Misurazione dello spessore dell'anodizzazione sull'alluminio

DeFelsko produce un calibro manuale non distruttivo per lo spessore del rivestimento, ideale per misurare lo spessore dell'anodizzazione sull'alluminio. 

Quali sono le sfide della misurazione dello spessore dell'anodizzazione?

Per controllare efficacemente lo spessore dell'anodizzazione e di altri rivestimenti sottili, è necessario un mezzo di misura accurato e non distruttivo.   

Un'altra sfida è la misurazione dell'anodizzazione in aree piccole o difficili da raggiungere.

Soluzioni per la misurazione dello spessore del rivestimento anodico

 La PosiTector 6000 La serie "N" di calibri a correnti parassite è ideale per la misurazione non distruttiva di rivestimenti non conduttivi su substrati non ferrosi. La sonda PosiTector 6000 NAS è progettata specificamente per la misura ad alta risoluzione dell'anodizzazione sull'alluminio. Pur essendo in grado di misurare fino a 625 μm (25 mils), la sonda PosiTector 6000 NAS è più accurata e fornisce la massima risoluzione sotto i 100 μm (4 mils), che rientrano nell'intervallo previsto per la maggior parte delle applicazioni di anodizzazione.

Figura 1 - PosiTector 6000 Sonda NAS per la misurazione dell'anodizzazione

Per misurare lo spessore del rivestimento in aree piccole o difficili da raggiungere, la serie di microsonde PosiTector 6000 N è l'alternativa ideale. Con le punte della sonda a 0°, 45° o 90°, è possibile effettuare letture dello spessore in fori profondi, su piccole sporgenze o su diametri interni. Quando si utilizza un dispositivo di fissaggio o un adattatore a sgancio rapido, le microsonde N hanno le stesse specifiche delle sonde NAS.

Figura 2 - Microsonda PosiTector 6000 N per la misurazione dell'anodizzazione

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Informazioni sull'anodizzazione

Che cos'è l'anodizzazione?

L'anodizzazione è un processo di conversione elettrochimica che esiste dagli anni Trenta. Diversi metalli possono essere anodizzati, tra cui alluminio, magnesio, titanio e tantalio. L'alluminio anodizzato è utilizzato in molte applicazioni grazie al suo basso costo, alle qualità estetiche e alle proprietà meccaniche ideali.

A differenza della maggior parte dei rivestimenti protettivi, l'anodizzazione modifica in modo permanente la struttura esterna del metallo. Quando l'alluminio è esposto all'aria, sviluppa naturalmente una sottile pellicola di ossido di alluminio che lo sigilla da un'ulteriore ossidazione. Il processo di anodizzazione rende la superficie ossidata molto più spessa, fino a diversi millesimi di pollice. La durezza del rivestimento di ossido di alluminio anodizzato è pari a quella di un diamante e aumenta la resistenza all'abrasione dell'alluminio. La maggiore profondità dello strato di ossido migliora la resistenza alla corrosione dell'alluminio e facilita la pulizia della superficie. La natura porosa di particolari tipi di anodizzazione consente di tingere l'alluminio di vari colori, rendendolo più attraente.

L'anodizzazione ha in genere uno spessore fino a 5 mils. Le tre varianti più comuni dell'anodizzazione dell'alluminio sono l'anodizzazione cromica (tipo I), l'anodizzazione solforica (tipo II) e l'anodizzazione dura (tipo III).

• L'anodizzazione cromica utilizza un elettrolita a base di acido cromico e produce i rivestimenti più sottili, con uno spessore di soli 0,02-0,1 mil (0,5-2,5 micron). Il 50% di penetrazione nel substrato e il 50% di crescita rispetto alle dimensioni originali. L'anodizzazione cromica ha un effetto minimo sulla resistenza alla fatica ed è meno corrosiva, quindi ideale per i pezzi complessi e difficili da risciacquare. Eccellente per il rivestimento di fusioni di alluminio, la maggior parte delle parti anodizzate cromicamente sono utilizzate in applicazioni militari e aerospaziali e sono più funzionali che decorative.
• L'anodizzazione solforica è il metodo più comune di anodizzazione e utilizza l'acido solforico per ottenere rivestimenti di spessore fino a 1 mil (25 micron). Il 67% di penetrazione nel substrato e il 33% di crescita rispetto alle dimensioni originali. Grazie alla sua natura permeabile, l'anodizzazione solforica è eccellente per la tintura a colori e fornisce una base per primer, agenti leganti e rivestimenti organici. L'anodizzazione solforica offre resistenza alla corrosione ed è molto duratura. Le applicazioni tipiche includono l'architettura, il settore aerospaziale, la produzione, l'industria automobilistica e i computer.
• L'anodizzazione dura (detta anche hardcoating) utilizza un elettrolita a base di acido solforico a più alta concentrazione e a una temperatura inferiore, ottenendo un rivestimento esterno tenace con un'eccellente resistenza all'abrasione, alla corrosione, allo sbiadimento del colore, alla rigidità dielettrica e alla durezza superficiale (scala Rockwell C fino a 70). Il 50% di penetrazione nel substrato e il 50% di crescita rispetto alle dimensioni originali si verificano per uno spessore totale compreso tra 0,5 e 4 mil. I metalli anodizzati duri presentano una maggiore rugosità superficiale. Tra gli usi più comuni si annoverano le attrezzature non decorative per il confezionamento degli alimenti, i rotoli di carta per fotocopie e le applicazioni esterne come le vetrine e le finestre degli edifici.

