Vikten av förbehandling vid anodisering

Vikten av förbehandling vid anodisering

Dr. Anne Deacon Juhl AluConsult och AnodizingSchool

Tillverkare av aluminiumprodukter är inte alltid nöjda med ytkvaliteten på de anodiserade profil- och plåtprodukter som sänds tillbaka till dem från en anodiserare. De anodiserade produkterna kan vara fläckiga, ha färgvariationer eller korrosionsgropar, vilket orsakar reklamationer, ökade kostnader och frustration. Därför är det viktigt att aluminiumprodukttillverkare förstår grunderna i anodiseringsprocessen för att kunna kommunicera effektivt med sina anodiserare. Denna artikelserie kommer att ge en introduktion till den övergripande anodiseringsprocessen, inklusive vilka egenskaper som är möjliga, vilka som är rätt för en specifik produkt, och hur ett aluminiumföretag kan komma överens med sin anodiserare om specifikationer för att garantera ett riktigt resultat varje gång.

Förbehandlingen vid anodiseringsprocessen har en mycket stor inverkan på den slutliga ytfinishen. Även om förbehandlingen vanligtvis följer standarder för rengöring, etsning och borttagande av betrester, så kan flera variabler i processen ändras, vilket ger olika slutresultat. Till exempel kan en arkitektonisk applikation kräva lång etsningstid för att ge ett matt utseende. Vi ska här diskutera de många alternativ och fallgropar som förbehandlingsprocessen har och ge praktiska råd på vad man ska fråga sin anodiserare om för att uppnå ett bättre resultat och minska felen.

Rengöring

Rengöring eller avfettning är det första kemiska processteget. Den tar bort smuts, fett, olja, smörjmedel och andra organiska ytföroreningar. Ett problem i detta steg är att rengöringsmedlen oftast är lätt aggressiva. Därför måste dessa innehålla inhibitorer för att skydda aluminiumet från att lösas upp i baden. En inhibitor dämpar hastigheten eller till och med stoppar den kemiska processen. Det är därför viktigt att fråga anodiseraren vilka rengöringsmedel och typ av inhibitorer de använder eftersom innehållet i olika lösningar leder till variationer i det slutliga ytutseendet.

Rengöringsmedel omfattar allt från milda alkaliska och sura lösningar till biokemiska produkter för biologisk nedbrytning av oljor och smörjmedel. Ibland är kundanpassade avfettningsprodukter nödvändiga för att ta bort olja och fett under förbehandlingssteget, vilka annars är omöjliga att eliminera med konventionella rengöringsprodukter. Därför bör man ha en dialog med anodiseraren om de produkter som används i förbehandlingen.

Efter rengöringen bör ett vätbarhetstest utföras för att verifiera ytans renhet. För detta ändamål sänks aluminiumdelen ned i ett sköljbad i rent vatten. När delen lyfts upp ur badet ska det finnas en kontinuerlig vattenfilm på ytan under minst 30 sekunder. Vattenpärlor på ytan indikerar att någon del av ytan har en annan ytspänning, vilket ofta beror på kvarvarande föroreningar på ytan. Detta test är enkelt att utföra och bör användas för varje charge. Dessutom bör vätbarhetstestet vara en del av specifikationen och dokumentationen som tillhandahålls av anodiseraren. Aluminiumdelarna får inte gå vidare i processen innan detta test ger ett godkänt resultat.

Etsning

Etsningssteget används av två skäl. För det första tar etsningen bort det naturligt bildade oxidskiktet och ytdefekterna från tidigare produktionssteg, såsom repor och presslinjer. Det kan ibland vara nödvändigt att ta bort upp till några mikrometer aluminium för att jämna ut ytfel.

För det andra kan etsningen genom rätt val av parametrar för tid, temperatur och badsammansättningar bilda en ny aluminiumyta med ett specifikt utseende. Resultatet av detta processteg blir en homogen yta med en helt jämn och förutbestämd ytfinish.

I stället för att försöka dölja mikrostrukturen eller utradera den, kan etsningsprocessen i kombination med värmebehandling användas för att ge ytan en distinkt visuell struktur, se fig 1. Värmebehandlingen kan dock påverka andra egenskaper, varför denna bör utföras försiktigt.

Den vanligaste etsmetoden är alkalisk betning, men det finns även sura lösningar. Beroende på typen av etsmedel uppför sig de viktigaste legeringsämnena för aluminium olika. Till exempel ger legeringar som innehåller koppar och kisel en mycket mörkare beläggning än andra legeringstyper. Dessutom växer det naturliga oxidskiktet upp till 10 gånger i tjocklek när aluminiumlegeringar värmebehandlas. Dessa oxidskikt är svårare att ta bort vid etsningen än de som bildats i luft, speciellt om det huvudsakliga legeringsämnet är magnesium, vilket det är i aluminiums 5000- och 6000-serie. Nyare typer av sura etsmedel, liksom avoxidering före etsning, kan ta bort denna film. Därför är det viktigt att diskutera med anodiseraren om de produktionssteg som har utförts före anodiseringssteget.

Sur etsning skapar matta ytor och används mest i arkitektoniska tillämpningar. Sura etsmedel tar bort mindre mängd aluminium än alkaliska, upp till 10 gånger mindre. Genom lägre aluminiumupplösning kommer mindre mängd slam in i avfallsbehandlingssystemet, vilket leder till en grönare och mer miljövänlig anodiseringsprocess. Eftersom syraetsning ger ett mattare utseende än alkalisk etsning är det viktigt att specificera vilken etstyp anodiseraren ska använda.

Fig 2. Identiska aluminiumprofiler etsade med en alkalisk lösning (över) och en sur lösning (under).

