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Artigo Técnico
36 C & P • Setembro/Outubro • 2006
Noções básicas sobre processode Anodização do Alumínio
e suas Ligas - Parte 1
Por Adeval
Antônio
Meneghesso
Colaborador:
João Inácio
Gracciolli
(Surface
Finishing - CBA)
IMAGEM DO ALUMÍNIO É
definida e fixada pelo aca-bamento aplicado sobre
sua superfície. Essa afirmativa constata a importância dos pro-cessos empregados para essa fina-lidade, que determinam as carac-terísticas protetivas e/ou decora-tivas de alta durabilidade.
A anodização é um processomuito aceito e bem definidopara produzir uma película deco-rativa e protetiva de alta qualida-de nas ligas de alumínio, abran-gendo um amplo espectro deaplicações, algumas das quaisbastante especificas, tais comoanodização técnica (Dura) para peças que estão sujeitas ao des-gaste por abrasão e como camada protetora para refletores e capaci-tores eletrolíticos, anodizaçãobrilhante para frisos, anodizaçãoem cores para ornamentos eutensílios domésticos e anodiza-ção para fins arquitetônicos (ja-nelas, portas, fachadas, gradis,boxes de banheiro, etc.), na cons-trução civil.
A anodização é um processocientifico, cujos parâmetros quí-micos e eletroquímicos podemser mantidos sob controle. Entre-tanto, quando esse controle é fei-
to de modo inadequado, ocor-rem defeitos no acabamento da superfície prejudiciais a sua apa-rência, resultando em uma má performance da camada anódica final.
Para a obtenção desse efeitodecorativo e protetivo deve-se to-mar alguns cuidados quanto aoacabamento de superfície das pe-ças, à estrutura metalúrgica das li-gas utilizadas, ao pré-tratamento,
à anodização, propriamente dita,e à selagem da camada anódica.Essa camada por ser uma oxida-ção eletrolítica do próprio metal,irá salientar os defeitos existentesou mesmo revelar irregularidadesque não são visíveis no metal bru-to. Alguns processos de pré-trata-mento disponíveis podem escon-
der ou eliminar a maioria das irre-gularidades superficiais, mas emcondições metalúrgicas da liga não podem ser controladas pela anodização e dependem do pro-cesso utilizado na fundição dometal, do controle de processosde extrusão e de laminação du-rante a sua fabricação.
A Química do AlumínioO alumínio é um metal que
aparenta ser inerte a ação atmos-férica, isso devido a uma fina ca-mada de óxido que se forma na-turalmente sobre sua superfície,todavia, é um metal bastante rea-tivo. O metal alumínio é um ele-mento que reage com ácidos e ál-calis com evolução de hidrogênio.
Reações químicas do Alumíniocom ácidos
A diluição de alumínio emuma solução de ácido sulfúrico
aquecida irá formar o sal sulfatode alumínio, com liberação dehidrogênio da seguinte forma:
3 Al + 3 H2 SO
4➠ 2 Al
2(SO
4)
3+ 3 H
2
Da mesma forma, o alumínioadicionado a uma solução deácido fosfórico, reage:
6 Al + 2 H2PO4 ➠ 2 Al3PO4 + 3 H2
Em solução de ácido nítricoou ácido crômico o alumínio
não se dissolve, ocorrendo uma passivação pela formação de umfilme de óxido. A imersão doalumínio em uma solução deácido fluorídrico irá produzirum filme insolúvel de fluoretode alumínio (solúvel no excessode ácido fluorídrico), da seguin-te forma:
2 Al + 6 HF➠ 2 AlF3
+ 3 H2
Reações químicas do Alumíniocom álcalis
A maioria dos metais não-ferrosos, como; níquel, cobre,zinco, etc., tem reações similaresà do alumínio, com uma exce-ção importante, pois são dissol-vidos em solução de ácido nítri-co. Os metais cobre, níquel eferro são dissolvidos por álcalis,como hidróxido de sódio ou car-bonato de sódio. Quando me-tais como zinco, bismuto esta-nho, alumínio, etc., são coloca-dos em solução de soda cáustica (hidróxido de sódio) à quente,eles se dissolvem formando umsal e desprendem hidrogênio.No caso do alumínio é formadoum sal conhecido como alumi-nato de sódio:
2 Al + 2 NaOH➠ 2 NaAlO2+ 3 H
2
Esse sal resultante se ioniza,produzindo íons de sódio comcargas positivas e íons de alumí-nio com cargas negativas:
NaAlO2➠ Na+ + AlO
2
Metais que possuem a capa-cidade de produzir sais, os quaispodem estar presentes como íonmetálico em ânions ou cátions,são conhecidos como metais Anfoteros.