Processo di anodizzazione dell'alluminio

Il pezzo di alluminio viene appeso a rastrelliere di alluminio o titanio spogliate per garantire un buon contatto elettrico. Durante il processo di anodizzazione, i pezzi vengono fissati e le rastrelliere sono sospese in una serie di vasche.

1. Il pezzo di alluminio viene immerso in una vasca calda contenente un detergente ad immersione per rimuovere tutto lo sporco superficiale.
2. Il pezzo viene risciacquato per evitare di contaminare la soluzione nelle vasche successive.
3. La vasca successiva disossida il pezzo con una soluzione acida (cromica, solforica, nitrica o fosforica) rimuovendo la sottile superficie di ossido di alluminio non uniforme.
4. Anche in questo caso il pezzo viene risciacquato per evitare la contaminazione del serbatoio.
5. La mordenzatura viene eseguita sospendendo il pezzo in una vasca contenente una soluzione di idrossido di sodio. La mordenzatura rimuove la naturale lucentezza dell'alluminio e conferisce un aspetto morbido, opaco e strutturato.
6. Il pezzo è sospeso nella vasca di anodizzazione, che contiene una miscela di acido e acqua diluita in grado di consentire il passaggio di corrente elettrica. Il tipo di acido, la percentuale di soluzione e la temperatura sono tutti parametri critici che dipendono dalla finitura e dal colore desiderati. Il lato negativo del circuito elettrico è collegato alla rastrelliera dei pezzi e il lato positivo del circuito è collegato a uno o più "catodi" che introducono l'elettricità nella vasca. La quantità e il posizionamento dei catodi varia in base alle dimensioni e alla forma del pezzo, nonché alla metratura totale della superficie di alluminio da trattare. Le superfici più vicine al catodo riceveranno un rivestimento anodico più spesso. Per la normale anodizzazione solforica, si utilizza una fonte di alimentazione in corrente continua in grado di produrre fino a 24 volt, con una tensione generalmente compresa tra 18 e 24 volt. La quantità di corrente applicata alla vasca di anodizzazione varia a seconda della quantità di superficie da trattare; di norma sono necessari da 12 a 16 ampere per ogni metro quadrato di copertura. La soluzione elettrolitica viene agitata durante il processo di anodizzazione per garantire una temperatura uniforme della soluzione. Il processo di anodizzazione in vasca, in condizioni normali, dura meno di un'ora.
7. Per aggiungere il colore (tintura), il pezzo viene immerso in una vasca con un colorante organico diluito e solubile in acqua. Ogni colorante varia in base alla durata e alla temperatura di immersione.
8. L'ultima considerazione nel processo di anodizzazione è la sigillatura della superficie esterna, ora tinta, in modo che non si sbianchi o si macchi alla luce del sole. Se non sigillata, la superficie esterna porosa ha una minore resistenza alla corrosione. Per i rivestimenti non colorati, il pezzo di alluminio anodizzato viene messo in acqua deionizzata bollente per 20-30 minuti. In questo modo i pori non strutturati dell'ossido di alluminio si trasformano in una forma cristallina idrata più solida. Se le parti anodizzate sono tinte, il processo di sigillatura viene eseguito per 3-5 minuti in una vasca con una soluzione di acetato di nichel.
9. L'anodizzazione dura, a seconda del processo, utilizza una miscela di acido solforico e ossalico. Vengono utilizzate temperature relativamente basse, una corrente più elevata e una tensione molto più alta. Lo strato di ossido "grigio" prodotto è in genere di 2 o 3 millimetri ed è molto denso, resistente all'usura e alla corrosione.   