Fig 2 visar två identiska aluminiumprofiler etsade med en alkalisk (överst) och en sur lösning (underst). Skillnaden i utseende är tydlig: presslinjerna kan avlägsnas med syraetsningen, men inte med den alkaliska. Den syraetsade ytan uppvisar en jämn och matt finish som effektivt döljer presslinjer och repor – ytans glans blir mycket låg.

Syraetsningen tar inte bort mer aluminium, utan fungerar genom att reagera olika med aluminiummatrisen och de intermetalliska faserna. Det är en mycket reproducerbar process som ökar produktiviteten eftersom etsningstiden blir upp till 70 procent snabbare än för den alkaliska processen. Men en kort doppning i en alkalisk etslösning efter syraetsningen är ibland nödvändig för att få ett mer enhetligt alkaliskt etsmönster. Den viktiga delen här är återigen att prata med anodiseraren och komma överens om de rätta etsningsspecifikationerna. Detta innefattar mätning med glansmätare för att erhålla ett specifikt glansvärde (Gloss Units, GU). Därmed kan man verifiera samma glansnivå charge efter charge.

Fig 3. Anodiserat aluminium med en mönstrad yta inspirerad av textilarbeten av Bess Kristoffersen (www.besskristoffersen.dk).

Desmutting/ avoxidering

Vid alkalisk etsning är det nödvändigt att ta bort ytföroreningar som är olösliga eller reagerar annorlunda i den alkaliska lösningen. Många av de intermetalliska faserna och andra oxider än aluminiumoxiden kommer att vara mer eller mindre reaktiva i den alkaliska lösningen – och som lämnar en gråaktig beläggningsrest (smuts) på aluminiumytan efter den alkaliska etsningen. Resterna måste tas bort genom desmutting eftersom de tenderar att bli tjockare och mörkare på höglegerat aluminium, särskilt på 2000-seriens kopparbaserade aluminiumlegeringar. Därför är det viktigt för anodiseraren att veta exakt vilken legering man ska arbeta med. En anodiseringsspecifikation bör alltid innehålla en tabell som beskriver mängd och typ av legeringsämnen och legeringens tillstånd. Att känna till den specifika mikrostrukturen kommer att hjälpa anodiseraren att uppnå ett mer jämnt visuellt utseende.

Desmuttingsteget sker i en 10-50 procentig salpetersyralösning vid rumstemperatur. Detta kommer att ta bort de flesta beläggningsresterna inklusive smutsen med hög kopparhalt. För att ta bort smuts från aluminiumgjutlegeringar, som till stor del är legerade med kisel, är det nödvändigt att tillsätta fluorid till salpetersyralösningen. För att komma närmare en anodiseringslinje med nollutsläpp har nya blandningar med återvunnen svavelsyra från anodiseringsprocessen funnits på marknaden i 10 år eller mer. Dessa lösningar kommer också att hjälpa när regionala bestämmelser begränsar användningen av nitrater i salpetersyran. Detta är något som profilverk bör diskutera med sina anodiserare om de ska kunna skapa mer hållbara ytlösningar för sina produkter.

Ibland kan desmutting med salpetersyra inte ta bort den tjocka oxidsmutsen som bildats på värmebehandlat aluminium. I så fall är en avoxiderande lösning nödvändig. Dessa lösningar innehåller ofta fosforsyra, kromsyra och fluorider. Det uppstår ibland en förvirring mellan de två stegen. Den betydande skillnaden är att avoxideringen kommer att desmutta, medan desmutten inte kommer att kunna avoxidera.

Detta avsmuttnings- eller avoxideringssteg är också en kritisk del av förbehandlingen och bör inkluderas i anodiseringsspecifikationen som ett sista steg, vilket måste tas innan aluminiumchargen flyttas över i anodiseringsbadet.

Slutsats

Att förstå förbehandlingsprocessen underlättar överenskommelsen med anodiseraren då den visar vilka specifikationer som behövs för att uppnå önskat anodiseringsresultat. Därför är det viktigt att förstå grunderna i anodiseringsprocessen och de olika specifikationer som kan ställas upp.

En praktisk och mycket behändig guide för att prata om specifikationer för ytans utseende med anodiseraren är beteckningssystemet för ytbehandling som finns i SS-EN ISO 7599:2018, ”Anodisering av aluminium och aluminiumlegeringar - Allmänna specifikationer för anodiserade beläggningar på aluminium” (ISO 7599:2018).

Till exempel utgör E6 den vanliga typen av förbehandling för byggindustrin att användas när profil och plåt avfettas och etsas till ett visst matt och jämnt utseende. Å andra sidan är E7 typen för att ge ytor en mycket ljus finish genom kemiska eller elektrokemiska glänsningsprocesser. Denna E7-process är inte obligatorisk, men ändå ett av de mest populära förbehandlingsstegen för att glänsa aluminiumytan.

Ytan kan även göras ljusare genom mekanisk behandling, vilket ofta används för att ta bort eventuella ojämnheter som införts i tidigare produktionssteg. E7 är dock specifik för de kemiska processerna, antingen genom kemisk polering, även kallad glansbetning, och elektrolytisk polering, där en elektrisk ström används för att reglera glänsningsreaktionen. Fördelarna med dessa våta processer är möjligheten att ha dem i anodiseringslinjen, förmågan att hantera fler delar, och möjligheten att uppnå en överlägsen reflektivitet.

Slutligen, genom att känna till mångfalden av parametrar och processer kan aluminiumproducenter experimentera med dem och därigenom hitta ytegenskaper och ytutseenden som skiljer den egen produkten från konkurrenternas. Fig 3 visar hur kreativ man kan bli i design av en aluminiumyta. Här skapade den danska designern Bess Kristoffersen i samarbete med Bang & Olufsen en unik anodiserad yta inspirerad av hennes textilarbete.