo insolvel tornando-se quimicamenteinertes. A sua passivao prolonga a vida til dos ctodos de forma significativa.

Os ctodos de alumnio tm a desvantagem de serem atacados pelo cido sulfrico temperatura de 30C sofrem corroso e, em pouco tempo fissuram ao nvel do lquido dacuba.

Durante o processo h que ter em conta a densidade de corrente que no deveultrapassar os limites (1,2 a 2A/dm2). Uma densidade de corrente superior provocaria umdesenvolvimento suplementar de calor no banho podendo provocar queimaduras noalumnio com desagregao da camada andica que se torna frivel e leitosa.

O mesmo efeito observado se a temperaturado banho for demasiado elevada. Afim deevitar o sobreaquecimento normalmente associa-se s cubas um sistema de arrefecimentodo banho que pode ser por circulao de ar, agitao mecnica do banho ou porrefrigerao do banho atravs da passagem de gua fria numa tubulao em serpentina.

Durante o processo de anodizao h uma grande libertao de hidrognio junto aoctodo, afim de minimizar esta libertao junta-se um aditivo ao banho que faz com queparte dos ies H+sejam reduzidos no banho e no junto ao ctodo. O inconveniente dalibertao de H2junto dos elctrodos que fragilizam os elctrodos por desgaste.


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ASPECTO DA CAMADA ANDICA

POROS

CAMADAPOROSA

CAMADABARREIRA

METAL

Constituio da camadaandica

Al2O3

Al2O3.H2O Anies adsorvidos do electrlito Produtos de reaco destes anies

com Al2O3


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No desenvolvimento de qualquer camada andica temos de considerar os dois processos

que ocorrem em simultneos a velocidades diferentes. Um deles a formao da camada

andica e est pendente da tenso (U) aplicada, da densidade da corrente elctrica (j) que

atravessa a pea e da resistncia total (R) do sistema. O outro processo consiste na

dissoluo da camada que se forma que est em contacto com o banho. Este ltimo

processo depende da concentrao e do poder dissolvente do electrlito assim como da

temperatura do meio. No entanto, em ambos os casos temos de considerar o tempo de

operao.

Enquanto a velocidade de formao da camada de alumina for superior velocidade de

dissoluo a camada cresce. Na indstria o tempo de anodizao de uma pea no excede

as duas horas, a partir deste tempo no compensa prolongar o processo.

Causa da formao dos poros

A formao dos poros pode dever-se dissoluo do xido de alumnio devido a ataques

qumicos por parte do electrlito. elevao da temperatura do meio durante o processo

por efeito de Joule ou devido ao carcter exotrmico da reaco qumica de formao do

Al2O3. A elevao da temperatura do banho favorece a formao dos poros porque

aumenta o poder dissolvente do electrlito o que leva a um aumento da porosidade da

camada.


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COLORAO DA CAMADA ANDICA

A colorao da camada andica faz-se antes da colmatagem da pea e pode fazer-se porvrios processos tais como:

1. absoro de pigmentos inorgnicos (pigmentao) ou orgnicos(tingimentos);

2. autocoloraoou colorao integral;

3. colorao electroltica( em duas fases de electrlise)

4. colorao mista

Colorao por absoro

Trata-se de coloraes que se obtm simplesmente por imerso do alumnio anodizado

em certas solues de corantes sem aplicao da corrente elctrica.

a) Coloraes inorgnicas (pigmentaes)

Baseiam-se na precipitao de compostos metlicos, no interior dos poros da camada de

xido, por imerso da pea anodizada em solues concentradas de diversos sais.

Por Exemplo:

CuSO4 + (NH4)2S Verde

Pb(NO3)2 + K2CrO4 Amarelo

Fe(SO4)3 + KFe(CN)6 Azul


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b) Coloraes orgnicas (tingimentos)

Utilizam-se corantes orgnicos (ex: anilinas) solveis na gua e que tenham uma grande

solidez luz. Estes produtos qumicos entram nos poros da camada de xido (no

colmatados) por absoro.

O tom da colorao depende:

da concentrao da soluo corante;

do pH da soluo corante;

do tempo de imerso;

das caractersticas da camada (espessura e porosidade);

da temperatura

Principais inconvenientes:

Os produtos corantes so retidos superfcie do poro, o que os torna facilmente

destacveis e alterados por agentes exteriores. A colorao torna-se pouco resistente.

Autocolorao ou colorao integral

O tom obtido simultaneamente com a obteno da camada andica. A colorao final

depende da composio da liga de alumnio, dos parmetros de anodizao (natureza do

electrlito; temperatura; tipo de corrente; tempo de operao; tenso aplicada; assim

como da extenso e constituio da camada). As partculas responsveis pela cor ficam

disseminadas por toda a camada.

Inconvenientes

O processo caro devido energia posta em jogo e aos banhos utilizados.

O controle de cor difcil de se efectuar.


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Colorao electroltica

Realiza-se em duas fases, na primeira fase desenvolve-se sobre a superfcie do alumnio

um filme de xido incolor, pelo mtodo sulfrico convencional em corrente contnua oualternada.

