W jakim celu anoduje się aluminium?

Stopy aluminium używane są powszechnie w wielu branżach, od produkcji maszyn po wytwarzanie przedmiotów codziennego użytku. Jego właściwości mogą być jednak dodatkowo udoskonalone za sprawą procesu anodowania. Dzięki niemu można poprawić kluczowe charakterystyki, takie jak wytrzymałość czy estetyka wyrobów. Ilość korzyści, jakie można zyskać, poddając aluminium anodowaniu, jest bardzo duża.

Jakie są podstawowe właściwości aluminium i gdzie się go używa?

Aluminium ma niezwykłe właściwości. Jego najbardziej charakterystyczną cechą jest mała gęstość właściwa, wynosząca 2,7 g/cm3. Przekłada się ona bezpośrednio na niedużą masę. Łączy się też z bardzo dobrym poziomem wytrzymałości mechanicznej. Pozwala on na użycie tego metalu we wszelkiego rodzaju konstrukcjach, gdzie wymagana jest lekkość i zdolność do przenoszenia większych obciążeń. Aluminium także wykazuje podwyższoną odporność na korozję, osiągana samoistnie. Następuje za sprawą tworzenia się na powierzchni cienkiej, liczącej zaledwie kilka nanometrów warstwy tlenku. Blokuje ona przenikanie tlenu do niżej położonych obszarów, zapobiegając niszczeniu materiału. Istotne jest też dobre przewodnictwo elektryczne oraz cieplne – zauważa przedstawiciel firmy Anodal, specjalizującej się w anodowaniu aluminium oraz obróbce mechanicznej aluminium i stali.

Aluminium stosuje się w wielu branżach. Duża część produkcji jest wykorzystywana przez przemysł motoryzacyjny. Aluminium służy tu zarówno do produkcji elementów nadwozia, jak i części mechanicznych np. głowic i bloków silników, podzespołów pomp czy osprzętu. Z aluminium wykonuje się chłodnice, także używane w układzie klimatyzacji czy do chłodzenia powietrza dolotowego. Aluminium jest wykorzystywane w lotnictwie oraz w przemyśle stoczniowym. Aluminium sprawdza się w budownictwie. Z aluminium powstają lekkie i trwałe ramy przeszkleń oraz wsporniki konstrukcji, a także elementy wykończenia wnętrz. Jednym z zastosowań jest też izolacja budynków. Aluminium jest nieodzowne w branży przetwórstwa żywności, przemyśle chemicznym, farmaceutycznym i kosmetycznym oraz w elektronice. Powszechnie używa się go do produkcji opakowań.

Charakterystykę czystego aluminium można znacznie poprawić, tworząc z niego rozmaite stopy. Powstają one przez dodanie innych pierwiastków. Obecność takich składników pozwala na poprawę cech wytrzymałościowych: twardości, odporności mechanicznej i termicznej. Właściwości stopów aluminium mogą być ulepszane również przez prowadzenie obróbki chemicznej, termiczno-chemicznej lub elektrochemicznej. Aluminium poddawane jest m.in. procesom przesycania i starzenia lub wytworzenia odpowiedniej powłoki tlenkowej.

Jak zachodzi proces anodowania aluminium?

Powłoki tlenkowe wytwarzane sztucznie to nic innego jak wywołanie zjawiska korozji aluminium. Zachodzi on jednak w ściśle kontrolowanym środowisku. Celem jest powstanie warstwy, która nie dopuści do wnikania tlenu do struktury metalu oraz da dodatkowe właściwości ochronne i użytkowe. Wśród podstawowych technologii zabezpieczania jest utlenianie elektrolityczne nazywane anodowaniem aluminium albo oksydacją. Dzięki metodzie elektrolizy umożliwiają one wywołanie korozji przy użyciu przepływającego prądu oraz elektrolitu o odpowiednim składzie.

Powłoki tworzące się podczas procesu anodowania mają wysoką porowatość. Dzieje się tak, gdyż równolegle z procesem utleniania zachodzi rozpuszczanie się powstających tlenków w elektrolicie. Zarówno grubość warstwy, jak i liczba porów powstających w tworzonej powłoce zależą od gęstości używanego prądu oraz rodzaju elektrolitu. Możliwe jest anodowanie stałoprądowe, stałonapięciowe, a także prądem zmiennym czy połączeniem prądu zmiennego i stałego oraz anodowanie impulsowe. Zazwyczaj stosowana jest metoda stałoprądowa. Przy powłokach, które mają wykazywać większą elastyczność, korzysta się jednak z metody zmiennoprądowej. Najlepszą jakość powłoki daje na ogół metoda impulsowa. Równie ważny, co rodzaj napięcia jest używany elektrolit. Do najpopularniejszych należy roztwór kwasu siarkowego, a także np. kwas szczawiowy. Możliwe jest też używanie kwasu fosforowego lub chromowego.

Porowatość powstałych powłok może wpływać zarówno na ich trwałość, jak i walory użytkowe. Z tego powodu są stosowane dodatkowe zabiegi mające na celu ich uszczelnienie. Mogą one polegać na poddawaniu elementów kąpieli w podgrzanej do wysokiej temperatury wodzie destylowanej albo roztworze dichromianu (VI) sodu lub potasu.

Jakie efekty daje powłoka tlenkowa wytworzona na aluminium?

Jeśli w środowisku, w którym będzie używany metal, znajdują się zanieczyszczenia zawierające siarkę lub chlor, to skuteczność naturalnej warstwy pasywacyjnej okaże się ograniczona. Powłoka jest również narażona na uszkodzenie w obecności kwasów. Zupełnie inaczej zachowują się dużo grubsze warstwy wykonywane dzięki anodowaniu. W takim przypadku ochrona antykorozyjna jest o wiele lepsza.

Procesy oksydowania aluminium poprawiają jego twardość powierzchniową. Dobre rezultaty zapewnia stosowanie tzw. anodowania twardego. Zwiększanie twardości sprawia, że możliwe jest wykorzystywanie aluminium w obszarach wiążących się z wysokimi obciążeniami mechanicznymi m.in. w cylindrach pneumatycznych, tłokach, silnikach bądź pompach.

Ważną zaletą powłok wytwarzanych za sprawą oksydacji jest ich znakomite przyleganie do powierzchni metalu. Warstwa pasywacyjna nie ulega odspojeniu nawet przy działaniu dużych sił. Uszczelniona powierzchnia metalu oznacza też znacznie mniejszą podatność na wchłanianie zanieczyszczeń. Sprawdza się więc tam, gdzie wymaga się podwyższonego poziomu czystości. Ważną właściwością powierzchni anodowanych jest ich odporność na przebicia elektryczne. Jest to wykorzystywane m.in. przy produkcji kondensatorów. W przypadku wielu przedmiotów codziennego użytku anodowanie aluminium ma walor dekoracyjny. Dzięki temu powierzchnia metalu zyskuje odpowiedni kolor bez konieczności dodatkowego malowania czy lakierowania.