Anodizado de aluminio

El anodizado es uno de los tratamientos de superficies de aluminio más comunes. En todos los procesos de anodizado, la reacción básica es la conversión de la superficie de aluminio en oxido de aluminio. La parte de aluminio, cuando se hace anódica en una celda electrolítica, hace que la capa de óxido se vuelva más gruesa, lo que le da una corrosión y resistencia al desgaste mayores. Para fines decorativos, la capa de óxido formada en la superficie se puede pintar.

Existen varios tipos de recubrimientos anódicos formados electrolíticamente. Las clasificaciones básicas según la especificación MIL-A-8625 son:

Tipo I – Anodizado con ácido crómico: son recubrimientos convencionales formados a partir de un baño de ácido crómico. Los recubrimientos de anodizado crómico se utilizan principalmente para aplicaciones aeroespaciales que requieren resistencia a la corrosión y buena adhesión de pintura.

Tipo II - Anodizado con ácido sulfúrico: consisten en recubrimientos convencionales formados a partir de un baño de ácido sulfúrico. El anodizado sulfúrico es el proceso más utilizado y más adecuado para la coloración.

Tipo III - anodizado de capa dura: es un baño a baja temperatura y densidades de corriente elevadas para producir recubrimientos más gruesos, los cuales ofrecen superficies con mayor resistencia al desgaste y la abrasión. Los acabados anodizados Tipo III pueden teñirse o no.

La selección del equipo de anodizado debe realizarse considerando el proceso en el que se utilizará. Si bien los parámetros de operación pueden variar, en la Tabla I se muestra un proceso típico de anodizado sulfúrico tipo II.

Tabla I—Parámetros de proceso típicos para Anodizado Tipo II 

Paso	Temperatura	Tiempo
Remojo limpio	130-180º F	5-15 min
Enjuague
Grabado	130-180º F	5-12 min
Enjuague
Remisión de tizne y óxido	70-75º F	5-5 min
Enguaje
Anodizado	68-72º F	0.1-1 mil de espesor  Concentración: 15–25% ácido sulfúrico
Densidad de corriente	12–24 asf @ 18–24 V
Enjuague
Coloración	Opcional
Enjuague
Sellado	180–190°F	2–3 min + 1 min/ 0.1 mil de espesor de película Secado
Enjuague
Secado

 

Proceso y equipo de anodizado

La rapidez de formación del recubrimiento anódico depende de la densidad de corriente. En general, las aleaciones que responden bien al anodizado, como lo son la 6061 y 6063, seguirán la “Regla de 720”, esto es, que necesitará 720 amperios-minuto para producir un espesor de recubrimiento anódico de 25 µm (1.0 mil) de espesor en 1 pie cuadrado de área de superficie.

La siguiente fórmula sirve como guía para estimar el tiempo de anodizado para el recubrimiento deseado:

Tiempo de anodizado (min.) = Mils de recubrimiento deseado × 720 / densidad de corriente (asf)

Por ejemplo, tomará 36 minutos producir un espesor de recubrimiento de 1 mil a una densidad de corriente de 20 asf

 

Construcción de tanques

El polipropileno es el material generalmente aceptado para la construcción de tanques debido a su rango amplio de resistencia a la corrosión. La mayoría de los tanques están fabricados a partir de polipropileno con alivio de esfuerzos usando equipos de conformación en caliente con soldadura por fusión para eliminar las costuras de soldadura verticales de los tanques

Los tanques se pueden fabricar de 1/2 a 1 pulgadas de espesor, dependiendo de su tamaño. También se añaden refuerzos externos según se requiera para su resistencia.

Baño de enfriamiento. En el tanque de anodizado la temperatura debe mantenerse dentro de los parámetros especificados. Es necesario instalar suficiente enfriamiento para asegurar que la temperatura del tanque no varíe más de un par de grados durante el anodizado. La siguiente fórmula se puede usar para determinar la carga de calor generada por el rectificador:

Amperios × voltios × 3.412 = btu/hr

El enfriamiento, generalmente, se logra mediante chillers de agua que hacen circular el agua enfriada desde un reservorio a un serpentín de inmersión hacia el tanque o a un intercambiador de calor externo. En aplicaciones de capa dura, el refrigerante es una mezcla de agua/glicol, debido a su menor temperatura de operación del baño.

Rectificadores. Rectificadores de corriente continua para el rango de anodizado convencional de 18 a 24 V. La salida de corriente es de 12 a 24 asf. Las aplicaciones de capa dura requieren hasta 75 V a 24–40 asf.

Las opciones de control del rectificador incluyen control de corriente, control de voltaje y rampa ajustable para aumentar gradualmente el espesor de la película de óxido que se va acumulando. Los rectificadores tipo SCR son los que generalmente se usan. Estos mantendrán una ondulación del 5 por ciento o menos a la salida nominal. Existen opciones disponibles para los modelos enfriados por aire o por agua.

