Medición del espesor del anodizado en el aluminio

DeFelsko fabrica un medidor de espesor de revestimiento manual y no destructivo que es ideal para medir el espesor del anodizado en el aluminio. 

¿Cuáles son los retos de la medición del espesor del anodizado?

Para controlar eficazmente el espesor del anodizado y de otros revestimientos finos, se necesita un medio de medición preciso y no destructivo.   

Un reto secundario es la medición del anodizado en zonas pequeñas o de difícil acceso.

Soluciones de medición del espesor del revestimiento de anodizado

 La serie PosiTector 6000 serie "N" de medidores de corrientes de Foucault son ideales para la medición no destructiva de revestimientos no conductores en sustratos no ferrosos. La sonda PosiTector 6000 NAS está diseñada específicamente para la medición de alta resolución del anodizado en aluminio. Aunque es capaz de medir hasta 625 μm (25 mils), la sonda PosiTector 6000 NAS es la más precisa y proporciona su máxima resolución por debajo de 100 μm (4 mils), que está dentro del rango esperado de la mayoría de las aplicaciones de anodizado.

Figura 1 - PosiTector 6000 Sonda NAS de medición del anodizado

Cuando se mide el espesor del revestimiento en zonas pequeñas o de difícil acceso, la serie PosiTector 6000 N Microprobe es una alternativa de medición ideal. Con las puntas de las sondas de 0°, 45° o 90° se pueden realizar lecturas de espesor en orificios profundos, en salientes pequeños o en diámetros interiores. Cuando se utiliza un accesorio o un adaptador de liberación rápida, las microsondas N tienen especificaciones idénticas a las sondas NAS.

Figura 2 - PosiTector 6000 N Microprobe midiendo el anodizado

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Antecedentes de la anodización

¿Qué es el anodizado?

El anodizado es un proceso de conversión electroquímica que existe desde la década de 1930. Varios metales pueden ser anodizados, como el aluminio, el magnesio, el titanio y el tántalo. El aluminio anodizado se utiliza en muchas aplicaciones debido a su bajo coste, sus cualidades estéticas y sus propiedades mecánicas ideales.

A diferencia de la mayoría de los revestimientos protectores, el anodizado cambia permanentemente la estructura exterior del metal. Cuando el aluminio se expone al aire, desarrolla de forma natural una fina película de óxido de aluminio que impide que el aluminio se siga oxidando. El proceso de anodización hace que la superficie oxidada sea mucho más gruesa, hasta varias milésimas de pulgada de espesor. La dureza de la capa de óxido de aluminio anodizado rivaliza con la de un diamante, mejorando la resistencia a la abrasión del aluminio. La profundidad añadida de la capa de óxido mejora la resistencia a la corrosión del aluminio, al tiempo que facilita la limpieza de la superficie. La naturaleza porosa de determinados tipos de anodizado permite teñir el aluminio de diversos colores, haciéndolo más atractivo.

El anodizado suele tener un grosor de hasta 5 mils. Las tres variantes más comunes del anodizado del aluminio son el anodizado crómico (tipo I), el anodizado sulfúrico (tipo II) y el anodizado duro (tipo III).

• El anodizado crómico utiliza un electrolito de ácido crómico y produce los revestimientos más finos, de sólo 0,02 a 0,1 mils de espesor (0,5 a 2,5 micras). Se produce un 50% de penetración en el sustrato y un 50% de crecimiento sobre las dimensiones originales. El anodizado crómico es el que menos afecta a la resistencia a la fatiga y es menos corrosivo, por lo que es ideal para piezas complejas y difíciles de aclarar. Excelente para el revestimiento de piezas fundidas de aluminio, la mayoría de las piezas anodizadas con cromo se utilizan en aplicaciones militares y aeroespaciales y tienen un carácter más funcional que decorativo.
• El anodizado sulfúrico es el método más común de anodización, utilizando ácido sulfúrico para producir revestimientos de hasta 1 mil (25 micras) de espesor. Se produce un 67% de penetración en el sustrato y un 33% de crecimiento sobre las dimensiones originales. Debido a su naturaleza permeable, el anodizado sulfúrico es excelente para el teñido de colores y proporciona una base para imprimaciones, agentes adhesivos y revestimientos orgánicos. El anodizado sulfúrico proporciona resistencia a la corrosión y es muy duradero. Las aplicaciones típicas son la arquitectura, la industria aeroespacial, la fabricación, la automoción y la informática.
• El anodizado duro (también conocido como revestimiento duro) utiliza un electrolito de ácido sulfúrico de mayor concentración a una temperatura más baja, lo que da como resultado una piel exterior dura con una excelente resistencia a la abrasión, a la corrosión, a la pérdida de color, a la resistencia dieléctrica y a la dureza de la superficie (escala C de Rockwell hasta 70). Se produce una penetración del 50% en el sustrato y un crecimiento del 50% sobre las dimensiones originales para un grosor total de 0,5 a 4 mils. Los metales anodizados duros presentan una mayor rugosidad superficial. Los usos más comunes son los equipos de envasado de alimentos no decorativos, los rollos de papel para fotocopiadoras y las aplicaciones exteriores, como las fachadas y las ventanas de los edificios.

