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Anodizzazione colorata del'alluminio - Trattamento superficiale alluminio

L’alluminio, dal punto di vista elettrochimico, è un metallo poco nobile data la forte tendenza ad alterarsi formando composti con altri elementi.
Uno dei più frequenti composti che l’alluminio forma è l’ossido, caratterizzato da proprietà molto specifiche.
L’ossido di alluminio (Al2 O3) si forma spontaneamente fino ad uno spessore di 10-20 mm di micron ed essendo un prodotto inerte tende a proteggere il metallo base.
Ovviamente lo strato di ossido naturale non è sufficiente per una perfetta protezione pertanto si è trovato il sistema per ottenere strati più spessi e resistenti tramite un processo elettrolitico.
 
L’anodizzazione è un procedimento elettrolitico  attraverso il quale si provoca una crescita accelerata dello strato di ossido dell’alluminio: l’alluminio, posto in una opportuna soluzione elettrolitica, viene reso anodico collegandolo con il polo positivo.
 
Gli elettroliti capaci di determinare la formazione dello strato di ossido superficiale sul metallo sono generalmente a base acida. Gli acidi comunemente utilizzati per i bagni di ossidazione anodica sono l’acido solforico e l’acido ossalico.
 
Esistono poi bagni particolari costituiti da acidi o loro miscele complesse, che hanno impieghi particolari e molto specifici tali da determinare anche colorazioni dell’ossido.
 
L’anodizzazione porta alla formazione di uno strato poroso: lo strato di ossido, oltre ad avere la funzione fondamentalmente protettiva, ha senza dubbio anche una valenza estetica. Per tale ragione è necessario che i materiali destinati all’ossidazione anodica presentino caratteristiche chimiche e funzionali idonee.
 
Se la microstruttura cristallina è omogenea ed i grani sono di dimensioni sufficientemente ridotte, l’ossido risulterà omogeneo, regolare e privo di effetti visivi microscopici; se invece la microstruttura è disomogenea e con singoli grani cristallini di grosse dimensioni, sulla superficie anodizzata risulteranno striature ed aloni.
 
 

Colori disponibili

L’ossidazione anodica come già detto, consiste nel porre in un bagno di elettrolisi di acido solforico l’oggetto in modo tale che questo venga ricoperto da uno strato di ossido. 
 
Successivamente al trattamento di anodizzazione esiste la possibilità di colorare l’ossido anodico tramite immersione in soluzioni costituite da pigmento organico.
 
Negli anni l’ OMA System a Modena si è specializzata nell’ossidazione anodica colorata e, oltre alla più classica colorazione naturale e nera, l’azienda propone altri 8 colori: 
  • Rossa
  • Blu
  • Oro
  • Arancione
  • Fumè
  • Giallo Fluorescente
  • Viola
 
Importante da ricordare è che la tonalità delle colorazioni varia a seconda della lega utilizzata. Ogni lega risponde all’ossidazione in maniera diversa sia essa naturale che colorata.

Fasi del Trattamento

Gli strati anodici così ottenuti, dello spessore fino a varie decine di micron, sono trasparenti, porosi, con elevata durezza e notevole resistenza agli agenti atmosferici. Le fasi di trattamento per effettuare l’ossidazione, si possono così riassumere così:

  • 1
    PREPARAZIONE - Il materiale viene ripulito nel nostro stabilimento di Modena dall’eventuale presenza di oli, ossidi, impurità diverse con soluzioni detergenti, sgrassanti e disossidanti.
  • 2
    ANODIZZAZIONE - Data una corrente continua in una soluzione elettrolitica, otteniamo uno strato di ossido anodico con caratteristiche differenti a seconda dei parametri utilizzati nel processo (temperatura, tempo, densità di corrente, ecc.)
  • 3
    COLORAZIONE - L’ossido ottenuto nella fase precedente può essere colorato grazie al suo strato poroso in grado di assorbire un prodotto colorante.
  • 4
    FISSAGGIO - Una volta ottenute le finiture desiderate i pori dello strato ossidato vengono chiusi in una soluzione di acqua con temperatura prossima all’ebollizione.

Programma settimanale dei colori

Il materiale da sottoporre ad anodizzazione (con esclusione delle colorazioni nero e naturale) dovrà pervenire nel nostro stabilimento di Modena entro la mattina del giorno precedente a quello previsto per la lavorazione. Si precisa che il calendario di lavorazione potrà subire variazioni o slittamenti in caso di sopravvenute esigenze aziendali. L’ossidazione anodica a colore sarà pertanto programmata con cadenza settimanale come segue:

Fasi del ciclo di anodizzazione industriale

Vediamo ora in sintesi il processo di ossidazione anodica considerando in breve i trattamenti  sopra accennati.

