Medição da espessura de anodização em alumínio

A DeFelsko fabrica um medidor de espessura de revestimento portátil e não destrutivo, ideal para medir a espessura de anodização em alumínio. 

Quais são os desafios de medir a espessura da anodização?

Para controlar com eficiência a espessura da anodização e de outros revestimentos finos, é necessário um meio de medição preciso e não destrutivo.   

Um desafio secundário é a medição da anodização em áreas pequenas ou de difícil acesso.

Soluções de medição de espessura de revestimento de anodização

 A série PosiTector 6000 A série "N" de medidores de corrente de Foucault é ideal para a medição não destrutiva de revestimentos não condutores em substratos não ferrosos. A sonda PosiTector 6000 NAS foi projetada especificamente para medição de alta resolução de anodização em alumínio. Embora seja capaz de medir até 625 μm (25 mils), a sonda NAS PosiTector 6000 é mais precisa e oferece sua mais alta resolução abaixo de 100 μm (4 mils), que está dentro da faixa esperada da maioria das aplicações de anodização.

Figura 1 - PosiTector 6000 Sonda NAS para medição de anodização

Ao medir a espessura do revestimento em áreas pequenas ou de difícil acesso, a série PosiTector 6000 N Microprobe é uma alternativa ideal de medição. Com pontas de prova de 0°, 45° ou 90°, as leituras de espessura podem ser feitas em orifícios profundos, em pequenas saliências ou em diâmetros internos. Quando um adaptador de fixação ou de liberação rápida é usado, as microssondas N têm especificações idênticas às das sondas NAS.

Figura 2 - Microssonda PosiTector 6000 N medindo a anodização

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Histórico sobre anodização

O que é anodização?

A anodização é um processo de conversão eletroquímica que existe desde a década de 1930. Vários metais podem ser anodizados, incluindo alumínio, magnésio, titânio e tântalo. O alumínio anodizado é usado em muitas aplicações devido ao seu baixo custo, qualidades estéticas e propriedades mecânicas ideais.

Diferentemente da maioria dos revestimentos de proteção, a anodização altera permanentemente a estrutura externa do metal. Quando o alumínio é exposto ao ar, ele desenvolve naturalmente uma fina película de óxido de alumínio que veda o alumínio contra oxidação adicional. O processo de anodização torna a superfície oxidada muito mais espessa, com espessura de até vários milésimos de polegada. A dureza do revestimento de óxido de alumínio anodizado rivaliza com a de um diamante, aumentando a resistência à abrasão do alumínio. A profundidade adicional da camada de óxido melhora a resistência à corrosão do alumínio, além de facilitar a limpeza da superfície. A natureza porosa de determinados tipos de anodização permite tingir o alumínio com uma variedade de cores, tornando-o mais atraente.

A anodização normalmente atinge até 5 mils de espessura. As três variações mais comuns de anodização de alumínio incluem a anodização crômica (tipo I), a anodização sulfúrica (tipo II) e a anodização dura (tipo III).

• A anodização crômica utiliza um eletrólito de ácido crômico e produz os revestimentos mais finos, com apenas 0,02 a 0,1 mils de espessura (0,5 a 2,5 mícrons). Ocorre uma penetração de 50% no substrato e um crescimento de 50% em relação às dimensões originais. A anodização crômica tem o menor efeito sobre a resistência à fadiga e é menos corrosiva, portanto, ideal para peças complexas e difíceis de enxaguar. Excelente para o revestimento de peças fundidas de alumínio, a maioria das peças anodizadas crômicas é usada em aplicações militares e aeroespaciais e é mais funcional do que decorativa por natureza.
• A anodização sulfúrica é o método mais comum de anodização, utilizando ácido sulfúrico para produzir revestimentos de até 1 mil (25 mícrons) de espessura. Ocorre uma penetração de 67% no substrato e um crescimento de 33% em relação às dimensões originais. Devido à sua natureza permeável, a anodização sulfúrica é excelente para tingimento de cores e fornece uma base para primers, agentes de ligação e revestimentos orgânicos. A anodização sulfúrica oferece resistência à corrosão e é muito durável. As aplicações típicas incluem arquitetura, aeroespacial, manufatura, automotivo e computadores.
• A anodização dura (também conhecida como hardcoating) utiliza um eletrólito de ácido sulfúrico de concentração mais alta em uma temperatura mais baixa, resultando em uma pele externa resistente com excelente resistência à abrasão, resistência à corrosão, resistência ao desbotamento da cor, rigidez dielétrica e dureza de superfície (escala Rockwell C de até 70). Ocorre uma penetração de 50% no substrato e um crescimento de 50% em relação às dimensões originais para uma espessura total de 0,5 a 4 mils. Os metais anodizados duros têm maior rugosidade de superfície. Os usos comuns incluem equipamentos não decorativos de embalagem de alimentos, rolos de papel de fotocopiadora e aplicações externas, como fachadas de lojas e janelas.

