Artigo Técnico

30 C & P • Maio/Junho • 2007

Noções Básicas sobre Processo de Anodização do Alumínio

e suas Ligas - Parte 3

Por Adeval

Antônio

Meneghesso

Colaborador:

João Inácio

Gracciolli

(Surface

Finishing - CBA)

5ª Etapa – AnodizaçãoARA FINALIZAR ESSA ETAPA

do artigo iniciada na edi-ção 13, complementamos;

Obtenção da Camada AnódicaPara se obter a camada anódi-

ca devem ser obedecidos os prin-cípios básicos das Leis de Faraday,das Leis da Química e da Termo-dinâmica.

Leis de FaradayAs Leis de Faraday estabele-

cem que a massa de metal deposi-tada no catodo ou dissolvida noanodo é proporcional a quantida-de de eletricidade que passa atra-vés do eletrólito, a qual também éproporcional ao seu equivalentequímico. Isso se aplicaria somen-te a eletrodeposição, mas Faradaytambém considerou outras rea-ções eletroquímicas, cuja substân-cia seria quimicamente alterada,isto é, alumínio transformado emóxido de alumínio. Quando issoacontece, um grama de pesoequivalente da substância é qui-micamente alterado em cada ele-trodo para cada 96.501 coulombsde eletricidade (1 Faraday), quepassa através do eletrólito, ou seja:

1 coulomb de eletricidade =

1 ampere de eletricidade fluindo por 1 seg.

Conclui-se que a voltagem a-feta somente o volume dos poros enão a espessura do filme (massa qui-micamente alterada), a qual é di-retamente proporcional à quanti-dade de eletricidade usada, isto é:

espessura do filme =

densidade de corrente (A/dm2) x tempo (min)

Se a densidade de corrente formantida constante, é necessáriofazer passar o total correto de cou-lombs (ampere – min) por dm2.Assim, para se obter uma camadaanodizada com espessura correta,devemos combinar os corretosvalores da densidade de corrente eo tempo, e ajustar a voltagemadequada.

Teoricamente 2x27=54 partesde alumínio, em peso, se combi-nam com 3x16=48 partes de oxi-gênio em peso, o que é igual a102 partes de Al2O3, em peso dacamada anódica. Entretanto, a ra-zão teórica camada é 102/54= 1,89.

Camadas anódicas produzidasem eletrólitos de ácido sulfúricoproporcionam relações de forma-ção de camada de 1,30 a 1,65,dependendo da liga e das condi-ções da anodização.

6ª Etapa – Coloração daCamada de Anodização comCorantes Orgânicos

A tecnologia de coloração porabsorção, através de corantes or-gânicos é um campo especializa-do não-familiar aos anodizadorese o não entendimento do proces-so tem prejudicado o aumento dasua utilização.

Tipos de corantesHá um grande número de di-

ferentes corantes usados na indús-tria, que são classificados nosseguintes tipos: corantes ácidos,básicos, diretos, dispersos, cáusti-cos e corantes solventes.

Os corantes usados nas cama-das anódicas são, geralmente, dotipo ácido. Para aplicações espe-ciais de coloração em “silk-

screen”, certos corantes solventessão também, empregados.

A Química da ColoraçãoOrgânica

A camada de anodização éaltamente porosa e possui umasuperfície interna muito extensa.Essa superfície é altamente polare adquire carga da própria água.Pelo seu alto poder de absorção, écapaz de absorver grandes quan-tidades de solutos de tipos dife-rentes. Dentro do filme o poderde absorção é determinado, prin-cipalmente, pela taxa de difusãodo corante, através dos poros pre-enchidos com água. Quando à ca-mada de anodização ou qualquersólido altamente poroso é colori-da, essa taxa provoca um efeitoque modifica a camada através dadifusão mais lenta nos poros.