Proceso de anodización del aluminio

La pieza de aluminio se cuelga en bastidores de aluminio o titanio despojados que garantizan un buen contacto eléctrico. A lo largo del proceso de anodizado, las piezas se fijan y los bastidores se suspenden en una serie de tanques.

1. La pieza de aluminio se sumerge en un tanque caliente que contiene un agente de limpieza en remojo para eliminar toda la suciedad superficial.
2. La pieza se enjuaga para evitar la contaminación de la solución en los depósitos posteriores.
3. El siguiente tanque desoxida la pieza con una solución ácida (crómica, sulfúrica, nítrica o fosfórica) eliminando la fina superficie de óxido de aluminio no uniforme.
4. De nuevo, la pieza se enjuaga para evitar la contaminación del depósito.
5. El grabado se realiza suspendiendo la pieza en un tanque que contiene una solución de hidróxido de sodio. El grabado elimina el brillo natural del aluminio y proporciona un aspecto suave, mate y con textura.
6. La pieza se suspende en el tanque de anodizado, que contiene una mezcla diluida de ácido y agua capaz de permitir el flujo de corriente eléctrica. El tipo de ácido, el porcentaje de solución y la temperatura son parámetros críticos y dependen del acabado y el color deseados. El lado negativo del circuito eléctrico se conecta al bastidor de piezas y el lado positivo del circuito se conecta a uno o más "cátodos" que introducen la electricidad en el tanque. La cantidad y colocación de los cátodos varía en función del tamaño y la forma de la pieza, así como de los metros cuadrados totales de la superficie de aluminio a tratar. Las superficies más cercanas al cátodo recibirán una capa anódica más gruesa. Para el anodizado sulfúrico normal, se utiliza una fuente de alimentación de corriente continua capaz de producir hasta 24 voltios, manteniéndose el voltaje generalmente entre 18 y 24 voltios. La cantidad de corriente aplicada al tanque de anodizado variará en función de la cantidad de superficie a tratar, por regla general se requieren entre 12 y 16 amperios por cada pie cuadrado de cobertura. La solución electrolítica se agita durante el proceso de anodizado para proporcionar una temperatura uniforme a la solución. El proceso de anodizado en el tanque, en condiciones normales, dura menos de una hora.
7. Para añadir color (tinte), la pieza se sumerge en un tanque con un tinte orgánico diluido y soluble en agua. Cada tinte varía en cuanto a la duración y la temperatura de esta inmersión.
8. La última consideración en el proceso de anodizado es el sellado de la superficie exterior, ahora teñida, para que no se decolore ni se manche con la luz del sol. Sin sellar, la superficie exterior porosa tiene una menor resistencia a la corrosión. Para los revestimientos no teñidos, la pieza de aluminio anodizado se introduce en agua desionizada hirviendo durante 20 o 30 minutos. Esto convierte los poros no estructurados del óxido de aluminio en una forma de hidrato cristalino más sólido. Si las piezas anodizadas están teñidas, el proceso de sellado se realiza durante 3 a 5 minutos en un tanque con una solución de acetato de níquel.
9. El anodizado duro, según el proceso, utiliza una mezcla de ácido sulfúrico y oxálico. Se utilizan temperaturas relativamente bajas junto con una corriente más alta y un voltaje mucho mayor. La capa de óxido "gris" que se produce suele ser de 2 a 3 milímetros y es muy densa, resistente al desgaste y a la corrosión.   