Processo de anodização de alumínio

A peça de alumínio é pendurada em racks de alumínio ou titânio decapados, garantindo um bom contato elétrico. Durante todo o processo de anodização, as peças são afixadas e os racks são suspensos em uma série de tanques.

1. A peça de alumínio é mergulhada em um tanque quente contendo um agente de limpeza por imersão para remover toda a sujeira da superfície.
2. A peça é enxaguada para evitar a contaminação da solução nos tanques subsequentes.
3. O próximo tanque desoxidará a peça com uma solução ácida (crômica, sulfúrica, nítrica ou fosfórica), removendo a superfície fina e não uniforme de óxido de alumínio.
4. Novamente, a peça é enxaguada para evitar a contaminação do tanque.
5. A gravação é realizada suspendendo-se a peça em um tanque contendo uma solução de hidróxido de sódio. A gravação remove o brilho natural do alumínio e proporciona uma aparência suave, fosca e texturizada.
6. A peça é suspensa no tanque de anodização, que contém uma mistura diluída de ácido e água capaz de permitir o fluxo de corrente elétrica. O tipo de ácido, a porcentagem de solução e a temperatura são parâmetros críticos e dependem do acabamento e da cor desejados. A perna negativa do circuito elétrico é conectada ao rack de peças e o lado positivo do circuito é conectado a um ou mais "cátodos" que introduzem eletricidade no tanque. A quantidade e o posicionamento dos cátodos variam de acordo com o tamanho e o formato da peça, bem como com a metragem quadrada total da superfície de alumínio a ser tratada. As superfícies mais próximas do cátodo receberão um revestimento anódico mais espesso. Para a anodização sulfúrica normal, é usada uma fonte de alimentação CC capaz de produzir até 24 volts, com a tensão mantida geralmente entre 18 e 24 volts. A quantidade de corrente aplicada ao tanque de anodização varia de acordo com a quantidade de superfície a ser tratada; em geral, são necessários entre 12 e 16 amperes para cada metro quadrado de cobertura. A solução eletrolítica é agitada durante o processo de anodização para proporcionar uma temperatura uniforme da solução. O processo do tanque de anodização, em condições normais, leva menos de uma hora.
7. Para adicionar cor (corante), a peça é mergulhada em um tanque com um corante orgânico diluído e solúvel em água. Cada corante varia em termos de tempo e temperatura para essa imersão.
8. A consideração final no processo de anodização é a vedação da superfície externa, agora tingida, para que ela não seja clareada ou manchada pela luz solar. Se não for selada, a superfície externa porosa terá uma resistência à corrosão reduzida. Para revestimentos não tingidos, a peça de alumínio anodizado é colocada em água fervente desionizada por 20 a 30 minutos. Isso converte os poros não estruturados do óxido de alumínio em uma forma de hidrato cristalino mais sólido. Se as peças anodizadas forem tingidas, o processo de selagem é realizado por 3 a 5 minutos em um tanque com uma solução de acetato de níquel.
9. A anodização dura, dependendo do processo, usa uma mistura de ácido sulfúrico e oxálico. São usadas temperaturas relativamente baixas, juntamente com uma corrente mais alta e uma tensão muito mais alta. A camada de óxido "cinza" produzida é normalmente de 2 a 3 mils e é muito densa, resistente ao desgaste e à corrosão.   

