Guide sur l'anodisation de l'aluminium : l'influence de la composition chimique des alliages sur les finitions CNC

Toute pièce placée dans une cuve d'anodisation est soumise au même processus électrochimique, quelle que soit son utilisation. Le fait que la pièce en aluminium anodisé soit propre, cassante ou puisse être séchée est déterminé avant même que cette pièce n'atteigne la chaîne de production. Tout cela est défini dans le dessin de spécification de l'alliage, qui précise le matériau ou la nuance de métal requise pour la pièce. Ces informations figurent dans la nomenclature (BOM), dans les remarques générales ou dans le cartouche. Par exemple, deux pièces placées dans un bain d’anodisation, avec le même courant et au même moment, peuvent présenter des revêtements sensiblement différents. Ainsi, si l’une est en 7075-T6 et l’autre en 6061-T6, elles peuvent présenter des variations de couleur ou un décalage esthétique.

Ce guide se concentrera plus particulièrement sur cette variable : l'influence de la composition chimique des alliages d'aluminium sur les résultats de l'anodisation. Il examinera également son impact sur les pièces moulées sous pression et usinées par CNC, en tenant compte de caractéristiques telles que les tolérances dimensionnelles, le choix de l'alliage et les indications figurant sur les plans.

Pourquoi un même procédé d'anodisation donne-t-il des résultats différents selon les alliages ?

En ce qui concerne l'anodisation des alliages d'aluminium, la question ne porte pas sur la capacité du matériau à être anodisé, mais sur son comportement pendant et après le processus. L'anodisation génère une couche d'oxyde d'aluminium à la surface de l'aluminium par le biais d'une réaction électrochimique, créant ainsi un film protecteur durable conforme à des normes techniques telles que la norme ASTM B580. ^[1]. Si l'aluminium est pur, il s'oxyde de manière nette et uniforme. En revanche, dans le cas des éléments d'alliage, l'effet est manifeste car ceux-ci se séparent à l'interface métal-oxyde au fur et à mesure que le film se forme. Chaque élément produit des effets structurels et optiques distincts sur la couche ainsi formée.

Une couche d'oxyde uniforme, d'épaisseur et de teinte prévisibles, se forme sur les alliages contenant du 6061. Les alliages à haute résistance présentant une forte teneur en cuivre donnent lieu à la formation d'un revêtement plus foncé et irrégulier.

La compréhension de cet aspect aide les industries à déterminer l'influence des matériaux sur les résultats de l'anodisation. Cela permet de définir l'intérêt de respecter les spécifications et de savoir comment gérer les résultats inattendus.

• Cuivre : présente une teinte jaunâtre visible dans un film transparent de type II, même à une concentration de 1% en poids.
• Zinc : lorsqu'il se dépose sous la couche d'oxyde, il prend une teinte bleue.
• Fer et manganèse : provoquent une décoloration allant du jaune au brunâtre.
• Silicium : Cela perturbe l'uniformité de la croissance de l'oxyde et donne lieu à des finitions sombres et irrégulières, car des zones riches en silicium restent incrustées à la surface. Ce phénomène se produit à environ 8-9% ou au-delà ; à cette température, le silicium ne se transforme pas du tout en oxyde.

Ainsi, deux alliages présentant des paramètres d'anodisation similaires — durée, températures et concentration du bain — donneraient un aspect totalement différent à la pièce à l'issue du traitement.

Comparaison des procédés d'anodisation des alliages d'aluminium.

La comparaison entre les alliages d'aluminium se résume souvent à un choix entre l'aspect esthétique et la résistance.

Pour les commandes internes d'usinage CNC réalisées dans notre atelier, lorsque les plans des clients spécifient des finitions anodisées à haute visibilité (rouges, bleus et teintes saturées), la conception privilégie les alliages 6063-T5 OU 6061-T6 plutôt que le 7075. Le zinc et le cuivre présents dans l’alliage 7075 diffusent la lumière et atténuent la saturation des teintes, même avec un savoir-faire de haut niveau en matière d’anodisation.

Pourquoi les alliages 2024 et 7075 présentent-ils une anodisation plus foncée ou moins homogène ?

L’oxyde formé lors de l’anodisation est poreux, et le colorant y est absorbé, ce qui donne lieu à différentes couleurs. La couleur est due à des éléments d’alliage tels que le Cu, le Zn, le Mg et le Si, qui agissent sur le film d’oxyde d’aluminium. Dans le cas des alliages corroyés, leur pourcentage en poids peut modifier radicalement la teinte de la couche d’oxyde. Pour les alliages moulés, si la teneur en impuretés est trop élevée, certaines couleurs deviennent impossibles à obtenir.

Par exemple, dans des alliages tels que le 2024 et le 7075, les impuretés donnent une couleur gris foncé après l'anodisation, en raison de la forte teneur en cuivre du 2024 et de la forte teneur en zinc du 7075. Les particules intermétalliques présentes dans le 2024, riche en cuivre, sont plus poreuses et moins uniformes. Ce matériau convient donc aux pièces aérospatiales pour lesquelles un anodisage à l’acide chromique de type I est spécifié plutôt que de type II. Le type I est souvent le procédé de choix pour préserver la résistance à la fatigue d’origine d’un matériau, en raison de ses contraintes plus faibles et de sa meilleure tolérance dans les pièces moulées.

Le type III permet d'obtenir une surface adaptée aux environnements les plus difficiles. Toutefois, le revêtement dur de type III n'est pas appliqué sur le cuivre ni sur les alliages dont la teneur en silicium est supérieure à 5% ou 8%, ni sur les alliages présentant une porosité supérieure à 5%.

L'alliage 7075 est réputé pour son incroyable résistance, mais sa teneur en zinc et en cuivre complique le processus d'anodisation, ce qui entraîne des irrégularités dans la couche d'oxyde. Il excelle dans les applications soumises à de fortes contraintes et exigeant une grande résistance, en particulier pour les pièces soumises à une usure importante, ainsi que dans les matériaux destinés à des applications militaires et structurelles.

Il est pratiquement impossible d'obtenir des teintes plus claires avec ces alliages. Pour un meilleur rendu des couleurs, les alliages 5052 et 3003 permettent d'obtenir une couche anodisée plus claire.

Pourquoi l'A380 et l'ADC12 sont-ils encore plus difficiles à anodiser ?

L'A380 et l'ADC12 sont les alliages d'aluminium moulés sous pression les plus courants ; ils présentent des propriétés similaires. L'ADC12 domine les marchés asiatiques, tandis que l'A380 est prédominant en Amérique du Nord. L'anodisation de ces alliages est difficile et nécessite un contrôle extrêmement rigoureux du processus. Par conséquent, leur anodisation se limite à une protection fonctionnelle contre la corrosion et à des finitions noires ou gris foncé.

Cet obstacle tient à leur composition chimique. Le matériau ADC12 à base d'aluminium, par exemple, présente une teneur en silicium comprise entre 9,61 TP4T et 121 TP4T, qui ne participe pratiquement pas à la réaction.

L'A380 présente une teneur en silicium plus faible (7,51 TP4T – 9,51 TP4T) et une teneur en cuivre plus élevée (3,01 TP4T – 4,01 TP4T). Bien qu'il soit très fluide, il n'atteint pas les capacités exceptionnelles de remplissage des cavités de l'ADC12.  C'est pourquoi il est mieux adapté pour offrir des propriétés mécaniques supérieures.

Lorsque l'aluminium s'oxyde, le silicium, un élément non conducteur, reste sous forme de flocons ou de particules, formant une “ couche de poussière ” non adhérente. Par conséquent, les pièces en aluminium moulées sous pression doivent être anodisées pour assurer leur résistance à la corrosion, et les équipes d'approvisionnement doivent s'attendre à des couleurs foncées ou à un aspect naturel (non teinté) lorsqu'elles spécifient l'ADC12/A380. Pour obtenir une finition teintée brillante et uniforme, l’aluminium 6061 ou 6063 est plus fiable, même si son coût unitaire est plus élevé.

Comment le choix de l'alliage influe-t-il sur la sélection entre le type II et le type III ?

Une fois que vous avez spécifié l'anodisation sur un plan, vous aurez probablement le choix entre deux types. Un mauvais choix peut entraîner une protection insuffisante ou vous coûter cher.

Comment les programmeurs CNC doivent-ils intégrer les tolérances dimensionnelles ?

Chaque projet étant différent, les concepteurs suivent des directives générales concernant les tolérances d'usinage en fonction du procédé de fabrication utilisé. Les programmeurs CNC déterminent les tolérances dimensionnelles en s'appuyant sur la règle empirique du 50/50 pour les pièces en aluminium destinées à l'anodisation. Cela signifie que, pendant le processus, la couche d'oxyde s'étend de 50% de son épaisseur vers l'intérieur de la pièce, tandis que l'autre 50% s'étend vers l'extérieur, venant s'ajouter à la surface d'origine.

Ainsi, pour obtenir les dimensions correctes, la marge par surface doit correspondre exactement à la moitié de l'épaisseur totale de revêtement spécifiée.

Conformément à la norme MIL-A-8625, le bon de commande ou le plan de pièce précise le type de revêtement, son épaisseur et la méthode d'étanchéification.

En précisant « anodisation » sur le dessin, vous avez le choix entre deux types :

Le type II présente une épaisseur de revêtement comprise entre 0,0002 et 0,001 pouce (5 à 25 µm). Il prévoit une marge de croissance vers l'extérieur pour garantir un ajustement aussi serré que possible.

Le revêtement dur de type III présente une épaisseur totale comprise entre 0,001 et 0,003 pouce (25 à 75 µm). Il convient de tenir compte de cette tolérance afin de garantir un ajustement correct des alésages, des arbres et des éléments d'accouplement.

Pour les éléments tels que les trous filetés, les logements de roulements et les alésages de goupilles dont les tolérances sont inférieures à environ ±0,001 pouce : les masquer ou les obturer avant l'anodisation, ou les usiner après.

Comment l'anodisation de l'aluminium est-elle indiquée sur un plan ?

Un plan technique doit mentionner l'anodisation de l'aluminium afin de préciser les finitions et l'aspect du produit et d'éviter tout problème dimensionnel.

1. Norme, type et classe d'anodisation : par exemple, type III (revêtement dur), norme de référence telle que MIL-A-8625, classe 2 (teinté).
2. Remarque concernant les cotes : vérifier si les cotes indiquées s'appliquent avant ou après l'anodisation.
3. Masquage et contacts : pour les zones nécessitant des points de contact électriques ou des interfaces à tolérance serrée.
4. Plage d'épaisseur du revêtement en microns ou en mils.

Conclusion

L'anodisation de l'aluminium est un procédé efficace permettant de finir les produits en aluminium et d'améliorer leurs performances ainsi que leur aspect esthétique. Comprendre ce procédé permet de faire le meilleur choix en fonction de chaque besoin, car il offre une grande variété de types et de couleurs d'anodisation. Ce guide vous aide à prendre des décisions éclairées afin d'obtenir des produits en aluminium anodisé de haute qualité.

Nos services d'anodisation garantissent qualité et précision pour chaque projet, vous aidant ainsi à atteindre vos objectifs. C'est pourquoi nos équipes techniques s'engagent à respecter des tolérances précises et à fournir des résultats hautement performants à chaque intervention.

Référence

[1] ASTM International. (2019). ASTM B580-79(2019) Spécification standard relative aux revêtements d'oxyde anodique sur l'aluminium. Base de données des normes ASTM. https://www.astm.org/b0580-79r19.html