Controle da Coloração OrgânicaO fator de controle na colora-

ção é a profundidade de penetra-ção do corante nos poros dofilme. As taxas seguem o padrãousual de absorção pelos substra-tos altamente porosos e aumen-tam com a temperatura, inicial-mente, e a quantidade absorvidaaumenta linearmente com a raizquadrada do tempo. Este com-portamento implica numa levedifusão interna de um filme decorante, de concentração cons-tante, absorvido rapidamente pe-la superfície mais externa da ca-mada anódica.

Um exemplo de aplicação pra-tica; a discussão teórica acima de-monstra que, para colorir o alu-mínio anodizado, uma substân-cia de coloração deve conter a-

Autor apresenta mais duas etapas do processo: anodização e coloração

de camada de anodização com corantes orgânicos

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mais intensas de 2,0 – 10,0 g/l.As cores pretas requerem, nor-malmente, uma concentração depelo menos 10 g/l e tempos imer-são de 15 – 45 minutos. Temposmaiores podem ser essenciaisquando da coloração de camadasde anodização dura. Para a con-sistência da cor é essencial tercontroles adequados, tais como,um termostato capaz de mantertemperatura nominal dentro de=/- 1ºC, um “timer” e equipa-mentos automáticos de controlede pH.

Escolha de um CoranteA coloração do alumínio ano-

dizado, para uma consistência dacor e definição dos padrões deperformance, requer cuidadospreliminares de operação. O pri-meiro fator significante é a exi-gência do cliente, devendo-seobservar, também, as proprieda-des de solidez a luz, ao calor, ca-pacidade de uso em processo deimpressão ou coloração. Os for-necedores de corantes, geralmen-te, determinam as condiçõesapropriadas de uso e fornecemamostra de cores, que mostram aprofundidade da cor obtida sobduas ou três concentrações decorantes, junto com os valores depH recomendados para o banho.

Condições de Operação daColoração Orgânica

Influência da Temperatura -Como a coloração orgânica é umfenômeno de absorção, a tempe-ratura afeta significativamente ataxa de coloração. Se a tempera-tura do banho for muito baixa, acoloração será lenta, o que ajuda-

grupamentos que sejam capazesde formar ligações químicas está-veis com óxido de alumínio dacamada anódica. Também, refe-re-se ao fato, verificado por medi-ções químicas reais, em que ataxa de coloração é proporcionala raiz quadrada do tempo deimersão. Se as peças são imersaspor 3 minutos, levará 9 minutospara o dobro da quantidade decorante ser absorvido do que le-vou nos três primeiros minutos.

Em outras palavras, a veloci-dade de coloração é rápida nosprimeiros minutos e torna-asprogressivamente mais lenta como aumento do tempo de imersão.

A combinação de cores é maisfácil com tempos maiores decoloração, especialmente porquepequenas variações de tempera-tura, pH e agitação podem terum efeito desproporcional nataxa de absorção, quando se utili-zam tempos menores. Além dis-so, a formação das ligações quí-micas processa-se vagarosamentee a solidez a luz será significativa-mente reduzida se a coloração forrealizada rapidamente.

Efeito das Impurezas nosbanhos de Coloração Orgânica

Os trabalhos de pesquisa mos-tram que:1) Cloreto de Sódio e o Iodeto

de Potássio não retardam acoloração, embora possamocasionar corrosão galvânica;

2) Todos os Sulfatos são efetivospara retardar a coloração;

3) O Fosfato Tri Sódico tem ummaior efeito retardante doque os Sulfatos;

4) O efeito do Sulfato de Sódioaumenta com o numero degrupos sulfonados no íon docorante.Todos os corantes orgânicos

contem sulfato, normalmente sul-fato de sódio, que é um subpro-duto da operação. Muitos coran-tes contem, também, o mesmocloreto de sódio, que é usado no-vamente na solução salina de co-

loração. Posteriormente, essa im-pureza terá maior contribuiçãona corrosão galvânica na colora-ção. Como o sulfato de sódio estápresente nos banhos de colora-ção, deve-se controlar o pH dobanho, através da correção comsoda caústica ou ácido sulfúricofracos. Pode-se adicionar, tam-bém, ácido acético ou acetato desódio para controlar o pH do ba-nho, lembrando que o ácido acé-tico é volátil, de forma que deveser regularmente adicionado. Oíon acetato pode atacar e dissol-ver a camada anódica, assim, estaprática parece ser pouco vantajo-sa. O alumínio dissolvido na rea-ção de coloração acumula-se nobanho, sendo que alguns coran-tes não são afetados por esse acú-mulo de alumínio, a menos queatinja 500 – 1000 ppm, e possaproduzir uma mudança na cor,tal como uma tonalidade azultornando-se mais avermelhada.