Lo sgrassaggio, chiamato anche decapaggio, è il primo, indispensabile trattamento di superficie finalizzato alla completa rimozione dei residui grassi dati da precedenti lavorazioni. L’operazione viene generalmente  effettuata in soluzione acquosa sia a base alcalina, sia in soluzioni contenenti tensioattivi.

Tale trattamento ha la funzione di completare l’azione di sgrassatura conferendo una particolare finitura estetica ai materiali e può essere utilizzata per il decapaggio.
La satinatura esercita un attacco più profondo rispetto al normale decapaggio dando un aspetto opaco alla superficie del manufatto.
 
Il momento conclusivo di questi trattamenti preliminari è rappresentato dalla neutralizzazione.
Si effettua immergendo i materiali in una soluzione acida (solitamente acido nitrico) a temperatura ambiente; questo trattamento ha una duplice funzione:
  • eliminare la patina formata da componenti secondari della lega sulla superficie dei particolari in fase di satinatura;
  • eliminare l’alcalinità accumulata predisponendo i particolari alle successive immersioni in soluzione acida.
L’ossidazione  produce per via elettrochimica uno strato di ossido di alluminio sulla superficie: NB non riporta né  aggiunge ossido, bensì consente alla superficie del metallo base di trasformarsi in ossido .
In linea di massima l’ossidazione viene effettuata con raddrizzatori operando in corrente continua o pulsante.
La composizione dei bagni è solitamente costituita da una soluzione di acqua e acido solforico a concentrazione variabile (150-180 glt) e si possono ottenere spessori di ossido fino a 20 micron in grado di ben resistere alla corrosione e alla diretta esposizione agli agenti atmosferici. Le concentrazioni e l’efficienza dei bagni sono giornalmente sotto controllo, mentre settimanalmente vengono effettuate apposite analisi chimiche in laboratorio.
Gli spessori dello strato di ossido sono in funzione della lega impiegata e dei tempi di trattamento adottati.
La temperatura adatta per le normali ossidazioni è intorno ai 20°C; temperature più alte producono ossido anodico più scarso e quindi devono essere evitate se non ricorrendo ad appositi additivi.
Temperature più basse richiedono, per i medesimi spessori, maggiori quantità di corrente ovvero tempi di trattamento più lunghi.
La colorazione può essere ottenuta attraverso diversi metodi.
  • Per immersione
  • Per elettrocolorazione
  • Per colorazione mista
Immersione
A seconda del pigmento usato si possono distinguere in organica ed inorganica.
La colorazione organica, per adsorbimento, sfrutta la struttura porosa dell’ossido che, immerso in una opportuna soluzione colorante, si impregna all’interno dei pori assumendo colorazioni più o meno intense.
Il pigmento si localizza ed ancora sulla sommità del poro formando veri e propri legami chimici diversi.
La colorazione inorganica sfrutta la precipitazione di composti metallici all’interno dei pori dell’ossido ed è caratterizzata da una maggiore solidità alla luce ed alle variazioni di temperatura.
Una delle colorazioni più diffuse è la colorazione ORO ottenuta dall’utilizzo del ferro ammonio ossalato.
 
Elettrocolorazione
Durante il processo di elettrocolorazione il colorante si deposita sul fondo del poro grazie a corrente elettrica applicata. Il procedimento consiste nel trattare i particolari ossidati in corrente elettrica alternata in vasche contenenti soluzioni di sali metallici e particolari additivi.
Sotto effetto della corrente elettrica le particelle metalliche si depositano sul fondo dei pori dell’ossido per cui, dopo la chiusura di questi mediante fissaggio, si ottiene una colorazione molto resistente.
 
Colorazione Mista
Combinazione delle due tecniche di cui sopra.
Si basa sulla possibilità di colorazione dell’ossido mediante elettrocolore  più colorazione organica.
Operazione conclusiva dell’intero ciclo di ossidazione anodica, determinante per garantire protezione, durevolezza e qualità del prodotto finito.
Il fissaggio consiste nella chiusura dei pori dell’ossido anodico al fine di conservare le finiture e conferire resistenza alla corrosione.
Il procedimento classico consiste in una idratazione ad alta temperatura  in acqua bollente (con o senza aggiunta di sali di nichel, solfato o acetato).
Altra tecnica utilizzata e di gran lunga preferita è il fissaggio “a freddo” che consiste nell’immersione dei particolari lavorati in una soluzione di fluoruro di nichel ad una temperatura di circa 30°
Durante questo trattamento i componenti della soluzione penetrano nei pori dell’ossido e mediante una reazione chimica ne provocano la chiusura.