Uma alternativa ao rack é a anodização em massa, que é mais ideal para anodizar peças pequenas e de formato irregular, como rebites, ponteiras e cubos médicos. Em vez de racks, as peças são processadas em cestas perfuradas de alumínio, plástico ou titânio. Independentemente de você precisar de produção em bobina ou em lote, a anodização oferece uma das melhores opções de acabamento de alumínio do setor.

Outra alternativa é a anodização de bobinas. O alumínio em bobina é pré-anodizado para diminuir os custos de acabamento, economizar tempo de produção e reduzir o manuseio do material. As vantagens do alumínio pré-anodizado podem ser aplicadas à maioria dos produtos fabricados a partir de chapas ou bobinas. Os produtos fabricados a partir de extrusões, peças fundidas, barras ou chapas são limitados a processos de anodização de peças, como estantes ou a granel.

Embora a maioria das ligas de alumínio produza óxido de alumínio em um tanque de anodização, elas tendem a anodizar de forma diferente. Algumas ligas são mais difíceis de anodizar, enquanto outras anodizam em tons de cores ligeiramente diferentes. Quando anodizadas, várias ligas proporcionam diferentes níveis de trabalhabilidade (usinagem, retificação, polimento), propriedades de resistência ambiental e estabilidade dimensional.

Por que anodizar?

A anodização é um meio altamente eficaz e desejável de dar acabamento ao alumínio. Algumas das principais vantagens da anodização incluem:

• Durabilidade - A maioria das peças anodizadas não sofre desgaste devido ao manuseio, instalação, uso e manutenção
• Aderência - A anodização faz parte do alumínio para uma ligação total e uma aderência inigualável.
• Cor - As peças anodizadas mantêm uma boa estabilidade de cor quando expostas aos raios ultravioleta, não têm um revestimento aplicado que esteja sujeito a lascas ou descascamento e têm um processo de coloração repetível.
• Qualidade do acabamento original - As peças não estão sujeitas a marcas do processo de anodização original.
• Manutenção - A limpeza com água e sabão neutro geralmente restaura a aparência original de um perfil anodizado.
• Estética - A anodização oferece um grande número de alternativas de brilho e cor, permitindo que a aparência metálica do alumínio extrudado apareça.
• Custo - A anodização é um valor muito econômico em comparação com outros métodos de acabamento. Além dos baixos custos de processamento e manutenção, a durabilidade minimiza os custos de substituição.
• Meio ambiente, saúde e segurança - A anodização é favorável às regulamentações governamentais atuais porque é um dos processos industriais mais amigáveis ao meio ambiente e, em geral, não é prejudicial à saúde humana. Um acabamento anodizado é quimicamente estável, não se decompõe, não é tóxico e é resistente ao calor até o ponto de fusão do alumínio. Como o processo de anodização é um reforço de um processo de óxido que ocorre naturalmente, ele não é perigoso e não produz subprodutos nocivos ou perigosos. Os banhos químicos usados no processo de anodização geralmente são recuperados, reciclados e reutilizados. 

Por que medir a espessura da anodização?

Os parâmetros do processo de anodização têm uma influência significativa sobre as propriedades do óxido formado. Se forem usadas baixas temperaturas e concentrações de ácido, o resultado será um revestimento menos poroso e mais duro. Temperaturas e teor de ácido mais altos, juntamente com tempos de imersão mais longos, produzem revestimentos mais macios e porosos. Pequenas alterações na própria liga ou em qualquer um desses parâmetros podem afetar significativamente o revestimento.

Por meio de vários controles de processo e técnicas de medição, os anodizadores são capazes de monitorar, controlar e corrigir a aplicação do revestimento anodizado. Um dos controles de qualidade mais importantes para a anodização é a espessura. A espessura da anodização pode ser medida de forma não destrutiva usando um medidor de espessura de revestimento por corrente de Foucault ou calculando o peso por unidade de área. A simplicidade do método de corrente de Foucault não é apenas mais eficiente do que o método de cálculo, mas também permite que o inspetor verifique se a anodização adequada ocorre em todas as superfícies da peça.

