Introduktion till anodisering av aluminium

Dr. Anne Deacon Juhl AluConsult och AnodizingSchool

Varför och hur man förbättrar slutprodukten

Aluminiumtillverkare är inte alltid nöjda med ytkvaliteten på de anodiserade profil- och plåtprodukter som kommer tillbaka från sina legoanodiserare. Dessa produkter kan ha fått fläckiga ytor, färgvariationer eller frätgropar, vilket orsakar reklamation, högre kostnader och framför allt frustrationer. Därför är det viktigt att aluminiumverken förstår grunderna i anodiseringsprocessen för att effektivt kunna kommunicera med sina underleverantörer, anodiserarna. Denna artikelserie ger en presentation av hela anodiseringsprocessen, omfattande vilka egenskaper som är möjliga att uppnå, vilka processteg som är viktiga för en specifik produkt och hur ett aluminiumföretag ska kunna komma överens med sina anodiserande företag om processpecifikationer för att garantera ett korrekt slutresultat varje gång.

Anodisering är en elektrokemisk process där det naturliga oxidskiktet på aluminiumytan växer till i tjocklek. Genom att öka oxidtjockleken från nanometer till mikrometer, kan anodisering ändra aluminiumprodukternas egenskaper, vilket resulterar i bättre korrosionsbeständighet, ökade infärgningsmöjligheter och ett jämnt utseende. Genom att påverka egenskaperna blir anodiseringen mer mångsidig för andra användningar, t.ex en anodiserad benprotes som inte repas när man klättrar i berg och inte skadas av ett dopp i havet.

Det finns flera anodiseringstyper: • Kromsyraanodisering (Typ I) • Svavelsyraanodisering (Typ II) • Hårdanodisering (Typ III)

I denna artikelserie kommer vi att fokusera på svavelsyraanodisering (SAA), även kallad typ II-anodisering, eftersom det är den vanligaste metoden omfattande 70 % av alla anodiserade produkter.

Figur 1. Processteg för anodisering enligt Typ II.

Fördelar med anodisering typ II

Anodisering ger ett flertal fördelar för aluminium och ökar produktens kvalitet och mångsidighet såsom förbättrad livslängd, förstklassigt utseende och ökad hållbarhet.

Livslängd: Det förtjockade oxidskiktet är nästan lika hårt som diamant, vilket skyddar den relativt mjuka underliggande metallen. Eftersom anodiseringsskiktet i huvudsak är en omvandling av aluminiummetallen till en aluminiumoxid, skapar den en stark kemisk bindning till metallen. Därför är det mindre troligt att ytskiktet ger flisor eller flagnar av. Vid korrekt bearbetning kommer de flesta av färgerna som ingår i det porösa skiktet att ha en hög nivå av UV- och väderbeständighet.

Estetik: Det anodiserade skiktet anses vanligtvis ge ett attraktivt utseende. Den anodiserade ytan är i sig självt transparent eller ”glasliknande”, vilket ger produkten en högkvalitativ yta, utan att infärgning behövs. Men ett dekorativt urval färger kan också tillföras den anodiserade ytan. Detta är möjligt eftersom ytan är porös, vilket gör att färgämnen kan avsättas i porerna och skapa en attraktiv, långvarig kulör. En annan fördel med anodisering är det metalliska utseendet, som framhäver själva aluminiummetallen. Jämförelsevis kan en målad yta ge ett mer plastliknande utseende.

Hållbarhet: Anodisering är den mest miljövänliga ytbehandlingsmetoden – särskilt när svavelsyraanodisering och färgämnen utan krom används. Genom att skydda aluminiumytan och förhindra korrosion ökar anodisering produktens livslängd, vilket minskar livscykelkostnaderna. Vidare kan anodiserade produkter återvinnas direkt, till skillnad från målade, vilka måste genomgå en förbehandlingsprocess för att ta bort färg och skadliga kemikalier.

Figur 2. Den övre bilden visar en mycket fin kornstruktur och den nedre en mycket grov sådan - båda återfinns på samma aluminiumdel av legering SS-EN AW 6061.

Figur 3. Det bockade armstödet från en aluminiumstol med kornig struktur i den anodiserade ytan.

Anodiseringsprocessen

Anodiseringsprocessen består av flera steg och delas in i tre faser: förbehandling, anodisering och efterbehandling. Den vanligaste metoden för anodisering, typ II visas i figur 1. Observera att infärgningssteget inte är nödvändigt att utföra.

Fas 1 – Förbehandling:

För att förbereda aluminiumytan för anodisering måste metallen rengöras. Den vanligaste metoden innehåller tre steg - avfettning, etsning samt borttagande av betrester (desmutting). Avfettning innebär att ta bort eventuella rester från ytan som har orsakats av beröring och bearbetning av materialet. För absolut bästa kvalitet bör anodiseraren utföra ett vätbarhetstest (en oförstörande metod för att mäta ytrenhet).

Etsning innebär att tillverkningsdefekter och andra ytfel avlägsnas från profil- eller profilytan. Den vanligaste etsningsmetoden är alkalisk. Efter detta steg blir ytan slät och får ett jämnt utseende. Under etsningsprocessen kommer en del legeringar att ge en svart smutsrest på ytan. Därför är det sista steget i förbehandlingen desmutting, vilket tar bort smutsrester och förbereder aluminiumytan för den sura anodiseringslösningen.