A contaminação do banhocom metais pesados, como ferro,proveniente da ferrugem dos açosou do oxalato férrico de amonea(dourado inorgânico), pode terefeitos deletérios, como mudançade cor ou aceleração do desgastedo corante. Esses banhos decom-põem-se quando expostos à luz,precipitando óxido de ferro.Também, podem criar fungosquando não em uso, sendo, a-conselhável a utilização de fungi-cidas para manter o banho emboas condições de operação.

Condições operacionais daColoração por Absorção

Para muitos trabalhos decora-tivos a concentração do banho eas condições de operação situam-se dentro dos limites abaixo:• Concentração do banho:

0.1 – 10.0 g/l• Temperatura: 60 - 70ºC• pH: 5.0 - 6.0 • Tempo: 5.0 - 15.0 min.

As tonalidades pastéis são pro-duzidas, normalmente, na faixade concentração 0,1 – 0,5 g/l e as

Alumínioanodizado

colorido comcorante

orgânico

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seja adequada. Lavagem prolon-gada não é necessária, visto que osácidos livres difundem-se dacamada e das cavidades em pou-cos minutos quando a lavagem éfeita com agitação. Embora lava-gens neutras com bicarbonato deamônia ou de sódio sejam reco-mendadas, elas podem ocasionaralterações de tonalidade na colo-ração.

Coloração Dourada à Base deOxalato de Ferro Amoniacal

A coloração dourada, produ-zida pela imersão em uma soluçãobaseada no sal de oxalato de ferroanoniacal, pode variar de corescom tonalidades que vão do latãoclaro até um vermelho cobre ala-ranjado.

A solução é normalmente usa-da em concentrações de 5 – 20 g/le temperatura de 30 – 60ºC.Quanto menores forem a concen-tração e a temperatura, mais clara

rá a manutenção da cor, mas,provavelmente, prejudicará a soli-dez a luz. Alta temperatura pro-duz selagem parcial e promovedesarranjo e decomposição docorante. Temperaturas ao redorde 60ºC são ótimas para a maio-ria dos corantes orgânicos. Deve-se observar que o processo deselagem do corante (anilina) sigaas recomendações do fabricante.

Influência do pH - Os efeitosna coloração do valor do pHusado nos testes iniciais podemsofrer alterações durante o pro-cesso. Se uma variação de +/- 0,5no seu valor produz diferençavisível na cor obtida e na faixa de+/- 1,0 mostra uma leve diferen-ça, então o corante não ocasiona-rá grandes problemas.

Operação do Banho - Umimportante pré-requisito parauma boa coloração é que a anodi-zação seja realizada sob estreitascondições de controle e a lavagem

Eng. Adeval Antônio MeneghessoDiretor superintendente da Italtecno do Brasil – Contato com o autor: adeval.meneghesso@italtecno.com.brFax.: (11) 3825-7022

a cor obtida, sendo que temposmaiores de imersão proporciona-rão escurecimento das cores.

Condições de Uso:• Concentração: 5 – 20 g/l• pH: 4,5 - 5,5 • Temperatura: 35 – 50ºC• Tempo: 2 – 15 min

Observações:a) O banho deve ser filtrado con-

tinuamenteb) O tanque deve ser coberto

quando não estiver em usoc) Utilizar estabilizador de pH

(pode ser corrigido com ácidooxálico ou hidróxido de amônia)

d) Aconselha-se utilizar água des-mineralizada •

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