Un'alternativa al racking è l'anodizzazione in massa, ideale per l'anodizzazione di parti piccole e di forma irregolare come rivetti, ghiere e mozzi medici. Al posto delle rastrelliere, i pezzi vengono lavorati in cestelli di alluminio, plastica o titanio perforati. Che si tratti di produzione in bobina o in lotti, l'anodizzazione offre una delle migliori opzioni di finitura dell'alluminio del settore.

Un'altra alternativa è l'anodizzazione in bobina. L'alluminio in bobina viene preanodizzato per ridurre i costi di finitura, i tempi di produzione e la movimentazione del materiale. I vantaggi dell'alluminio preanodizzato possono essere applicati alla maggior parte dei prodotti fabbricati a partire da lamiere o rotoli. I prodotti realizzati a partire da estrusioni, fusioni, barre, tondini o lamiere sono limitati ai processi di anodizzazione dei pezzi, come il racking o la produzione alla rinfusa.

Sebbene la maggior parte delle leghe di alluminio si trasformi in ossido di alluminio in una vasca di anodizzazione, esse tendono ad anodizzarsi in modo diverso. Alcune leghe sono più difficili da anodizzare, mentre altre anodizzano con tonalità di colore leggermente diverse. Quando vengono anodizzate, le varie leghe offrono diversi livelli di lavorabilità (lavorazione, rettifica, lucidatura), proprietà di resistenza ambientale e stabilità dimensionale.

Perché anodizzare?

L'anodizzazione è un mezzo altamente efficace e desiderabile per la finitura dell'alluminio. Alcuni dei principali vantaggi dell'anodizzazione sono:

• Durata - La maggior parte delle parti anodizzate non si usura a causa della manipolazione, dell'installazione, dell'uso e della manutenzione.
• Adesione - L'anodizzazione è parte integrante dell'alluminio per un'adesione totale e impareggiabile.
• Colore - I pezzi anodizzati mantengono una buona stabilità del colore quando sono esposti ai raggi ultravioletti, non hanno un rivestimento applicato soggetto a scheggiature o scrostamenti e hanno un processo di colorazione ripetibile.
• Qualità della finitura originale - I pezzi non sono soggetti a marcature dovute al processo di anodizzazione originale.
• Manutenzione - Una leggera pulizia con acqua e sapone di solito riporta un profilo anodizzato al suo aspetto originale.
• Estetica - L'anodizzazione offre un gran numero di alternative di lucentezza e colore, lasciando trasparire l'aspetto metallico dell'alluminio estruso.
• Costo - L'anodizzazione è un valore molto conveniente rispetto ad altri metodi di finitura. Oltre ai bassi costi di lavorazione e manutenzione, la durata riduce al minimo i costi di sostituzione.
• Ambiente, salute e sicurezza - L'anodizzazione è favorevole alle attuali normative governative perché è uno dei processi industriali più rispettosi dell'ambiente e in genere non è dannoso per la salute umana. Una finitura anodizzata è chimicamente stabile, non si decompone, non è tossica ed è resistente al calore fino al punto di fusione dell'alluminio. Poiché il processo di anodizzazione è un rafforzamento di un processo di ossido naturale, non è pericoloso e non produce sottoprodotti nocivi o pericolosi. I bagni chimici utilizzati nel processo di anodizzazione sono spesso recuperati, riciclati e riutilizzati. 

Perché misurare lo spessore dell'anodizzazione?

I parametri del processo di anodizzazione hanno un'influenza significativa sulle proprietà dell'ossido formato. Se si utilizzano basse temperature e concentrazioni di acido, si ottiene un rivestimento meno poroso e più duro. Temperature e contenuti di acido più elevati, insieme a tempi di immersione più lunghi, producono rivestimenti più morbidi e porosi. Piccole modifiche alla lega stessa o a uno qualsiasi di questi parametri possono influenzare significativamente il rivestimento.

Attraverso vari controlli di processo e tecniche di misurazione, gli anodizzatori sono in grado di monitorare, controllare e correggere l'applicazione del rivestimento anodizzato. Uno dei controlli di qualità più critici per l'anodizzazione è lo spessore. Lo spessore dell'anodizzazione può essere misurato in modo non distruttivo utilizzando un calibro per lo spessore del rivestimento a correnti parassite o calcolando il peso per unità di superficie. La semplicità del metodo a correnti parassite non solo è più efficiente del metodo di calcolo, ma consente anche all'ispettore di verificare che l'anodizzazione sia adeguata su tutte le superfici del pezzo.