Una alternativa a los bastidores es el anodizado a granel, que es más idóneo para anodizar piezas pequeñas y de forma irregular, como remaches, virolas y cubos médicos. En lugar de bastidores, las piezas se procesan en cestas perforadas de aluminio, plástico o titanio. Tanto si necesita una producción de bobinas como de lotes, el anodizado ofrece una de las mejores opciones de acabado del aluminio en la industria.

Otra alternativa es el anodizado en bobina. El aluminio en bobina se anodiza previamente para reducir los costes de acabado, ahorrar tiempo de producción y reducir la manipulación del material. Las ventajas del aluminio preanodizado pueden aplicarse a la mayoría de los productos que se fabrican a partir de láminas o bobinas. Los productos que se fabrican a partir de extrusiones, piezas de fundición, varillas, barras o placas se limitan a procesos de anodizado de piezas, como el trasiego o el granulado.

Aunque la mayoría de las aleaciones de aluminio forman óxido de aluminio en un tanque de anodización, tienden a anodizarse de forma diferente. Algunas aleaciones son más difíciles de anodizar, mientras que otras se anodizan en tonos ligeramente diferentes. Cuando se anodizan, las distintas aleaciones proporcionan diferentes niveles de trabajabilidad (mecanizado, esmerilado, pulido), propiedades de resistencia al medio ambiente y estabilidad dimensional.

¿Por qué anodizar?

El anodizado es un medio muy eficaz y deseable para el acabado del aluminio. Algunas de las principales ventajas del anodizado son:

• Durabilidad - La mayoría de las piezas anodizadas no sufren desgaste por la manipulación, la instalación, el uso y el mantenimiento
• Adhesión - El anodizado forma parte del aluminio para lograr una unión total y una adhesión inigualable.
• Color - Las piezas anodizadas mantienen una buena estabilidad del color cuando se exponen a los rayos ultravioleta, no tienen un revestimiento aplicado que esté sujeto a astillamiento o descascarillado, y tienen un proceso de coloración repetible.
• Calidad del acabado original - Las piezas no están sujetas a las marcas del proceso de anodizado original.
• Mantenimiento - Una limpieza suave con agua y jabón suele devolver al perfil anodizado su aspecto original.
• Estética - El anodizado ofrece un gran número de alternativas de brillo y color, a la vez que permite mostrar el aspecto metálico del aluminio extruido.
• Coste - El anodizado es un valor muy rentable en comparación con otros métodos de acabado. Además de los bajos costes de procesamiento y mantenimiento, la durabilidad minimiza los costes de sustitución.
• Medio ambiente, salud y seguridad - El anodizado es favorable a la normativa gubernamental actual porque es uno de los procesos industriales más respetuosos con el medio ambiente y no suele ser perjudicial para la salud humana. El acabado anodizado es químicamente estable, no se descompone, no es tóxico y es resistente al calor hasta el punto de fusión del aluminio. Dado que el proceso de anodizado es un refuerzo de un proceso de óxido natural, no es peligroso y no produce subproductos nocivos o peligrosos. Los baños químicos utilizados en el proceso de anodizado suelen recuperarse, reciclarse y reutilizarse. 

¿Por qué medir el grosor del anodizado?

Los parámetros del proceso de anodización influyen considerablemente en las propiedades del óxido formado. Si se utilizan temperaturas y concentraciones de ácido bajas, se obtiene un revestimiento menos poroso y más duro. Las temperaturas y el contenido de ácido más elevados, junto con tiempos de inmersión más largos, producen revestimientos más blandos y porosos. Pequeños cambios en la propia aleación o en cualquiera de estos parámetros pueden afectar significativamente al revestimiento.

Mediante diversos controles de proceso y técnicas de medición, los anodizadores pueden supervisar, controlar y corregir la aplicación del revestimiento anodizado. Uno de los controles de calidad más críticos para el anodizado es el espesor. El espesor del anodizado puede medirse de forma no destructiva utilizando un medidor de espesor de revestimiento por corrientes de Foucault o calculando el peso por unidad de superficie. La simplicidad del método de corrientes de Foucault no sólo es más eficaz que el método de cálculo, sino que también permite al inspector verificar que se produce un anodizado adecuado en todas las superficies de la pieza.

