Guia sobre a anodização do alumínio: como a composição química da liga influencia os acabamentos CNC

Qualquer peça colocada num tanque de anodização é sujeita ao mesmo processo eletroquímico, independentemente da sua utilização. O facto de a peça de alumínio anodizado sair limpa, frágil ou passível de secagem é determinado ainda antes de essa peça chegar à linha de produção. Tudo isto ocorre no desenho de especificação da liga, que define o material ou o grau do metal necessário para a peça. Esta informação está incluída na lista de materiais (BOM), nas notas gerais ou no bloco de título. Por exemplo, duas peças colocadas num banho de anodização, com a mesma corrente e ao mesmo tempo, podem produzir revestimentos visivelmente diferentes. Se uma for 7075-T6 e a outra 6061-T6, podem apresentar variações de cor ou uma incompatibilidade estética.

O guia centrar-se-á especificamente nessa variável: a forma como a composição química da liga de alumínio influencia os resultados da anodização. Além disso, analisará o seu impacto em peças moldadas por injeção e usinadas por CNC, tendo em conta propriedades como tolerâncias dimensionais, seleção da liga e especificações do desenho técnico.

Por que razão o mesmo processo de anodização produz resultados diferentes em ligas diferentes?

No que diz respeito à anodização de ligas de alumínio, a questão não se prende com a capacidade do material para ser anodizado, mas sim com o seu comportamento durante e após o processo. A anodização produz uma camada de óxido de alumínio na superfície do alumínio através de uma reação eletroquímica, criando uma película protetora duradoura, em conformidade com normas de engenharia como a ASTM B580 ^[1]. Se o alumínio for puro, oxidará de forma limpa e uniforme. No entanto, no caso dos elementos de liga, o efeito é evidente, uma vez que estes se segregam na interface metal-óxido à medida que a película cresce. Cada elemento apresenta efeitos estruturais e óticos distintos na camada resultante.

No material de liga que contém 6061, forma-se uma camada de óxido uniforme, com espessura e tonalidade previsíveis. As ligas de alta resistência com elevado teor de cobre produzem um crescimento do revestimento mais escuro e irregular.

Compreender este aspeto ajuda as indústrias a determinar de que forma os materiais afetam os resultados da anodização. Isto ajuda a definir o objetivo do cumprimento das especificações e a forma de lidar com resultados inesperados.

• Cobre: apresenta uma tonalidade amarelada visível numa película transparente do Tipo II, mesmo numa proporção de 1% em peso.
• Zinco: à medida que se deposita sob a camada de óxido, apresenta uma cor azul.
• Ferro e manganês: provocam uma descoloração que varia do amarelo ao acastanhado.
• Silício: perturba a uniformidade do crescimento do óxido e produz acabamentos escuros e irregulares, uma vez que as áreas ricas em silício permanecem incorporadas na superfície. Isto acontece a cerca de 8-9% ou a temperaturas superiores; não se transforma de todo em óxido.

Assim, duas ligas com parâmetros de anodização semelhantes — tempo, temperaturas e concentração da solução — resultariam num aspeto totalmente diferente da peça ao sair do tanque.

Comparação entre processos de anodização de ligas de alumínio.

A comparação entre ligas de alumínio resume-se, muitas vezes, à escolha entre a aparência e a resistência.

No que diz respeito às encomendas internas de CNC na nossa oficina, quando os desenhos dos clientes especificam acabamentos anodizados de alta visibilidade (vermelhos, azuis e cores saturadas), o projeto centra-se nas ligas 6063-T5 OU 6061-T6, em vez da 7075. O zinco e o cobre presentes no 7075 dispersam a luz e atenuam a saturação da cor, mesmo com uma elevada perícia em anodização.

Por que razão as ligas 2024 e 7075 ficam mais escuras ou menos uniformes após a anodização?

O óxido formado durante a anodização é poroso, e o corante é absorvido no seu interior, criando cores diferentes. A cor deve-se a elementos de liga, como Cu, Zn, Mg e Si, que afetam a película de óxido de alumínio. No caso das ligas forjadas, a sua percentagem em peso pode alterar drasticamente a tonalidade da camada de óxido. No caso das ligas fundidas, se o teor de impurezas for demasiado elevado, certas cores tornam-se impossíveis de obter.

Por exemplo, em ligas como a 2024 e a 7075, as impurezas produzem uma cor cinzenta escura após a anodização, devido ao elevado teor de cobre na 2024 e ao elevado teor de zinco na 7075. As partículas intermetálicas na liga 2024, rica em cobre, são mais porosas e menos uniformes. Por isso, esta liga é adequada para peças aeroespaciais para as quais é especificada a anodização com ácido crómico do Tipo I, em vez do Tipo II. O Tipo I é frequentemente o processo preferido para preservar a resistência à fadiga original do material, devido à sua menor tensão e melhor tolerância em peças fundidas.

O tipo III cria uma superfície preparada para os ambientes mais adversos. No entanto, o revestimento duro do tipo III não é aplicado em cobre ou em materiais com teor de silício superior a 5% ou 8%, nem em ligas com porosidade superior a 5%.

A liga 7075 é conhecida pela sua incrível resistência, mas o seu teor de zinco e cobre complica o processo de anodização, o que leva a inconsistências na camada de óxido. Destaca-se em aplicações de elevada tensão que exigem resistência, especialmente em peças sujeitas a forte desgaste, bem como em materiais militares e estruturais.