Dov'è il mercato dei materiali anodizzati?

I prodotti e i componenti anodizzati sono utilizzati in migliaia di applicazioni commerciali, industriali e di consumo:

• Prodotti per l'edilizia (facciate continue, sistemi di copertura)
• prodotti commerciali e residenziali (bocchette, tende da sole, telai, infissi)
• elettrodomestici (frigoriferi, microonde, macchine per il caffè)
• attrezzature per la preparazione degli alimenti (teglie, refrigeratori, griglie)
• mobili per la casa e l'ufficio (tavoli, letti, armadi)
• articoli sportivi (golf cart, barche, attrezzature da campeggio e da pesca)
• componenti di veicoli a motore (finiture, coprimozzi, pannelli, targhette)
• elettronica (televisori, apparecchiature fotografiche)
• aerospaziale (pannelli satellitari)

Associazioni

AAC (Consiglio degli anodizzatori di alluminio)

AEC (Consiglio degli estrusori di alluminio)

FGIA (Fenestration & Glazing Industry Alliance) - Precedentemente AAMA-Architectural Manufacturers Association (Associazione dei produttori di architettura)

L'Associazione Alluminio

Specifiche industriali di anodizzazione

Standard militari di anodizzazione

MIL-A-8625 -Rivestimenti anodiciper alluminio e leghe di alluminio

MIL-STD-171-Standard per la finitura e il trattamento delle superfici

Standard di anodizzazione ASTM

ASTM B244-09-Standard Metodo di prova per la misurazione dello spessore di rivestimenti anodici su alluminio e di altri rivestimenti non conduttivi su metalli a base non magnetica con strumenti a correnti parassite

ASTM B487-85-Standard Metodo di prova per la misurazione dello spessore del rivestimento di metallo e ossido mediante esame microscopico di una sezione trasversale

ASTM B137-95-Standard Metodo di prova per la misurazione della massa del rivestimento per unità di superficie sull'alluminio rivestito anodicamente

ASTM B136-84-Standard Metodo per la misurazione della resistenza alle macchie dei rivestimenti anodici su alluminio

ASTM B457-67-Standard Metodo di prova per la misurazione dell'impedenza dei rivestimenti anodici su alluminio

ASTM B580-79-Standard Specifiche per rivestimenti di ossido anodico su alluminio

ASTM B680-80-Standard Metodo di prova per la qualità della tenuta dei rivestimenti anodici su alluminio mediante dissoluzione acida

ASTM B893-98-Specificaper l'anodizzazione a strato duro del magnesio per applicazioni ingegneristiche

Standard di anodizzazione SAE International AMS (Aerospace Materials Specifications)

AMS2468-Trattamento di rivestimento durodelle leghe di alluminio

AMS2469-Trattamento di rivestimento durodi alluminio e leghe di alluminio

AMS2471-Trattamento anodicodelle leghe di alluminio Processo all'acido solforico, Processo tinto

AMS2472-Trattamento anodicodelle leghe di alluminio Processo all'acido solforico, tinto in massa

AMS-A-8625 -Rivestimenti anodiciper alluminio e leghe di alluminio (copia di MIL-A-8625)

Standard internazionali Standard di anodizzazione

ISO 7599-Anodizzazionedell'alluminio e delle sue leghe; Specifiche generali per rivestimenti di ossido anodico su alluminio

ISO 8078-Trattamento anodicodelle leghe di alluminio - Processo con acido solforico, rivestimento non colorato

ISO 8079-Trattamento anodicodelle leghe di alluminio - Processo all'acido solforico, rivestimento colorato

ISO 10074-Specificaper rivestimenti duri per ossidazione anodica su alluminio e sue leghe

Norme BS, DIN, EN Anodizzazione

BS/DIN EN 2101-Specificheper l'anodizzazione con acido cromico dell'alluminio e delle leghe di alluminio battuto

BS/DIN 2284-Specificheper l'anodizzazione con acido solforico dell'alluminio e delle leghe di alluminio battuto

BS/DIN 2536-Anodizzazione duradelle leghe di alluminio

BS/DIN 2808-Anodizzazionedel titanio e delle leghe di titanio

DIN EN ISO 7599-Anodizzazionedell'alluminio e delle leghe di alluminio - Metodo per specificare gli strati di ossido decorativi e protettivi prodotti anodicamente sull'alluminio