A Anodização é um processo muito aceito e bem definido para produziruma película decorativa e protetiva de alta qualidade
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alumínio podeser efetuadopor vários ti-pos de proces-sos, a saber:
Desengraxecom Solventes
Os solven-tes são usadospara removergrandes quantidades de contami-nantes orgânicos, como óleos egraxas presentes na superfície doalumínio. Os resíduos de massa de polimento e lustração sãofacilmente removidos pela maio-ria dos solventes quando a limpe-za é feita imediatamente após asoperações de polimento.
Desengraxe AlcalinoÉ o método mais utilizadopara a limpeza do alumínio esuas ligas, sendo de fácil aplica-ção nas operações de produção eos custos dos equipamentos sãobaixos. Normalmente são for-mulações que não agridem a superfície do alumínio, manten-do o brilho do polimento mecâ-nico, removendo e emulsifican-do os contaminantes orgânicos.
Fig. 1 -Fluxograma dos estágios básicos no processo de anodização
Processo de AnodizaçãoO processo de anodização é
composto por uma série de eta-pas básicas (Fig.1), comuns a to-dos os tipos de anodização, sen-do que cada processo adquire
uma característica própria queidentifica o tipo de acabamento.
Etapas Básicas do Processode Anodização
1ª Etapa - Montagem /Enganchamento
Consiste em fixar os perfis oupeças nas gancheiras de alumínioou titânio, de tal forma que per-mita um bom contato elétrico. Ocontato peça - gancheira deve ser
bem firme para não permitir des-locamentos durante a movimen-tação da carga entre os vários es-tágios da anodização ou pela agi-tação de ar utilizado em algunstanques da linha de anodização.
Gancheiras“Gancheira” ou “Suporte” é o
dispositivo no qual são fixadas aspeças a serem anodizadas, sendoque o sucesso da anodização de-pende de um eficiente projeto degancheiras, normalmente fabrica-das em ligas de alumínio, devemprivilegiar os seguintes quesitos;• Permitir a fácil montagem e
desmontagem das peças• Permitir uma distribuição
simétrica dos pontos de con-tato da peça com a gancheira
• Dimensionamento elétricoadequado evitando perdas econsumo excessivo de energia elétrica
• Permitir o rápido escoamen-to de gases liberados pelasreações químicas através deposicionamento adequadodas peças na gancheira.
• A gancheira deve ser versátilpermitindo o enganchamen-to de diferentes tipos e formasde peças na mesma gancheira pelo uso de acessórios comomolas, ganchos, alicates, mor-sas, arames, pinças, etc. (Fig.2)
Decapagem das Gancheiras(remoção da camada anodica)
Devido a alta resistividadeelétrica da camada anódica, apóscada ciclo de anodização, as gan-cheiras devem ser decapadas (dis-solução da camada de óxido dealumínio), a fim de se garantirum bom contato elétrico daspeças que nelas serão montadas.
A remoção da camada de óxi-do pode ser por via química, pela imersão da gancheira em soluçãoácida e após lavagem em uma solução fortemente alcalina desoda cáustica que fará dissoluçãoda camada de óxido de alumínio,ou por via mecânica, pelo uso deuma lixadeira que fará a remoçãomecânica da camada de óxido dealumínio.
2ª Etapa – Desengraxe /Lavagem
O desengraxe é efetuado para limpar os produtos de alumínioremovendo gorduras, óleos e ou-tros resíduos aderentes ao metal,utilizando-se uma solução aquosa levemente ácida ou alcalina, oqual deve, também, remover fil-mes de óxidos da superfície.
O desengraxe da superfície do
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Fig. 2 -Gancheirasde perfis de
alumínio com fixação através
de pinças tipoalicate
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0,04 %. Aconselha-se o uso dasligas da série 6.000 para perfis a serem anodizados e chapas da série 1000. A taxa de remoção de100 g/m2 é normalmente ade-quada para produzir um acaba-
mento satisfatório, tanto emchapas como em extrudados.Quanto mais alta a tempera-
tura de trabalho mais rápida será a taxa de remoção. A temperatu-ra máxima do processo deve serde 65ºC e controlada através doresfriamento da solução.