¿Dónde está el mercado de los materiales anodizados?

Los productos y componentes anodizados se utilizan en miles de aplicaciones comerciales, industriales y de consumo:

• Productos de construcción (muros cortina, sistemas de cubierta)
• productos comerciales y residenciales (rejillas de ventilación, toldos, marcos, accesorios)
• aparatos (frigoríficos, microondas, cafeteras)
• equipo de preparación de alimentos (sartenes, neveras, parrillas)
• muebles para el hogar y la oficina (mesas, camas, armarios)
• artículos deportivos (carros de golf, barcos, equipos de camping y pesca)
• componentes de vehículos de motor (molduras, tapacubos, paneles, placas de identificación)
• electrónica (televisores, equipos de fotografía)
• aeroespacial (paneles para satélites)

Asociaciones

AAC (Consejo de Anodizadores de Aluminio)

AEC (Consejo de Extrusores de Aluminio)

FGIA (Fenestration & Glazing Industry Alliance) - Antes AAMA-Architectural Manufacturers Association

La Asociación del Aluminio

Especificaciones de la industria del anodizado

Normas de anodización militar

MIL-A-8625-Recubrimientos anódicospara aluminio y aleaciones de aluminio

MIL-STD-171-Standard para el acabado y tratamiento de superficies

Normas de anodización ASTM

ASTM B244-09-Standard Método de ensayo para la medición del espesor de revestimientos anódicos sobre aluminio y de otros revestimientos no conductores sobre metales de base no magnética con instrumentos de corrientes de Foucault.

ASTM B487-85-Standard Método de ensayo para la medición del espesor de revestimientos metálicos y de óxido mediante el examen microscópico de una sección transversal.

ASTM B137-95-Standard Método de ensayo para la medición de la masa de revestimiento por unidad de superficie en aluminio con revestimiento anódico.

ASTM B136-84-Standard Método para medir la resistencia a las manchas de los revestimientos anódicos sobre aluminio.

ASTM B457-67-Standard Método de ensayo para la medición de la impedancia de revestimientos anódicos sobre aluminio.

ASTM B580-79-Standard Especificación para revestimientos de óxido anódico sobre aluminio

ASTM B680-80-Standard Método de ensayo para la calidad de sellado de revestimientos anódicos sobre aluminio mediante disolución ácida.

ASTM B893-98-Especificaciónpara anodizado de capa dura de magnesio para aplicaciones de ingeniería.

Normas de anodizado SAE International AMS (Aerospace Materials Specifications)

AMS2468-Tratamiento de revestimiento durode aleaciones de aluminio

AMS2469-Tratamiento de revestimiento durode aluminio y aleaciones de aluminio

AMS2471-Tratamiento anódicode las aleaciones de aluminio Proceso de ácido sulfúrico, Proceso de limpieza

AMS2472-Tratamiento anódicode aleaciones de aluminio Proceso de ácido sulfúrico, teñido por proceso

AMS-A-8625-Recubrimientos anódicospara aluminio y aleaciones de aluminio (copia de MIL-A-8625)

Normas internacionales Normas de anodización

ISO 7599-Anodizacióndel aluminio y sus aleaciones; especificaciones generales para los revestimientos de óxido anódico sobre el aluminio

ISO 8078-Tratamiento anódicode las aleaciones de aluminio - Proceso de ácido sulfúrico, revestimiento sin teñir

ISO 8079-Tratamiento anódicode aleaciones de aluminio - Proceso de ácido sulfúrico, revestimiento teñido

ISO 10074-Especificaciónpara revestimientos de oxidación anódica dura sobre aluminio y sus aleaciones

Normas de anodización BS, DIN, EN

BS/DIN EN 2101-Especificaciónpara el anodizado con ácido crómico del aluminio y las aleaciones de aluminio forjado

BS/DIN 2284-Especificaciónpara el anodizado con ácido sulfúrico del aluminio y las aleaciones de aluminio forjado

BS/DIN 2536-Anodizado durode aleaciones de aluminio

BS/DIN 2808-Anodizaciónde titanio y aleaciones de titanio

DIN EN ISO 7599 - Anodizado dealuminio y aleaciones de aluminio - Método para especificar capas de óxido decorativas y protectoras producidas anódicamente sobre aluminio