Anodizzazione

Principi generali
L'anodizzazione consiste nel creare
sulla superficie dell'alluminio uno strato ossido naturale o colorato grazie a
un processo elettrolitico che garantisce risultati globalmente superiori a
quelli ottenuti con altri processi protettivi per qualità di finitura,
range di applicazioni e protezione alla corrosione. La natura porosa dei
film di ossidi permette anche la produzione di ricoprimenti colorati tramite la
deposizione di pigmenti organici e metallici e di ottenere effetti particolari
come l'anodizzazione a effetto dicroico (cambiamento di colore in funzione
dell'angolo di incidenza della luce). Quando una corrente elettrica è fatta
circolare attraverso una cella elettrolitica nella quale l'alluminio funge da
anodo, gli anioni migrano verso l'anodo, al quale cedono le cariche elettriche
che trasportano, e si depositano su di esso. In soluzione acquosa gli anioni
sono costituiti in gran parte da ossigeno, il quale si combina con l'alluminio.
Il processo più comune opera con acido solforico al 15%, 12 A/ft²,
18-24V, alla temperatura di 20°C per 10-60 minuti.

Tipologie di processi di anodizzazione
Tra gli
innumerevoli elettroliti riportati in letteratura, solo pochi sono di importanza
industriale quali i processi con acido cromico, solforico od ossalico. Il primo ad essere introdotto è stato il
processo con acido cromico, introdotto da Bengough e Stuart nel 1923 per la
protezione del Duralluminio usato
negli idrovolanti. Si tratta di un processo piuttosto complesso, ma una
modificazione americana che, comportando l'uso di un voltaggio costante, ne
facilita la conduzione industriale del processo. Il processo ad acido ossalico è
stato sviluppato in Giappone e utilizzato per due decenni anche in Germania
e modificato in Svizzera prevede per ottenere un aspetto superficiale
non metallico, ma più simile ad una porcellana. Il processo più comune è
comunque quello che utilizza acido solforico, presentato nel 1927 da Gower e
O'Brien, che oggi viene impiegato con molte varianti e accorgimenti
diversi.

Vedi la tabella relativa ai principali parametri di processo
nell'anodizzazione

Va inoltre menzionato il processo per la produzione di film più spessi,
chiamato Hard Anodizing, condotto a
bassa temperatura in acido solforico al 7%, con un voltaggio applicato di 120 V
e una corrente circolante che varia dai 2 ai 5 A/dm2. Il trattamento viene
prolungato nel tempo, fino anche a 3 o 4 ore, per permettere al film di
raggiungere spessori dell'ordine dei 250 mm.

Composizione dell'ossido anodico
Generalmente lo strato
di ricoprimento è composto di ossido di alluminio, stratificato su due
livelli: una zona porosa esterna, che cresce su di uno strato profondo,
molto più sottile, denso e dielettricamente compatto, chiamato strato barriera
(Barrier Layer).
Quest'ultimo ha uno spessore che raggiunge il 2% dello
spessore dell'intero strato, la sua natura è la stessa dell'ossido
naturale e durante il processo di anodizzazione è la parte che si
forma per prima. Il tasso di crescita del barrier layer è molto veloce nei primi
cinque secondi di trattamento, in seguito il tasso di dissoluzione eguaglia
quello di formazione e perciò lo spessore rimane costante. La superficie dello
strato a contatto con l'elettrolita è tuttavia in costante modificazione, nel
tentativo di raggiungere uno stato di equilibrio piu' stabile possibile.
Lo
strato esterno presenta caratteristiche completamente diverse: ha una struttura
microporosa, a crescita colonnare, risultante, da disomogeneità del campo
elettrico che si possono generare sulla superficie dello strato barriera.

Porosità
Come lo spessore, anche la porosità del
ricoprimento varia con la velocità di dissoluzione e di crescita del film, che a
loro volta dipendono dalle condizioni operative e dall'elettrolita, tra
queste il fattore più importante è il pH della soluzione. Infatti, mentre una soluzione
con acido fosforico (pH acido) produce uno strato molto spesso e poroso, una
soluzione contenente fosfati genera uno strato compatto e molto sottile. Il
massimo diametro dei pori si ottiene industrialmente con un'elettrolita a base
di acido fosforico, condizione superficiale ottimale per successivi trattamenti
di elettrodeposizione. Pori via via più piccoli si ottengono con acido ossalico
e solforico, mentre l'acido cromico produce pori molto piccoli e dispersi. I
pori si trovano al centro di una struttura planare a celle esagonali, con base
di forma quasi semisferica sullo strato barriera, create dalla crescita in
direzione radiale delle pareti dei pori stessi. Inizialmente, infatti, queste
celle si formano in singole file lungo i bordi grano, lungo i quali lo strato
barriera offre meno resistenza al passaggio della corrente. Le dimensioni delle
celle sono di particolare importanza nel determinare la porosità e altre
caratteristiche del rivestimento anodico. In generale, all'aumentare del
voltaggio applicato, la dimensione delle celle aumenta e perciò il numero di
pori diminuisce.
Nello sviluppo dell'ossido anodico i pori crescono in
dimensioni: il diametro delle celle e dei pori rimane proporzionale al
voltaggio, mentre le caratteristiche della base delle celle sono legate
all'equilibrio che si instaura tra la crescita per deposizione e la
dissoluzione, che può anche essere accelerata da fenomeni di riscaldamento
locale.

Fonte testo
www.ing.unitn.it/~colombo/Anodizzazione/indice.htm