Jak przygotować aluminium przed anodowaniem?

Proces przygotowania aluminium do anodowania obejmuje szereg etapów, których zadaniem jest oczyszczenie powierzchni z zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych, wyrównanie jej mikrostruktury oraz nadanie odpowiednich właściwości adhezyjnych. Pierwszym krokiem jest odtłuszczanie, mające na celu usunięcie pozostałości olejów, smarów i past polerskich. Stosuje się zarówno metody fizyczne, takie jak mycie w ultradźwiękach lub w parze, jak i chemiczne, wykorzystujące roztwory alkaliczne zawierające wodorotlenek sodu, węglan sodu, fosforan sodu lub specjalistyczne detergenty przemysłowe. Kąpiele te prowadzone są zazwyczaj w temperaturze 50–70°C przez kilka minut, a po ich zakończeniu niezbędne jest dokładne płukanie w wodzie demineralizowanej, aby zapobiec wprowadzeniu jonów obcych do dalszych etapów obróbki.

Kolejnym etapem jest trawienie, którego celem jest usunięcie naturalnej warstwy tlenku aluminium i wyrównanie powierzchni. W praktyce przemysłowej najczęściej stosuje się kąpiele z roztworem NaOH o stężeniu 30–80 g/L w temperaturze 50–60°C. Czas trawienia zależy od rodzaju stopu i pożądanego efektu powierzchni – zwykle wynosi od jednej do trzech minut. Po trawieniu należy natychmiast przepłukać powierzchnię, ponieważ pozostałości alkaliów mogą prowadzić do miejscowych przebarwień. Szczególną ostrożność należy zachować przy stopach serii 6xxx i 7xxx, które zawierają pierwiastki takie jak krzem, miedź czy cynk. W ich przypadku niewłaściwe prowadzenie procesu może skutkować powstawaniem ciemnych osadów będących pozostałością nierozpuszczalnych faz międzymetalicznych.

Po trawieniu powierzchnia aluminium często pokryta jest ciemnym nalotem, który należy usunąć poprzez proces dekapowania. Stosuje się w tym celu roztwory kwaśne, najczęściej będące mieszaniną kwasu azotowego i fluorowodorowego w typowych proporcjach: HNO₃ 250–300 g/L oraz HF 1–3 g/L. Proces ten przeprowadza się w temperaturze 20–25°C przez kilkadziesiąt sekund. Dekapowanie usuwa pozostałości faz międzymetalicznych i otwiera strukturę powierzchni, co zapewnia równomierne utlenianie w kolejnym etapie. Po dekapowaniu niezbędne jest kilkukrotne płukanie w wodzie demineralizowanej, aby całkowicie usunąć resztki elektrolitów. W nowoczesnych liniach anodowniczych stosuje się również dodatkowe kąpiele aktywujące w roztworach o bardzo niskim stężeniu kwasów, które poprawiają inicjację procesu anodyzacji i jednorodność warstwy tlenkowej.

Właściwe przygotowanie powierzchni musi uwzględniać także skład chemiczny i mikrostrukturę stopu aluminium. Czyste stopy, jak serie 1xxx czy 3xxx, charakteryzują się bardzo dobrą podatnością na anodowanie i pozwalają uzyskać gładkie, jednorodne warstwy. W przypadku stopów 6xxx, które zawierają magnez i krzem, proces wymaga precyzyjnego sterowania czasem trawienia, aby uniknąć niejednorodnego matowienia wynikającego z obecności faz krzemowych. Stopy serii 7xxx zawierające cynk i miedź są szczególnie wrażliwe na działanie środowisk agresywnych i wykazują tendencję do korozji naprężeniowej, dlatego dla nich stosuje się łagodniejsze i krótsze procesy przygotowawcze.

Badania mikroskopowe prowadzone metodami SEM, EDS czy EBSD dowodzą, że równomierne rozmieszczenie faz międzymetalicznych i brak zanieczyszczeń powierzchniowych mają bezpośredni wpływ na jednorodność i szczelność warstwy anodowej. Pozostałości alkaliów lub fluorków mogą zakłócać lokalne warunki elektrochemiczne, prowadząc do mikroporowatości, mikropęknięć lub przebarwień. W celu uzyskania powierzchni idealnie czystej i aktywnej zaleca się tuż przed anodowaniem przeprowadzenie tzw. odtłuszczania katodowego, które usuwa resztki filmów organicznych i wyrównuje potencjał powierzchni metalu.

Istotnym aspektem, często bagatelizowanym w praktyce przemysłowej, jest jakość wody używanej do płukania. Zanieczyszczenia jonowe, takie jak chlorki, siarczany czy żelazo trójwartościowe, mogą powodować korozję podpowłokową lub zaburzenia barwy powłoki. Dlatego w procesach o wysokich wymaganiach, na przykład w przemyśle lotniczym lub dekoracyjnym, stosuje się wyłącznie wodę dejonizowaną o przewodności nieprzekraczającej 5 µS/cm.

Podsumowując, przygotowanie aluminium do anodowania stanowi etap kluczowy dla uzyskania trwałej, estetycznej i funkcjonalnej powłoki tlenkowej. Proces ten, obejmujący odtłuszczanie, trawienie, dekapowanie i płukanie, wymaga ścisłej kontroli parametrów technologicznych oraz dostosowania ich do rodzaju i mikrostruktury stopu. Każdy etap ma charakter krytyczny, a jego pominięcie lub niedokładne wykonanie może prowadzić do defektów nieusuwalnych na późniejszym etapie. Z naukowego punktu widzenia przygotowanie powierzchni należy traktować jako fundamentalny element inżynierii powierzchni aluminium, determinujący zarówno właściwości mechaniczne, jak i odporność korozyjną oraz estetykę uzyskanej powłoki anodowej.

Źródło:
Wernick S., Pinner R., Sheasby P. G., The Surface Treatment and Finishing of Aluminium and Its Alloys, 6th ed., Finishing Publications Ltd, 2012.
Diggle J. W., Downie T. C., Goulding C. W., “Anodic oxide films on aluminium”, Chemical Reviews, 69(3), 1969, s. 365–405.
Alwitt R. S., “Anodic films on aluminum”, Electrochimica Acta, 23(11), 1978, s. 1169–1183.
Habazaki H. et al., “Formation and microstructure of anodic oxide films on aluminum alloys”, Surface and Coatings Technology, 169–170, 2003, s. 151–155.
Olefjord I., “Surface preparation of aluminium before anodizing”, Corrosion Science, 14(1), 1974, s. 29–41.