Em seguida faz-se uma electrlise em corrente alternada usando por exemplo banhos de

sais metlicos (de cobre, nquel, prata, cobalto, ferro, etc). Estes metais finamente

divididos, depositam-se principalmente no fundo dos microporos existentes na camada de

xido.

Inconvenientes desta tcnica de colorao:

A gama de tonalidades obtida reduzida (tons bronze a negro).

A tonalidade depende da espessura do metal depositado (fenmeno ptico).

Colorao mista

Este tipo de colorao tem vindo a interessar um nmero cada vez maior de pessoas

devido possibilidade de alargamento da gama de cores.

As cores mistas obtm-se adicionando, no interior da camada de xido, duas cores

diferentes de modo a atingir-se, como efeito final, a colorao que resulta destas duas

fases.

Podem dividir-se as coloraes mistas em duas famlias:

1- Colorao electroltica + Colorao electroltica

2- Colorao electroltica + Colorao orgnica


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Colorao multicolor da camada andica

Nesta tcnica usam-se normalmente corantes orgnicos. O processo pode ser realizado

por dois mtodos:1- Realizao de um ciclo de anodizaes, seguido de uma colorao e colmatagem

para cada cor. Faz-se em seguida a destruio da camada andica nas zonas no

correspondentes a essa cor. Repete-se o processo para cada tonalidade pretendida

no desenho que se quer imprimir.

2- Realizao de uma nica anodizao e impresso das vrias zonas coloridas por

um mtodo de proteces parciais sucessivas e convenientemente seleccionadas,

por meio de um verniz celulsico ou outra substncia de efeito similar. Entre a

aplicao de cada corante, a pea sujeita a um tratamento de descolorao que

retire a cor das zonas no protegidas. Por fim, a proteco ser retirada com um

solvente conveniente e a pea colmatada.

O transporte do desenho para a superfcie anodizada pode efectuar-se por exemplo

directamente com um aparo especial que permita desenhar com o verniz, por

decalcomania, por processos fotogrficos, cobrindo a camada andica com uma pelcula

foto-sensvel onde a imagem pode ser reproduzida.

Aps o desenho impresso, pode submeter-se a pea a um banho cido que provoque a

destruio da camada em zonas no protegidas, realizando um certo entalhe, o que

permite a obteno de imagem em relevo.

Uma vez a camada destruda, ela ter de ser de novo formada, pelo que a pea ficar de

novo sujeita a tratamento andico.


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Colmatagem

Esta operao muito importante no ciclo da anodizao do alumnio. Ela caracteriza-se

pelo fecho dos poros da camada de xido que quer hidratada a alta temperatura quer

impregnada de sais metlicos e hidratados.

A hidratao da camada transforma a alumina Al2O3em Al2O3.nH2O.

No caso da hidratao a quentea reaco comea na superfcie do xido e desenvolve-

se para o interior. A hidratao conduz a um aumento de volume de xido que fecha

pouco a pouco os poros da camada at ficar solidamente hermtica.

A colmatagem por impregnaobaseia-se em reaces qumicas mais complexas.

Principais caractersticasda camada andica aps colmatagem:

Aumento importante da resistncia absoro em relao aos produtos

corantes, aos leos e aos lquidos.

Aumento importante da resistncia corroso e aos agentes atmosfricos e,

portanto ao envelhecimento.

Aumento da resistncia elctrica da camada andica. Diminuio da dureza e da resistncia abraso.

Tipos de colmatagem

A colmatagem da camada de xido pode ser feita de diferentes maneiras:

gua em ebulio vapor saturado sais metlico (ex: de nquel) por imerso em soluode dicromato de sdio ou potssio (mas alterao da

cor da camada)

a baixa temperatura (impregnao ou colmatagem a frio)

por polimerizao de matrias plsticas (processo muito caro).


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Contrle de Qualidade

Trata-se da ltima operao do processo e tem como objectivo garantir a qualidade das

superfcies anodizadas que possam surgir no mercado.

Principais ensaios a realizar

a) Ensaio de espessura

Mtodos destrutivos:

Por microscopia ptica(corte ptico de referncia). A medio feita usando

o microscpio de reflexo.

Por mtodo gravimtrico(perda de massa).

Mtodo no destrutivo

Por passagem de corrente de Faucault (o mais utilizado) no alumnio

subjacente camada andica e a medio da reaco destas correntes, com o

auxlio de uma sonda colocada sobre a superfcie anodizada ( Ex: utilizao do

Permascope).

b) Ensaios de colmatagem

Ensaio de Gota:

O mtodo baseia-se na aco do cido sobre uma parte da superfcie da amostra

previamente desengordurada, e na observao da colorao obtida pela adio de um

corante. Compara-se a mancha obtida com uma gama de padres. Se a inrcia qumica

for elevada diz-se que a colmatagem boa.


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Outros ensaios recomendados

Resistncia corroso (em nevoeiro salino (NaCl) e em nevoeiro industrial

(CO2e SO2))

De isolamento elctrico

De continuidade de camada

De dureza

De resistncia abraso

De envelhecimento acelerado

Sob o efeito de lmpadas U.V. para testar a resistncia de coloraes existentes, faz-se

em ambiente seco e com humidade controlada.


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anodização e coloração de peças de alumínio

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