Alcune proprieta' dell'ossido anodico

Uno speciale processo elettrolitico permette di creare, su particolari in Alluminio, delle superfici molto dure, resistenti all' usura , alla corrosione e con risultati estetici assolutamente unici.

Questi risultati dipendono però dalla lega di alluminio utilizzata.

Le proprietà conferite dal trattamento di anodizzazione, consentono l’impiego di leghe d’alluminio anche per particolari sottoposti a condizioni di esercizio particolarmente severe che, altrimenti, dovrebbero essere ricavati da metalli molto più pesanti e costosi.

Altre proprietà notevoli sono la barriera termica e l’isolamento elettrico.

1. SPESSORE DELLO STRATO.

Usualmente lo spessore dello strato anodico è la principale discriminante tra Ossidazione Anodica Normale e Ossidazione Anodica Dura a Spessore. Per l’Anodizzazione Normale gli spessori tecnicamente utili vanno da 3 µm a 25 µm. Per l’Anodizzazione Dura lo spessore utlile nella maggior parte delle applicazioni va da 20 a 90 micron.

Il processo di Anodizzazione trasforma l’alluminio, dello strato superficiale del pezzo trattato, in un composto ceramico in cui prevale l’Ossido di Alluminio, esso è caratterizzato da un volume maggiore rispetto al metallo da cui ha tratto origine ed una durezza enormemente superiore.

L’Ossidazione Normale ha spessori così bassi che, in pratica, non influiscono minimamente con le tolleranze meccaniche.

L’Anodizzazione Dura invece, crea un aumento della quota di posizione della superficie trattata pari al 50% dello spessore dello strato stesso (in parole povere metà dello spessore penetra nel materiale e metà sporge fuori); nel caso di un pezzo di forma cilindrica la formazione di uno strato di 40 micron comporta un aumento del diametro di 40 micron.

ATTENZIONE che per quanto concerne le parti filettate o nelle gole delle pulegge, l’aumento del diametro sarà, nel caso di gole a 60° pari a 2 volte lo spessore di ossidazione. Nel caso di gole o filetti con angoli diversi da 60° la variazione della quota sarà, dato “ a ” l’angolo della gola, “ a ” l’aumento della quota sulle superfici piane o cilindriche, “ A” aumento della quota nelle gole, “ s ” lo spessore di ossidazione. (VEDERE DISEGNO)

1.1) Tolleranze : come tutti i trattamenti galvanici anche l’ossidazione anodica è influenzata dalla geometria del pezzo (nei sottosquadra si forma meno ossido), inoltre lo spessore di ossido anodico formatosi modifica a sua volta le dimesioni del particolare. Mediamente la variazione dello spessore di anodizzazione nelle varie parti del pezzo o fra pezzi anodizzati nella stessa bagnata, sono comprese in ± 20% dello spessore nominale. Nei fori, la cui profondità sia maggiore del diametro si possono avere variazioni maggiori, ed ancora maggiore se questi sono ciechi.

2. COMPOSIZIONE DELLA LEGA

Il trattamento di ossidazione anodica è un processo elettrochimico che trasforma l’alluminio in un composto cristallino di elevata durezza che può essere perfettamente trasparente (ossidazione normale su leghe con basso tenore di alliganti). Questa trasformazione coinvolge solo l’alluminio contenuto nella lega, tutti gli altri elementi interferiscono a vario titolo con il processo, la loro presenza provoca una variazione di colore e/o trasparenza, della durezza, della resistenza alla corrosione e alcuni di essi come il rame, il piombo e il silicio, quando sono presenti in concentrazioni oltre il limite, possono arrivare ad impedire totalmente la formazione dello strato di ossido anodico.

Anche l’Ossidazione Anodica Dura a Spessore subisce l’influenza degli altri elementi della lega e in misura ancora maggiore. Alcuni metalli in lega, anche in percentuali molto basse, impediscono completamente l'Ossidazione Anodica Dura tipicamente Fe e Pb (conc. max. 0.5%). Altri la ostacolano all'aumentare della loro concentrazione come Mn, Cu, Si, Mg, concentrazione max. dal 2% al 15%; questi elementi se opportunamente combinati, attenuano l’influenza negativa; risultano così anodizzabili, anche a spessori elevati, le leghe al 12 – 13% di Si quando sia presente almeno il 3% di Cu (leghe per pistoni di motori endotermici).

3. AGGANCIO E PROTEZIONE DI DETERMINATE ZONE DEL PARTICOLARE

Il trattamento avviene in forza di un cospicuo flusso di corrente elettrica che dalla barra anodica attraverso l’aggancio, passa al particolare. L’elevata intensità di corrente e il fatto che l’ossido anodico che si forma è un ottimo isolante, rende necessaria una superficie di contatto ed una forza nel punto di contatto non trascurabili, (tipicamente 0.5 - 1 mmq per 1 dmq di superficie anodizzata), da notare che i punti di contatto devono essere almeno 2 e su particolari di piccole dimensioni il punto di contatto non può ridursi oltre un certo limite.

