Jak uzyskać zamierzoną barwę i grubość powłoki tlenkowej?

Powłoki tlenkowe to jedne z tzw. powłok konwersyjnych generowanych w celu poprawy własności powierzchniowych metali. Wytwarza się je zwykle w procesie elektrolizy zwanym anodowaniem. To wieloetapowy proces, który musi być bardzo dokładnie zaplanowany na podstawie rysunków technicznych i pozostałych danych. W naszym wpisie przyjrzymy się, od czego zależy barwa oraz grubość wytwarzanej powłoki tlenkowej.

Barwienie powłok jako etap w procesie anodowania

Jeśli zależy nam na uzyskaniu kolorowych powłok tlenkowych na aluminium, jednym z etapów w całym procesie jest barwienie, który następuje po samym etapie utleniania anodowego. Najprostsza metoda, którą wykorzystuje anodowanie kolorowe to kąpiel barwiąca, w której następuje absorpcja barwnika w pory powłoki. W barwieniu elektrochemicznym barwnik wchodzi do warstwy zaporowej. Boczne ściany porów absorbują barwnik. Innym sposobem nadawania koloru jest technika elektrolitycznego barwienia.

Dlaczego nie ma jednego uniwersalnego wzoru do obliczenia grubości powłoki tlenkowej?

Nie ma niestety jednego uniwersalnego wzoru na to, jak uzyskać zamierzoną grubość powłoki tlenkowej, ponieważ zależy to od wielu różnych czynników. Na regulację grubości powłoki tlenkowej pozwala odpowiedni dobór warunków elektrolizy, ale przy wyborze tych warunków bierzemy pod uwagę także inne efekty, które zamierzamy uzyskać. Na przykład przy tzw. anodowaniu normalnym warstwa anodowa w 70% wchodzi w głąb materiału, w 30% narasta na zewnątrz. W anodowaniu twardym mamy podział 50% na 50%. Na całkowitą grubość powłoki znaczący wpływ ma też stosowany kwas.

Regulacja grubości powłoki a dobór kwasu

Jesteśmy w stanie uzyskać zamierzoną grubość powłoki tlenkowej, jednak musimy brać pod uwagę wiele czynników m.in. dlatego, że warstwa tlenkowa na aluminium jest zbudowana z gęsto ułożonych, heksagonalnych komórek, wewnątrz których mogą znajdować się pory (czasem nam na nich zależy, czasem są niepotrzebne). Gdy pracujemy z kwasem borowym, uzyskujemy warstwy nieporowate, w przypadku kwasu chromowego, siarkowego, szczawiowego tworzą się pory o średnicy 10-20 nm. Porowatość będzie taka sama, ale już grubość powłoki nie. Na przykład na czystym lub niskoprocentowym aluminium w przypadku kolejnych kwasów grubość wyniesie:

  • kwas chromowy 3-6 μm,
  • kwas siarkowy 5-30 μm,
  • kwas szczawiowy 10-60 μm.

Dlatego właśnie proces anodowania musi być dokładnie zaprojektowany, ujmując wiele parametrów. 

PN Stop Błyszczące Barwione Twarde Ochronne Skład stopu
A1 1050A doskonały doskonały doskonały doskonały Al99.5
1200 bardzo dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al99.0
2007 słaby słaby bardzo dobry dobry Al 4.0Cu 1.2Pb 1.1Mg 0.8Mn
2011 słaby słaby bardzo dobry dobry Al 5.5Cu 0.4Bi 0.4Pb
2014 słaby słaby bardzo dobry dobry Al 4.5Cu 0.9Si 0.8Mn 0.5Mg
2014A słaby słaby bardzo dobry dobry Al 4.5Cu 0.8Mn 0.7Si 0.5Mg
PA6 2017A słaby słaby bardzo dobry dobry Al 4.0Cu 0.7Mn 0.7Mg 0.5Si
PA7 2024 słaby słaby bardzo dobry dobry Al 4.4Cu 1.5Mg 0.6Mn
2030 słaby słaby bardzo dobry dobry Al 3.9Cu 1.2Pb 0.9Mg 0.6Mn
3003 dobry bardzo dobry bardzo dobry bardzo dobry Al 1.3Mn Cu
3004 dobry bardzo dobry bardzo dobry bardzo dobry Al 1.3Mn 1.1Mg
3005 dobry bardzo dobry bardzo dobry bardzo dobry Al 1.3Mn 0.4Mg
3103 dobry bardzo dobry bardzo dobry bardzo dobry Al 1.2Mn
3105 dobry bardzo dobry bardzo dobry bardzo dobry Al 0.6Mn 0.5Mg
PA43 5005 doskonały doskonały doskonały doskonały Al 0.8Mg
5005A doskonały doskonały doskonały doskonały Al 0.9Mg
5049 bardzo dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 2.1Mg 0.8Mn
5052 bardzo dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 2.5Mg Cr
PA13 5083 dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 4.5Mg 0.7Mn Cr
5086 dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 4.0Mg 0.5Mn Cr
5154A dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 3.5Mg Mn Cr
5182 dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 4.5Mg 0.3Mn
PA2 5251 bardzo dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 2.0Mg 0.3Mn
5454 bardzo dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 2.7Mg 0.8Mn Cr
PA11 5754 dobry bardzo dobry doskonały doskonały Al 3.1Mg Mn Cr
6005A dobry bardzo dobry bardzo dobry doskonały Al 0.6Mg 0.7Si Mn Cr
6016 bardzo dobry doskonały doskonały doskonały Al Si 1.0-1.5 Mg 0.25-0.6
PA38 6060 bardzo dobry doskonały doskonały doskonały Al 0.5Mg 0.5Si Fe
6061 dobry bardzo dobry bardzo dobry doskonały Al 1.0Mg 0.6Si Cu Cr
PA38 6063 bardzo dobry doskonały doskonały doskonały Al 0.7Mg 0.4Si
PA4 6082 dobry bardzo dobry bardzo dobry doskonały Al 0.9Mg 1.0Si 0.7 Mn
6106 dobry bardzo dobry bardzo dobry doskonały Al 0.6Mg 0.4Si Mn
7010 słaby słaby dobry bardzo dobry Al 6.2Zn 2.4Mg 1.8Cu Zr
PA47 7020 słaby dobry bardzo dobry bardzo dobry Al 4.5Zn 1.2Mg Mn Cr Zr
PA9 7075 słaby słaby dobry bardzo dobry Al 5.6Zn 2.5Mg 1.6Cu Cr