Cátodos. Los tanques y sistemas nuevos son construidos con cátodos de aluminio a partir de aleación 6063-T6. Una relación de ánodo a cátodo de 3: 1 proporciona resultados consistentes. Los sistemas más antiguos utilizaban cátodos de plomo. Sin embargo, el aluminio es una mejor opción debido a estas razones: tiene una vida más extensa, no hay metales indeseables que contaminen el baño de anodizado, presenta menos acumulación de calor e incrementa la necesidad de eliminar el plomo del lugar de trabajo. La agitación de la solución es necesaria para mantener uniforme la temperatura. El aire de baja presión suministrado por un soplador regenerativo libre de aceite se usa con frecuencia. El volumen de aire requerido se determina típicamente para 1.0–2.0 scfm/ ft² de superficie del tanque.

Agitación. La presión requerida (P) puede ser calculada usando la siguiente ecuación: P = 0.43TD + 0.75, donde T es la profundidad de la solución en pies (ft) y D es la gravedad específica de la solución. El aire se dispersa cerca del fondo del tanque a través de tuberías de “rociadores” de aire con orificios de 3/32 pulgadas (in) de diámetro escalonados cada 6 pulgadas (in) a 90 grados de separación. Un rociador típico producirá una zona de agitación efectiva de 6 a 9 pulgadas.

La agitación también se puede lograr mediante el bombeo de la solución. Las bombas deben dimensionarse de tal manera que proporcionen de 4 a 6 renovaciones/hora. Se pueden usar eductores para mejorar el flujo de solución en la pieza de trabajo. Se requiere también ventilación de escape para capturar los humos generados en el tanque. Generalmente, se utilizan capuchas fabricadas de PVC.

La ventilación puede ser un escape lateral que consiste en una campana ranurada que controla las emisiones al llevar el aire a través del tanque, o tipo push-pull (empuje-tiro), que consiste en un chorro de empuje ubicado en un lado del tanque con la campana en el otro.

Los sistemas push-pull se emplean frecuentemente porque requieren menos aire total. En estos sistemas, el chorro a presión captura las emisiones y las “conduce” a la campana, lo que reduce los requerimientos de volumen por unidad de área de superficie de tanque abierto.

Racks. Los materiales de rack más comunes son el aluminio y el titanio. Los racks de aluminio son comúnmente de material 6061-T6 o 6063-T6. El aluminio se anodizará junto con el trabajo y, por lo tanto, debe eliminarse después de cada uso. Los racks de titanio son fabricados comercialmente de titanio puro y tienen un costo inicial más alto, pero eliminan el proceso de extracción. Muchos estilos y tipos de racks están disponibles. La característica importante del diseño del rack es la capacidad de llevar suficiente corriente a las piezas.

Manejo de materiales. El movimiento de racks a través de los pasos del proceso se puede hacer de varias maneras. Frecuentemente, se hace manualmente o con la ayuda de un polipasto de cadena. Hoy en día, hay varias opciones de polipastos disponibles que simplifican significativamente el manejo de materiales y pueden operarse manualmente, pero hay opciones semiautomáticas o completamente automáticas disponibles para proveer mejores resultados y más consistentes. Estos incluyen diseños de brazos laterales, superiores y tipo rim-runner.

Un polipasto de brazo lateral es un diseño en voladizo que se desplaza a lo largo de la parte trasera de los tanques con cargas vivas de 250 a 750 libras. Los polipastos superiores pueden manejar cargas más grandes, esto es, de 2,000 a 4,000 libras, mientras que los diseños tipo rim-runner utilizan rieles cerca del contorno del tanque. Estos se utilizan con mayor frecuencia en aplicaciones donde el espacio superior es limitado.

La mayoría de los polipastos utilizan motores de CA (corriente alterna) con unidades de frecuencia variable para movimientos horizontales y verticales. El posicionamiento es preciso y se logra mediante encoders giratorios o por láser.

Automatización

La automatización de la línea de proceso proporciona los resultados más confiables para el proceso de anodizado. Todos los parámetros pueden ser monitoreados y controlados por computadora, eliminando el error humano.

Los rectificadores se pueden configurar automáticamente utilizando la información de la parte almacenada en una base de datos, y la información de control del proceso se puede guardar en archivos para generar informes que muestren los tiempos de proceso, las condiciones de operación de cada proceso, las alarmas del sistema, etc. Se puede incluir un análisis estadístico de control de proceso para monitorear y analizar datos para mejorar la calidad del producto y proceso.

El sistema de control puede hacer adiciones de químicos, registrar amperios-hora y señalar rutinas de mantenimiento. Los terminales de pantalla táctil le permiten al operador acceder fácilmente a la información de proceso, a los puntos de ajuste y al estado de carga. Las cargas se pueden procesar mediante un ciclo de tiempo fijo, ejecutando el mismo proceso repetidamente, o mediante un ciclo de carga aleatorio, que ejecuta una mezcla de productos ilimitada. La operación de tiempo fijo brinda el máximo rendimiento de la máquina, mientras que la carga aleatoria ofrece la máxima flexibilidad.