Fas 2 – Anodisering:

Vid anodisering enligt typ II sänks aluminiumdelen ned i en tank med elektrolyt bestående av svavelsyra och vatten. I badet bygger en elektrisk ström upp den anodiska oxidfilmen på aluminiumytan och bildar ett tjockare nytt oxidskikt med en porös struktur. Det som händer i anodiseringsbadet påverkar egenskaperna hos slutprodukten.

Därför, för att säkerställa att de anodiserade delarna uppfyller produktkraven, är det viktigt att diskutera de önskade egenskaperna med anodiseraren och skapa specifikationer för produkten. I en senare artikel kommer vi att diskutera förändringar som kan göras under anodiseringssteget för att påverka egenskaperna hos aluminium för att matcha dessa specifikationer.

Fas 3 – Efterbehandling:

I detta skede av anodiseringsprocessen har aluminiumytan en porös oxidstruktur. Den poriga strukturen kan jämföras med en svamp som absorberar olika material för att förändra ytegenskaperna. Till exempel kan den porösa ytan fyllas med limpartiklar för att göra den klibbig. Likaså kan färgämnen tillsättas för att ändra det visuella utseendet. Slutligen eftertätas aluminiumytan, vilket tillsluter alla porer i den porösa strukturen för att skapa det bästa skyddet av slutbeläggningen.

Ett viktigt och undervärderat processteg är sköljningen. Detta bör göras upprepade gånger under hela anodiseringsprocessen för att säkerställa en återkommande ren yta och därmed ett felfritt anodiseringsresultat för aluminiumprodukten.

Mikrostrukturens påverkan på anodiseringen

Förutom själva anodiseringsprocessen har den valda aluminiumlegeringen ett stort inflytande på resultatet för den anodiserade ytan. Eftersom oxidskiktet är genomskinligt, är det man ser på ytan före anodiseringen vad man kommer att se efter anodiseringen. Det är därför viktigt att förstå hur legeringen kan påverka slutresultatet av anodiseringsprocessen.

För att undvika ett varierande utseende bör aluminiumytan kontrolleras med en konduktivitetsmätare eller genom mikroskopi. Till exempel visar figur 2 strukturbilder av en aluminiumkomponent gjord av SS-EN AW 6061. Även om båda bilderna är tagna från samma del är mikrostrukturen i var och en olika - vilket i slutändan kommer att resultera i olika utseende på den anodiserade aluminiumytan.

Tänk på att mikrostrukturen kan variera inte bara från del till del, utan även inom samma aluminiumprodukt. Detta kan orsakas av bearbetning eller svetsning av delarna, vilket kan medföra att olika kornstrukturer uppstår i samma aluminiumdel. Med andra ord, var medveten om den metallurgiska historien hos dina aluminiumdelar och hur detta påverkar anodiseringsprocessen och ytfinishen.

Låt mig visa ett exempel ur verkligheten: År 2014 ville designföretaget Vitra lansera stolen Landi (designad 1938 av Hans Coray). Den klassiska stolen skulle gå till historien som en av de första utomhusstolarna i helaluminium. Vitra hade dock svårigheter med att uppnå högsta kvalitet och den estetiska standard som deras design är känd för. Specifikt orsakade det bockade armstödet stor huvudvärk (Figur 3) för teamet, eftersom det uppvisade en synligt kornig struktur på aluminiumytan.

Vitra hade nästan gett upp hoppet om Landi-stolen när de fick kontakt med mitt företag AluConsult. Efter tre månaders testning och analys av stolsdelen, följt av ytterligare analys på plats, kunde Vitra och jag fastställa att problemet låg i mikrostrukturen hos stolens armstöd. Med denna kunskap kunde anodiseraren ändra förbehandlingssteget för att uppfylla kraven för just denna aluminiumlegering. Därmed kunde man uppnå den högkvalitativa yta som krävdes för stolen.

Slutsatser

Det är viktigt att aluminiumproducenter och slutanvändare förbättrar och upprätthåller kommunikationen med sina anodiserare för att kunna uppnå den ytfinish de önskar. För det första, bestäm vilka egenskaper man önskar få ut av ytan (utseende, motstånd, mångsidighet, etc). För det andra, bestäm de övergripande egenskaperna som aluminiumdelarna måste ha (hållfasthet, bearbetbarhet, svetsbarhet, etc). Berätta för din anodiserare om dessa önskemål och kom överens om processpecifikationer och hur man säkerställer de exakta resultaten. Med andra ord tänk på ytegenskaperna först och produktens egenskaper därefter. I kommande artiklar ska vi gå på djupet om hur man uppnår allt detta genom att ge mer information om vart och ett av processtegen.

DR ANNE DEACON JUHL

Dr Anne Deacon Juhl har över 25 års erfarenhet av anodiseringsbranschen. Som chef för AluConsult och AnodizingSchool har hon arbetat med över 200 anodiserings- och aluminiumföretag, inklusive Hydro, Terma och Öhlins. Hon bjuds regelbundet in för att tala vid stora aluminiumkonferenser och tillhandahåller utbildningstjänster genom webbseminarier, e-kurser och andra internetutbildningar. Den här artikeln har tidigare varit publicerade i Light Metal Age Läs mer på: www.anodizingschool.com.