Onde está o mercado de materiais anodizados?

Os produtos e componentes anodizados são usados em milhares de aplicações comerciais, industriais e de consumo:

• Produtos para construção (paredes de cortina, sistemas de telhado)
• produtos comerciais e residenciais (aberturas, toldos, molduras, acessórios)
• aparelhos (geladeiras, micro-ondas, cafeteiras)
• equipamentos de preparação de alimentos (panelas, refrigeradores, grelhas)
• móveis para casa e escritório (mesas, camas, armários)
• artigos esportivos (carrinhos de golfe, barcos, equipamentos de camping e pesca)
• componentes de veículos automotores (acabamento, calotas, painéis, placas de identificação)
• eletrônicos (televisores, equipamentos fotográficos)
• aeroespacial (painéis de satélite)

Associações

AAC (Conselho de Anodizadores de Alumínio)

AEC (Conselho de Extrusoras de Alumínio)

FGIA (Fenestration & Glazing Industry Alliance) - Antiga AAMA - Associação de Fabricantes Arquitetônicos

A Associação do Alumínio

Especificações do setor de anodização

Padrões de anodização militar

MIL-A-8625 -Revestimentos anódicospara alumínio e ligas de alumínio

MIL-STD-171-Standard para acabamento e tratamento de superfícies

Padrões de anodização ASTM

ASTM B244-09-Standard Método de teste para medição da espessura de revestimentos anódicos em alumínio e de outros revestimentos não condutores em metais de base não magnética com instrumentos de corrente parasita

ASTM B487-85-Standard Método de teste para medição da espessura de revestimento de metal e óxido por exame microscópico de uma seção transversal

ASTM B137-95-Standard Método de teste para medição da massa do revestimento por unidade de área em alumínio revestido anodicamente

ASTM B136-84-Standard Método para medição da resistência a manchas de revestimentos anódicos em alumínio

ASTM B457-67-Standard Método de teste para medição da impedância de revestimentos anódicos em alumínio

ASTM B580-79-Standard Especificação para revestimentos de óxido anódico em alumínio

ASTM B680-80-Standard Método de teste para qualidade de vedação de revestimentos anódicos em alumínio por dissolução ácida

ASTM B893-98 - Especificaçãopara anodização com revestimento duro de magnésio para aplicações de engenharia

Normas de anodização SAE International AMS (Aerospace Materials Specifications)

AMS2468 -Tratamento de revestimento durode ligas de alumínio

AMS2469 -Tratamento de revestimento durode alumínio e ligas de alumínio

AMS2471-Tratamento anódicode ligas de alumínio Processo de ácido sulfúrico, Processo-Undyed

AMS2472-Tratamento anódicode ligas de alumínio Processo com ácido sulfúrico, tingido pelo processo

AMS-A-8625 -Revestimentos anódicospara alumínio e ligas de alumínio (cópia do MIL-A-8625)

Padrões internacionais Padrões de anodização

ISO 7599 - Anodizaçãode alumínio e suas ligas; especificações gerais para revestimentos de óxido anódico em alumínio

ISO 8078 -Tratamento anódicode ligas de alumínio - Processo de ácido sulfúrico, revestimento não tingido

ISO 8079 -Tratamento anódicode ligas de alumínio - Processo de ácido sulfúrico, revestimento tingido

ISO 10074 - Especificaçãopara revestimentos de oxidação anódica dura em alumínio e suas ligas

Padrões de anodização BS, DIN, EN

BS/DIN EN 2101 - Especificaçãopara anodização com ácido crômico de alumínio e ligas de alumínio forjado

BS/DIN 2284 - Especificaçãopara anodização com ácido sulfúrico de alumínio e ligas de alumínio forjado

BS/DIN 2536 -Anodização durade ligas de alumínio

BS/DIN 2808 - Anodizaçãode titânio e ligas de titânio

DIN EN ISO 7599 - Anodização dealumínio e ligas de alumínio - Método para especificar camadas de óxido decorativas e protetoras produzidas anodicamente em alumínio