É praticamente impossível conseguir cores mais claras com estas ligas. Para uma melhor correspondência de cores, as ligas 5052 e 3003 produzem uma camada anodizada mais clara.

Por que razão o A380 e o ADC12 são ainda mais difíceis de anodizar?

A380 e ADC12 são as ligas de alumínio fundidas sob pressão mais populares, com propriedades semelhantes. A ADC12 domina os mercados asiáticos, enquanto a A380 é predominante na América do Norte. A anodização destas ligas é difícil e requer um controlo de processo extremamente rigoroso. Por conseguinte, a sua anodização limita-se à proteção funcional contra a corrosão e a acabamentos em preto ou cinzento escuro.

Este obstáculo decorre da sua composição química. O material de alumínio ADC12, por exemplo, tem um teor de silício de 9,6% a 12%, que praticamente não participa na reação.

O A380 apresenta um teor de silício mais baixo (7,5%–9,5%) e um teor de cobre mais elevado, de 3,0%–4,0%. Apesar de ser altamente fluido, dificilmente se equipara às capacidades extremas de preenchimento de cavidades do ADC12.  Por este motivo, é mais adequado para propriedades mecânicas superiores.

Quando o alumínio se oxida, o silício, um elemento não condutor, permanece sob a forma de escamas ou partículas, formando uma “camada de pó” solta. Por conseguinte, as peças de alumínio fundido sob pressão têm de ser anodizadas para garantirem resistência à corrosão, e as equipas de aquisição devem contar com cores escuras ou naturais (sem tingimento) quando especificarem ADC12/A380. Para um acabamento brilhante e uniformemente tingido, o alumínio 6061 ou 6063 é mais fiável, mesmo que o custo unitário seja mais elevado.

De que forma a escolha da liga interage com a seleção do Tipo II em comparação com a do Tipo III?

Assim que especificar a anodização num desenho, é provável que tenha de escolher entre dois tipos. A escolha errada pode resultar numa proteção insuficiente ou num custo elevado.

Como devem os programadores de CNC incluir a margem dimensional?

Uma vez que cada trabalho é diferente, os projetistas seguem orientações gerais relativas às tolerâncias de maquinagem, dependendo do processo de produção utilizado. Os programadores CNC definem as tolerâncias dimensionais com base na regra empírica 50/50 para peças de alumínio submetidas a anodização. Isto significa que, durante o processo, a camada de óxido cresce 50% da sua espessura para o interior da peça, enquanto os restantes 50% crescem para o exterior, aumentando a espessura da superfície original.

Assim, para obter as dimensões corretas, a margem por superfície deve corresponder exatamente a metade da espessura total de revestimento especificada.

De acordo com a norma MIL-A-8625, a ordem de compra ou o desenho da peça especifica o tipo de revestimento, a espessura e o método de vedação.

Ao especificar a anodização no desenho, pode escolher entre dois tipos:

O Tipo II apresenta uma espessura de revestimento de 0,0002–0,001 polegadas (5–25 µm). Permite uma margem de expansão para o ajuste mais preciso possível.

O revestimento duro do tipo III tem uma espessura total compreendida entre 0,001 e 0,003 pol. (25–75 µm). Esta tolerância deve ser tida em conta para permitir um encaixe adequado em furos, eixos e elementos de acoplamento.

Características como orifícios roscados, assentos de rolamentos e orifícios para pinos com faixas de tolerância mais estreitas do que cerca de ±0,001 pol.: cubra-as com uma máscara ou um tampão antes da anodização, ou usine-as posteriormente.

Como é que a anodização do alumínio é indicada num desenho técnico?

Um desenho técnico deve indicar a anodização do alumínio, a fim de especificar os acabamentos e a aparência e de evitar problemas dimensionais.

1. Norma, tipo e classe de anodização: exemplo: Tipo III (revestimento duro), norma de referência como a MIL-A-8625, Classe 2 (tingida).
2. Nota sobre as dimensões: confirmar se as dimensões fornecidas se aplicam antes ou depois da anodização.
3. Mascaramento e contactos: para áreas que requerem pontos de contacto elétrico ou interfaces com tolerâncias rigorosas.
4. Intervalo de espessura do revestimento em micrómetros ou milésimos de polegada.

Conclusão

A anodização do alumínio é um processo eficiente para o acabamento de produtos de alumínio e para melhorar o seu desempenho e aspeto visual. Compreender este processo ajuda a fazer a melhor escolha para qualquer necessidade, uma vez que oferece uma variedade de tipos e cores de anodização. Este guia ajuda-o a tomar decisões informadas para obter produtos de alumínio anodizado de alta qualidade.

Os nossos serviços de anodização garantem qualidade e precisão em todos os projetos, ajudando-o a atingir os seus objetivos. Por isso, as nossas equipas técnicas estão empenhadas em garantir tolerâncias precisas e resultados de alto desempenho em todas as ocasiões.

Referência

[1] ASTM International. (2019). ASTM B580-79(2019) Especificação-padrão para revestimentos de óxido anódico em alumínio. Base de dados de normas da ASTM. https://www.astm.org/b0580-79r19.html