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Principi generali
Uno dei metodi più efficaci per la colorazione dell'alluminio è, oltre alla pigmentazione organica, il metodo dell'elettrocolorazione. Il manufatto anodizzato viene immerso in una soluzione acida contenente sali metallici, e sottoposto ad una corrente alternata; condizione in cui si formano dei depositi metallici sotto forma di ossidi nella struttura porosa del film ossidato, producendo il colore caratteristico del sale metallico usato. Le colorazioni vanno da sfumature di giallo-bronzo-oro (manganese, nickel, cobalto e stagno), a verde (cromo), nero (piombo), marrone (zinco e cadmio) e, più raramente, rosso (selenio).
L'ossido pigmentante, contrariamente a quanto avviene nella colorazione organica, si deposita a partire dalla base dei pori, raggiungendo altezze tipicamente di 2-10mm nello strato anodizzato. La quota raggiunta nei singoli pori dipende in particolar modo dalla densità di difetti presenti nel Barrier Layer; la quantità di metallo depositato è molto bassa, da 5 a 20 mg/dm2, ciò avviene durante la fase catodica del ciclo, e non entra in diretto contatto con l'alluminio in quanto non riesce ad oltrepassare il Barrier Layer.
Elettrolocorazione con stagnoÂ
Il processo opera a temperatura ambiente con una soluzione elettrolitica composta da 8-10g/l di solfato di stagno e 16-22g/l di acido solforico, a pH 1; la soluzione viene stabilizzata con l'uso di agenti fenolici proprietari. La colorazione avviene a voltaggio costante per tempi differenti, con colori ottenuti che vanno dal bronzo chiaro (10 secondi) al nero (15 minuti). Nella successione degli eventi di colorazione è importante controllare continuamente il grado di contaminazione della soluzione per evitare effetti indesiderati di variazione cromatica. In particolare concentrazioni superiori a 0.2-0.3g/l di nitrati riducono drasticamente l'efficienza della colorazione. La conduzione industriale di questo processo è più facile rispetto ad altri, purché sia molto controllata la reazione elettrochimica di trasformazione del solfato stannoso a solfato stannico, con conseguente perdita di colorazione.
Elettrolocorazione con nickelÂ
La colorazione con solfato di nickel, acido borico e solfato d'ammonio viene utilizzata per la produzione di manufatti di colore bronzeo, ottenuti a pH acido (circa 4). Il processo impiega un voltaggio di circa 18V e densità di corrente non elevate, da 0.1 a 0.5 A/dm2 di corrente alternata. Uno dei principali svantaggi di questo metodo è la difficoltà di produzione di colori molto scuri, a causa della solubilità dell'ossido anodico pigmentato nella soluzione elettrolitica. Nonostante questo il processo a base di nickel è abbastanza diffuso, grazie alla relativa economicità dell'elettrolita usato.
Elettrolocorazione con cobalto
Questo processo produce una pigmentazione molto simile a quella prodotta con il nickel, ma con una facilità di conduzione molto più alta. Infatti la soluzione è molto meno sensibile alla contaminazione con sodio e alluminio, inoltre il range di colori ottenibile comprende anche colori molto scuri e un altro vantaggio è dato dall'altissima stabilità della soluzione elettrolitica, che rimane utilizzabile anche per qualche anno. La soluzione è composta da 80g/l di solfato di cobalto idratato, 40g/l di solfato di nickel idratato e di acido borico, con piccole aggiunte di solfato di Rame; il processo avviene a temperatura ambiente. Il voltaggio applicato è generalmente di 15V, e produce colorazioni bronzee (2 o più minuti) o nere (fino a 15 minuti). Il principale svantaggio di questo processo consiste nell'alto costo dei sali di cobalto, parzialmente mitigato dal lungo tempo di efficienza della soluzione.
Colorazione per interferenza
All'inizio degli anni ottanta la colorazione elettrolitica ha avuto un importante sviluppo con la messa a punto del processo di colorazione per interferenza ottica. Questo effetto si può manifestare solo se la struttura colonnare dei pori presenta una morfologia particolare, che viene ottenuta tramite una post-anodizzazione in una particolare soluzione di acido fosforico. I pori diventano leggermente più larghi in tutta la loro lunghezza, specialmente alla base. In questo modo, data l'ampia base dei pori, un successivo trattamento di colorazione elettrolitica produce dei depositi di spessore molto sottile. L'effetto di questo deposito sulla luce incidente è quello di produrre interferenza ottica tra la superficie del deposito e la superficie dell'alluminio sottostante, purché queste due superfici siano separate da distanze paragonabili con la lunghezza d'onda della luce incidente. La modalità con cui i fasci luminosi riflessi dalle superfici superiore e inferiore si ricombinano determina se l'interferenza è di tipo distruttivo o costruttivo. Perciò all'aumentare dell'altezza del deposito la colorazione varia dal blu al rosso, con tonalità molto accese e brillanti.
L'elettrolita di colorazione, il metallo depositato e le condizioni di processo non sono fattori determinanti nel processo in quanto il risultato finale è molto influenzato dalla struttura generata alla base dei pori. Infatti, se l'incremento di diametro è molto piccolo non si nota l'effetto di interferenza, mentre se le dimensioni dei pori aumentano eccessivamente, si ha tendenza alla fusione dei vari pori con conseguente rottura del film anodico. I migliori risultati si ottengono quando l'anodizzazione e la colorazione avvengono contemporaneamente. In appropriate condizioni, la crescita dell'ossido avviene al di sotto del metallo appena depositato, perciò il gap tra le due superfici riflettenti si trova più vicino alla superficie esterna dell'ossido. La colorazione viene così ottenuta in modo più diretto, e il risultato finale è un colore vivace, senza le tonalità bronzee che si ottengono talvolta con le due operazioni separate.Â
Fonte testo
www.ing.unitn.it/~colombo/Anodizzazione/indice.htm
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