L’aggancio del particolare al suo sostegno può realizzarsi per mezzo di mollette in titanio e/o alluminio inserite in fori già presenti sul particolare o su altre superfici contrapposte idonee, oppure per mezzo di morsetti di plastica / ceramica che premono il pezzo contro degli appositi montanti di alluminio, o ancora tramite appositi prigionieri, da realizzarsi esclusivamente in titanio, che si avvitano su fori filettati esistenti o appositamente realizzati, per i fori lisci si utilizza un controdado. Nel punto di contatto la superficie del particolare risulterà non anodizzata, di colore metallico e soprattutto non protetta dalla corrosione.

Il Cliente dovrà indicare la zona dove effettuare l’aggancio per non compromettere la funzionalità del particolare.

Se richiesto, alcune zone del particolare, ad esempio i fori filettati e/o le superfici con tolleranze strette oppure soggette a continuità elettrica, possono essere protette dall' anodizzazione e/o processate separatamente con trattamenti specifici come Conversione chimica, Nichelatura chimica, Incisione chimica ecc..

4. TRATTAMENTO DEGLI SPIGOLI

Il meccanismo chimico/fisico di formazione dell' ossido duro, nella sua struttura microscopica, avviene per processi colonnari perpendicolarmente alla superficie trattata, come peli di una spazzola, quindi in corrispondenza di spigoli vivi e raggi stretti, si verificano riduzioni dello spessore ed una certa fragilità dello strato.

Nel caso dell’Anodizzazione Dura, a causa dell’elevato flusso di corrente e delle conseguenti alte tensioni di processo, non è infrequente osservare il fenomeno della “bruciatura”, su leghe poco idonee all’Anodizzazione (per l’alto tenore di alliganti o per una particolare disomogeneità dovuta ad una cristallizzazione irregolare o grossolana).

Questo fenomeno si manifesta durante la fase elettrica della crescita dell’ossido anodico, un arco voltaico si innesca, frequentemente in corrispondenza di spigoli o di bave o di forti irregolarità della micro-struttura, producendo un calore così intenso da erodere rapidamente il materiale, portando al danneggiamento irrecuperabile del particolare.

E' pertanto consigliabile che gli spigoli siano arrotondati con raggio non inferiore a 0, 5 mm e le bave vengano asportate preventivamente.

5. DUREZZA

La durezza dello strato anodico è insito nella sua natura ceramica e come per ogni ceramica dipende dalla sua composizione chimica. Essendo lo strato anodico il prodotto della trasformazione elettrochimica del materiale di base, la composizione chimica dello strato anodico e le sue caratteristiche dipendono dalla composizione chimica del materiale di base. Normalmente la durezza dello strato viene misurata con microdurometro VICKERS. I risultati rilevati su un campione di alluminio lega 6082, in funzione del carico applicato e dello spessore dello strato ed espressi in durezza HV sono:

Nota 1:la prova di durezza Vickers consiste nell’imprimere per mezzo di una punta di diamante un impronta sulla sezione del rivestimento del pezzo in esame e quindi misurarne la dimensione, proporzionalmente al modesto spessore di strato di ossido la dimensione dell’impronta è grande al punto da falsare il risultato.
Nota 2: il carico applicato alla punta di diamante è talmente alto da generare una impronta molto più grande dello strato di ossido.
Nota 3: la durezza massima dello strato di ossido si raggiunge a seconda delle leghe a spessori diversi e comunque nell’arco dei 30÷60µm, con spessori maggiori la durezza diminuisce sensibilmente nella porzione più esterna dell’ossido.

6. POROSITA', RUGOSITA' E ADERENZA

Lo strato anodico è costituzionalmente poroso, in misura maggiore per l’Ossidazione Normale e in misura molto minore per l’ Ossidazione Dura. La densità dello strato è circa 3 mg/mm 3 .

Le superfici lavorate del particolare, durante l' anodizzazione, subiscono una variazione della rugosità superficiale, questa variazione è tanto maggiore quanto maggiore è il titolo di alliganti e quanto più grandi ed eterogenei sono i cristalli della micro struttura, la variazione inoltre, aumenta all’aumentare dello spessore di trattamento. La superficie anodizzata se di spessore sufficiente, si presta ad essere rettificata e lappata con materiali come il Borazon, il carburo di silicio e il corindone, viceversa gli abrasivi a base di diamante possono prvocare grippaggi localizzati che impediscono il raggiungimento del grado di levigatezza richiesto.

Qualsiasi sia lo spessore richiesto, entro i limiti consentiti dalla lega utilizzata, lo strato anodico risulterà sempre perfettamente aderente in quanto, essendo prodotto dalla trasformazione del metallo base, fa corpo unico con esso.

7. NORME E RIFERIMENTI

Anche i trattamenti di ossidazione anodica sono stati e sono tuttora oggetto di normazione da parte degli enti internazionali e italiani. In tali norme ci sono indicazioni tecniche utili ai progettisti e validi schemi per accordi tra cliente e fornitore.

Tra le più diffuse in campo nazionale ed internazionale possiamo indicare: