Anodizzazione vs galvanoplastica: un confronto tecnico completo

Un componente anodizzato e uno galvanizzato hanno un aspetto simile. Occorre una grande competenza per distinguerli, soprattutto a occhio nudo. La differenza principale tra l’anodizzazione e la galvanizzazione sta nel fatto che l’anodizzazione aggiunge uno strato protettivo al componente per migliorarne la resistenza meccanica, la resistenza alla corrosione e la resistenza all’attrito. Entrambe le tecniche possono essere utilizzate anche come finiture decorative nel settore della bellezza e dei cosmetici. Questa guida esamina le differenze tecniche tra l’anodizzazione e la galvanizzazione per aiutare i lettori a comprendere chiaramente i due metodi.

Come funziona l'anodizzazione?

L'anodizzazione è un processo di ossidazione elettrochimica tipicamente applicato ai componenti in alluminio. Viene utilizzata per trattarli in modo che possano svolgere funzioni specifiche, secondo le esigenze dell'utente.

Durante il processo di anodizzazione, due metalli vengono immersi in una soluzione chimica denominata elettrolita. Gli elettroliti più comunemente utilizzati nell’anodizzazione sono soluzioni di acido solforico e acido cromico. Un metallo viene collegato al polo positivo dell’alimentatore, diventando così l’anodo. Il secondo metallo viene collegato al polo negativo, diventando così il catodo.

L'alimentatore viene acceso per fornire corrente elettrica. Man mano che la corrente elettrica attraversa il bagno, dissocia le molecole d'acqua, rilasciando ioni di ossigeno. Gli ioni di ossigeno si legano quindi alla superficie del metallo anodico, innescando una reazione chimica con esso. La reazione porta alla formazione di un ossido metallico. A differenza della verniciatura o della galvanoplastica, lo strato di ossido metallico si integra con il substrato sottostante, quindi non si stacca né si scheggia mai. Nel caso dell’alluminio, l’ossido di alluminio conferisce resistenza strutturale, rendendolo adatto ad ambienti sottoposti a carichi elevati.

Esistono tre tipi di anodizzazione, a seconda della resistenza all'usura, della resistenza alla corrosione e dell'aspetto richiesti. Questi tipi sono riassunti nella tabella sottostante;

Come funziona la galvanoplastica?

Nella galvanoplastica, una corrente elettrica dissolve gli ioni metallici presenti in una delle barre metalliche e li deposita sul metallo di destinazione. Il metallo aggiunto è detto “metallo di deposizione”, mentre il materiale sottostante o il pezzo da lavorare è detto “materiale di substrato”.

I componenti principali di un impianto di galvanoplastica comprendono il catodo (l'oggetto da placcare), l'anodo (un metallo che fornisce gli ioni per la placcatura) e la soluzione elettrolitica contenente gli ioni disciolti. L'alimentatore in corrente continua fornisce l'energia elettrica necessaria per la deposizione. La galvanoplastica comprende inoltre un sistema di controllo del processo per la regolazione dei parametri di processo.

Il metallo più comunemente utilizzato nella galvanoplastica è il nichel. Supponiamo che si debba rivestire l’acciaio con una patina di nichel: il nichel funge da anodo, mentre l’acciaio è il catodo. All’anodo, il nichel metallico cede elettroni e si trasforma in ione.

Ni → Ni²⁺ + 2e⁻

Al catodo, gli ioni di nichel presenti intorno all’acciaio acquisiscono elettroni e formano nichel metallico.

Ni²⁺ + 2e⁻ → Ni

Come regola generale, il pezzo da lavorare viene solitamente considerato come il catodo. Il tipo di metallo depositato determina la tipologia di galvanizzazione. Ad esempio, la nichelatura deposita nichel sul pezzo da lavorare, mentre la zincatura deposita zinco sul pezzo da lavorare.

Quali materiali possono essere anodizzati o sottoposti a galvanizzazione?

La scelta del materiale è una delle differenze più evidenti tra l’anodizzazione e la galvanoplastica. L’anodizzazione è strettamente associata all’alluminio e alle sue leghe, al magnesio e al titanio. Per l’anodizzazione convenzionale, gli ingegneri scelgono solitamente l’alluminio. Tuttavia, le diverse leghe di alluminio presentano comportamenti diversi durante l’anodizzazione, influenzando la formazione del rivestimento, l’aspetto e l’uniformità. Ad esempio, il rame e lo zinco mostrano comportamenti diversi quando combinati con altri elementi di lega quali il silicio e il magnesio.

La scelta dei materiali per la galvanoplastica, invece, è più ampia. Tra i substrati più comunemente utilizzati figurano l'acciaio al carbonio, il rame, l'acciaio inossidabile, l'alluminio, l'ottone, le leghe di zinco e le leghe di nichel. I metalli più comunemente depositati sono il nichel, lo zinco, il rame, il cromo, l'argento e l'oro.

Qual è la differenza tra l'anodizzazione e la galvanoplastica in termini di spessore del rivestimento?

Non esiste uno spessore standard universale per i processi di anodizzazione o galvanizzazione. Lo spessore corretto dipende da diversi fattori, quali il substrato, la tolleranza dimensionale, l'applicazione del componente e l'ambiente corrosivo.

Spessore dell'anodizzazione

Per le finiture decorative sottili, lo spessore dell'anodizzazione è di appena pochi micrometri. Questo spessore può raggiungere i 100 µm nel caso dell'anodizzazione dura. L'Aluminum Anodizers Council classifica l'alluminio per uso architettonico in due classi. La Classe I prevede uno spessore minimo approssimativo di 18 µm, mentre la Classe II prevede uno spessore minimo approssimativo di 10 µm.

Spessore del rivestimento elettrolitico

I rivestimenti ottenuti mediante galvanoplastica variano a seconda dell’applicazione, spaziando da sottili strati decorativi a rivestimenti tecnici più spessi utilizzati per garantire la resistenza strutturale. Ad esempio, il cromo decorativo ha uno spessore di pochi micrometri. Il nichel, invece, ha uno spessore che va da alcuni a decine di micrometri. Il cromo duro può avere uno spessore di decine o centinaia di micrometri, a seconda dell’applicazione specifica.

Quale processo crea la superficie più dura?

La durezza ottenuta mediante anodizzazione e galvanizzazione dipende dai metodi e dai materiali utilizzati. La scelta dell'alluminio, ad esempio, consente di raggiungere valori di microdurezza fino a 400 HV, a seconda della lega utilizzata. Il processo di anodizzazione dura crea uno strato di ossido di alluminio simile alla ceramica che consente l'utilizzo dell'alluminio in ambienti corrosivi.

La durezza superficiale è ancora maggiore nel caso della cromatura dura a scopo tecnico. Il livello di durezza può variare da 750 HV a 1050 HV.

La durezza superficiale non può essere utilizzata per stabilire quale processo sia superiore all’altro. Occorre prendere in considerazione altri fattori, quali il meccanismo di corrosione, l’adesione del rivestimento e la durezza del substrato.

Quale offre una migliore resistenza alla corrosione?

Non esiste un metodo migliore di un altro per ottenere la resistenza alla corrosione. Lo strato di ossido di alluminio formatosi durante l’anodizzazione rende l’alluminio resistente agli attacchi ambientali. Tuttavia, dopo l’anodizzazione, lo strato viene sigillato per ridurne la permeabilità, data la sua struttura anodica porosa. Con un’adeguata anodizzazione dura e un’adeguata sigillatura, l’alluminio trova ampia applicazione anche in ambienti altamente corrosivi.

L'efficacia della galvanoplastica nel garantire la resistenza alla corrosione dipende dalla struttura del rivestimento e dalla natura del metallo depositato. Gli ingegneri utilizzano ampiamente lo zinco nella galvanoplastica grazie alla sua funzione di protezione sacrificale contro la corrosione. La norma ASTM B633 fornisce linee guida sulla deposizione elettrolitica dello zinco su acciaio e ferro. Essa stabilisce che, per una protezione efficace dalla corrosione, il pezzo debba essere sottoposto a trattamenti supplementari quali la passivazione.

Né l'anodizzazione né la galvanoplastica possono garantire una resistenza alla corrosione superiore all'altra senza un trattamento aggiuntivo. È importante sigillare il materiale o eseguire un trattamento post-lavorazione per evitare crepe, pori e discontinuità e per migliorare la resistenza alla corrosione.

Quando gli ingegneri dovrebbero optare per l’anodizzazione anziché per la galvanoplastica?

Esistono alcuni ambiti in cui l’anodizzazione risulta più indicata rispetto alla galvanoplastica. Innanzitutto, l’anodizzazione è fortemente preferita nei casi in cui l’alluminio viene utilizzato come componente strutturale. In tali applicazioni, gli ingegneri preferiscono solitamente mantenere l’aspetto dell’alluminio. Il metodo è adatto anche quando si desidera mantenere il colore nero, trasparente o altre tonalità. Per mantenere il colore nero, viene utilizzato un processo specializzato di anodizzazione nera basato sulla tintura. In secondo luogo, l’anodizzazione viene impiegata quando il rivestimento deve essere integrato in modo permanente o saldo con il substrato. Ciò contribuisce a prevenire lo sfaldamento del rivestimento, garantendo così la resistenza alla corrosione. In terzo luogo, gli ingegneri preferiscono l’anodizzazione quando non è richiesto un rivestimento metallico di riparazione di elevato spessore.

Tra gli esempi di campi di applicazione figurano gli alloggiamenti elettronici, le finiture automobilistiche, i corpi delle fotocamere, le apparecchiature ottiche e i dissipatori di calore. L’anodizzazione si suddivide in applicazioni decorative e tecniche. Le linee guida per l’anodizzazione decorativa e protettiva dell’alluminio sono contenute nella norma ISO 7599. La norma ISO 10074, invece, fornisce le linee guida per l’anodizzazione dura nelle applicazioni tecniche.

Quando gli ingegneri dovrebbero invece optare per la galvanoplastica?

A volte gli ingegneri progettano un sistema o un componente in modo che la sua superficie presenti una specifica proprietà metallica. Ciò può essere ottenuto efficacemente mediante galvanizzazione del substrato con il metallo desiderato. Tra le proprietà che gli ingegneri ricercano nei diversi metalli di rivestimento figurano la conduttività elettrica, la bassa resistenza di contatto, l’elevata durezza superficiale e la resistenza all’usura. A volte i produttori mirano a ottenere saldabilità, basso attrito, aspetto metallico e resistenza chimica.

Tra le applicazioni tipiche figurano elementi di fissaggio in acciaio zincato per garantire resistenza alla corrosione, componenti placcati in rame per i contatti elettrici e catene metalliche placcate in oro per motivi estetici.

Conclusione

L'anodizzazione e la galvanoplastica differiscono sotto diversi aspetti. La differenza principale sta nel fatto che l'anodizzazione potenzia il processo di ossidazione che avviene naturalmente, mentre la galvanoplastica consiste nell'applicare un metallo sulla superficie di un altro metallo. Sebbene l'anodizzazione offra una maggiore resistenza alla corrosione e diverse opzioni decorative, in genere non è in grado di garantire lo stesso livello di resistenza all'usura di alcuni trattamenti superficiali, come la cromatura dura o i rivestimenti ottenuti mediante deposizione fisica da vapore (PVD). Inoltre, l’anodizzazione non è applicabile a tutti i metalli. La decisione finale deve essere presa tenendo conto di tutti i materiali del prodotto, delle condizioni di applicazione, dei requisiti prestazionali e del budget, considerando il contesto complessivo.