Quanto maior o teor de alu-mínio dissolvido mais lenta será a taxa de ataque. A soda cáustica livre e o alumínio dissolvido estãoem equilíbrio, como mostrado
na reação (b), portanto, como onível de alumínio cresce no ata-que, existe a tendência da reação(b) deslocar-se da esquerda para a direita. Para evitar esta ocorrência,é necessário aumentar o nível desoda cáustica livre no ataque. Assim, numa orientação aproxi-mada o nível de soda cáustica livre deve ser igual ao nível dealumínio dissolvido (Al3+).
4ª Etapa – NeutralizaçãoConsiste em neutralizar o fil-
me de solução de fosqueamento,que permanece aderido ao mate-rial, após a lavagem com água. A Neutralização é realizada para remover quaisquer partículas deintermetálicos ou hidróxidos pre-sentes na superfície do alumínio,após o ataque alcalino e a lava-gem. Esse é um processo a tem-peratura ambiente não consu-mindo energia. Tem como finali-
dade neutralizar os efeitos dosresíduos alcalinos, bem como dis-solver compostos formados emdecorrência das reações químicasdos elementos de liga do alumí-nio, durante a fase de fosquea-mento. •
• A temperatura da solução defosqueamento deve ser man-tida acima de 20ºC
2 Al + 2 NaOH + 2 H2O➠ 2 NaAlO
2+ 3 H
2O (a)
Quando uma dessas condi-
ções é ignorada, principalmente a primeira, ocorre o desbalancea-mento da reação, tornando-seirreversível pela formação de umprecipitado de hidróxido de alu-mínio na forma de pedra nasparedes e no fundo do tanque,enquanto a concentração de soda livre aumenta por causa da soda formada pela seguinte reação:
NaAlO2
+ 2 H2O➠ Al(OH)
2+ NaOH (b)
O precipitado de hidróxido
de alumínio gerado torna-se durodevido à perda de água e trans-forma-se em alumina pela ocor-rência da seguinte reação:
2 Al(OH)3➠ Al
2O
3+ 3 H
2O (c)
Essa reação irreversível ocorreem soluções velhas e/ou soluçõesque sofreram um resfriamento abai-xo de 20ºC sendo que todo pre-cipitado endurecido deve ser re-movido do fundo e das paredes dotanque através de ação mecânica.
Fosqueamento Acetinado / Aveludado
Este tipo de acabamento nor-malmente é obtido por ataquealumínio em solução de soda cáustica ou pela combinação deum tratamento mecânico, porexemplo jateamento, combinadocom o ataque na solução de soda cáustica. O grau do fosqueamen-to dependerá de algumas premis-
sas adotadas:• Liga e tempera do materialque está sendo atacado
• Quantidade de metal removi-da pelo ataque
• Tipo do ataque usado e ascondições de operaçãoPara a obtenção de uma boa
performance do fosqueamentoacetinado, o teor de Fe na liga,deve estar entre 0,16 – 0,30 % eo teor de Zn não deve exceder
Desengraxe ÁcidoUmas das principais funções de
um desengraxante ácido é a remo-ção dos óxidos da superfície antesda pintura, camada de conversão,abrilhantamento ou anodização.
A remoção de óleos e gordurasda superfície do perfil também érealizada pelo desengraxante ácidode modo satisfatório.
Lavagem A lavagem em água é feita após
o desengraxe e após cada uma dassubseqüentes fases do processo apli-cado, (pré-tratamento para pintu-ra, anodização, etc.). Sua finalida-de é garantir a ausência de resí-duos na superfície das peças pro-
venientes da etapa anterior. É a fase mais importante do processo,pois pode ser uma fonte perma-nente de contaminação. Exige di-mensionamento correto das vazõesde água, estabelecendo um perfei-to balanceamento entre a lavageme o consumo de água, utilizando-setécnicas como sistema de spray,cascata e agitação para esse fim.
3ª Etapa – FosqueamentoO fosqueamento pode ser
considerado como uma limpeza da peça de alumínio em processo,entretanto, o tratamento comsolução alcalina, usualmente 5 a 10 % de soda cáustica, aditivada com inibidores de ataque, resulta em um acabamento superficialacetinado nos perfis de alumíniopara aplicação arquitetônica.
Mecanismo de reaçõesque ocorrem no banho
de fosqueamentoConforme a equação apresen-tada a seguir o aluminato de só-dio será facilmente mantido emsolução, caso sejam preservadas asseguintes premissas:• Manter a relação correta entre
soda cáustica livre e alumíniodissolvido.
• A solução possuir um podero-so agente complexante do alu-minato.
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Eng. Adeval Antônio Meneghesso
Diretor superintendente da Italtecno do
Brasil – Contato: Fax.: (11) 3825-7022