Veelvoorkomende anodiseringsproblemen uitgelegd: preventie en oplossingen

Bij de anodische oxidatie van aluminium dient het aluminium of de aluminiumlegering als anode en een loodplaat als kathode, waarbij in waterige oplossingen zoals zwavelzuur, oxaalzuur of chroomzuur geëlectrolyseerd wordt om een oxideerfilm op het oppervlak te vormen. Daarbij is zwavelzuuranodiseren de meest toegepaste methode. De door zwavelzuur geanodiseerde film op aluminium en aluminiumlegeringen heeft een hoge adsorptiecapaciteit, is gemakkelijk te verzegelen of te kleuren, en verbetert zowel de corrosieweerstand als het uiterlijk.

De dikte van de geanodiseerde film bedraagt doorgaans 3–15 µm. Het zwavelzuuranodiseren van aluminiumlegeringen is eenvoudig in uitvoering, het elektrolyt is stabiel en de kosten zijn laag. Het is een volwassen proces. Toch zijn verschillende fouten tijdens het proces onvermijdelijk, wat de kwaliteit van de oxideerfilm beïnvloedt.

Een grondige analyse van de oorzaken en effectieve preventiemaatregelen zijn van groot praktisch belang voor het verbeteren van de kwaliteit van zwavelzuuranodiseren van aluminiumlegeringen.

(1) Deelgebieden zonder oxideerfilm: donkere vlekken of strepen, bultjes of kaviteiten

Deze zeldzame fouten zijn meestal gerelateerd aan de samenstelling, structuur en faseringelijkheid van het aluminium of de legering, of aan metalen ionen en zwevende verontreinigingen in het elektrolyt. De chemische samenstelling, structuur en uniformiteit van de metaalfase beïnvloeden de vorming en eigenschappen van de oxideerfilm. Zuiver aluminium of Al-Mg-legeringen oxideren gemakkelijk en leveren een betere filmkwaliteit. Bij Al-Si-legeringen of legeringen met hoge kopergehalte is de oxideerfilm moeilijker te vormen; de resulterende film is donker, grijs en slecht glanzend. Als het oppervlak metaalfase-ongelijkmatigheid, segregatie, micro-onzuiverheden of een ongelijke structuur door onjuiste warmtebehandeling vertoont, ontstaat selectieve oxidatie of selectieve oplossing. Locale segregatie van silicium in de aluminiumlegering leidt vaak tot lokale afwezigheid van oxideerfilm, zwarte vlekken of strepen, of locale selectieve oplossing die gaten oplevert. Bovendien veroorzaken excessieve zwevende verontreinigingen, stof of metalen verontreinigingsionnen (koper, ijzer) in het elektrolyt zwarte vlekken of strepen op de oxideerfilm, wat de beschermende werking aantast.

(2) Geen of dunne oxideerfilm, verbranding en corrosie aan contactpunten met de spanvoorrichting

Deze fouten treden vaak op bij de praktijk van stromende-zuuranodisering en beïnvloeden de kwaliteit ernstig. Door de goede isolerende werking van de aluminiumoxidefilm moeten aluminiumlegering-onderdelen stevig op algemene of speciale spanvoorrichtingen worden gemonteerd om een goede elektrische geleiding te garanderen. Geleidingstangen moeten van koper of koperlegering zijn en voldoende contactoppervlak bieden. Bij het contactpunt tussen spanvoorrichting en onderdeel moet de stroom vrij kunnen lopen, maar tegelijkertijd moeten contactsporen geminimaliseerd worden. Is het contactoppervlak te klein en de stroomdichtheid te hoog, dan ontstaat oververhitting waardoor onderdelen en spanvoorrichtingen verbranden. Het ontbreken van een oxideerfilm of een onvolledige film wordt voornamelijk veroorzaakt door slecht contact tussen spanvoorrichting en werkstuk, slechte elektrische geleiding, of omdat de oxideerfilm op de spanvoorrichting niet volledig is verwijderd.

(3) Losse, poederende oxideerfilm die afvijlt bij aanraking, zeker na verzegeling

Dit fouttype treedt voornamelijk in de zomer op, met name in zwavelzuuranodiseringsbakken zonder koeling. Na verwerking van 1–2 bakken inhoud ontstaat losse poedering, wat de filmkwaliteit duidelijk aantast. Vanwege de hoge weerstand van de anodische oxideerfilm ontstaat tijdens het proces veel Joule-warmte. Hoe hogere celspanning, des te meer warmte, wat leidt tot een continue temperatuurstijging van het elektrolyt. Daarom is een roer- of koelinrichting noodzakelijk om de elektrolyttemperatuur binnen een bepaald bereik te houden. Normaal gesproken dient de temperatuur gecontroleerd te worden op 13–26 °C voor optimale filmkwaliteit. Bij temperaturen boven 30 °C wordt de oxideerfilm los en poederend, de filmkwaliteit daalt, en in ernstige gevallen treedt „verbranding” op. Bovendien moet bij constante elektrolyttemperatuur ook de anodische stroomdichtheid beperkt worden, omdat een te hoge stroomdichtheid een scherpe temperatuurstijging veroorzaakt en de oxideerfilm ook dan los, poederend of zandachtig wordt, wat zeer nadelig is voor de filmkwaliteit.

(4) Matte, doffe oxideerfilm, soms met uitgroeicorrosie; ernstige zwarte uitgroeicorrosie leidt tot afkeur

Deze fouten treden toevallig op en hebben speciale oorzaken. Bij het anodiseren van aluminiumlegeringen leidt een stroomonderbreking en herstelde spanning er vaak toe dat de oxideerfilm mat en dof wordt. Blijven de onderdelen na stroomonderbreking te lang in de spoelbak, is de spoelbak te zuur, is de waterkwaliteit slecht (met zwevende stoffen, modder, zand), dan ontstaat electrochemische corrosie en uitgroeicorrosie met zwarte vlekken. Soms wordt kraanwater aan het elektrolyt toegevoegd; als dat water met chloorkalk is behandeld en de Cl⁻-concentratie de norm overschrijdt, of als een HCl-bevattende container niet grondig is gereinigd voordat zwavelzuur erin wordt gedaan, komt er te veel Cl⁻ in het anodiseringsbad. Hierdoor ontstaat uitgroeicorrosie bij de anodische oxidatie en wordt het product afgeschreven.