Wpływ żelaza na kolor i jakość powłoki tlenkowej w stopach aluminium
Warstwa tlenkowa powstająca na stopach aluminium zawierających żelazo jest zazwyczaj ciemniejsza w porównaniu do tej, która tworzy się na czystym aluminium lub stopach o niskiej zawartości tego pierwiastka. Przyczyną tego zjawiska jest obecność licznych związków międzymetalicznych, takich jak Al-Fe i Al-Fe-Si, które nie utleniają się w taki sam sposób jak czyste aluminium. W konsekwencji powstaje warstwa tlenkowa o nierównomiernej strukturze i ciemniejszym zabarwieniu.
Obecność żelaza znacznie wpływa na proces anodowania aluminium, podczas którego tworzona jest kontrolowana warstwa tlenku glinu. W przypadku czystego aluminium warstwa ta jest zazwyczaj przezroczysta lub lekko biaława, co zapewnia estetyczny i jednolity wygląd powierzchni. Jednak w stopach o wyższej zawartości żelaza proces ten przebiega inaczej.
Fazy bogate w żelazo absorbują więcej światła, przez co warstwa anodowa przybiera kolor szary, a nawet czarny. Ponadto powierzchnia może wykazywać smugi i przebarwienia, co negatywnie wpływa na jej estetykę.
Zjawisko to jest bezpośrednio związane z właściwościami optycznymi tlenków żelaza, które mają wyższy współczynnik załamania światła niż tlenek glinu. Oznacza to, że tlenki żelaza intensywniej pochłaniają i rozpraszają światło, co sprawia, że powierzchnia stopu staje się mniej odbijająca i ciemniejsza. Stopień przyciemnienia powłoki zależy od zawartości żelaza w stopie. Przy niskich stężeniach poniżej 0,3% warstwa tlenkowa pozostaje stosunkowo jasna i zbliżona do standardowego anodowanego aluminium. W zakresie 0,3–1,0% kolor staje się bardziej szary i mniej jednolity, natomiast w stopach zawierających ponad 1,0% żelaza anodowana powłoka może być ciemnobrązowa lub wręcz czarnawa, często z widoczną niejednorodnością odcienia.
Konsekwencje tego efektu zależą od zastosowania stopu. W przemyśle dekoracyjnym i architektonicznym ciemniejsza, nierównomierna powłoka tlenkowa jest niepożądana, ponieważ pogarsza estetykę wykończenia powierzchni. Natomiast w zastosowaniach przemysłowych i konstrukcyjnych kolor powłoki ma mniejsze znaczenie, chociaż może wskazywać na zmiany w strukturze warstwy ochronnej. Należy również pamiętać, że niejednorodna powłoka może wpływać na odporność na korozję, ponieważ tlenki żelaza mogą tworzyć lokalne ogniwa galwaniczne, przyspieszające degradację materiału.
Podsumowując, wyższa zawartość żelaza w stopach aluminium prowadzi do powstawania ciemniejszych i mniej jednolitych warstw tlenkowych. Jest to spowodowane obecnością związków międzymetalicznych oraz ich wpływem na właściwości optyczne i chemiczne powierzchni. W przemyśle kluczowe jest odpowiednie kontrolowanie składu stopu, zwłaszcza w przypadku produktów, w których estetyka i odporność na korozję odgrywają kluczową rolę.
żródło:
Jude M. Runge, Trace Elements and the Impact on Surface Finishing Characteristics of Aluminum Extrusions, The Metallurgy of Anodizing Aluminum” is available at https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-72177-4
