Explicación de los tipos de anodizado: Tipo II, Tipo III y por qué sus piezas de aluminio necesitan la adecuada

El mes pasado, un cliente nos envió un lote de 2000 soportes de aluminio que había anodizado en otro taller. Los soportes estaban anodizados en negro (Tipo II) y se veían geniales: color uniforme, sin rayas ni puntos desnudos. Pero los soportes eran para un transportador de procesamiento de alimentos y, a las 6 semanas de la instalación, el revestimiento negro se estaba desgastando en los puntos de contacto. Resulta que el cliente especificó "anodizado negro" en el dibujo sin especificar el tipo. Obtuvieron un tipo decorativo II (5-15 micrones) cuando necesitaban anodizado duro tipo III (25-75 micrones). La reelaboración les costó 12.000 dólares.

Esto sucede constantemente. Los ingenieros escriben "anodizar según MIL-A-8625" en el dibujo y dejan de pensar en ello. Pero esa especificación cubre cinco tipos diferentes de anodizado y cada uno produce un recubrimiento completamente diferente. Usar el tipo incorrecto es como especificar "pintura" sin decir si desea pintura para el hogar o revestimiento de tanque epoxi.

Lo que realmente hace el anodizado

La anodización es un proceso electroquímico que convierte la superficie del aluminio en óxido de aluminio (Al2O3). No es un recubrimiento aplicado sobre el aluminio, es el aluminio mismo, transformado. La pieza se sumerge en un electrolito ácido (ácido sulfúrico para los tipos II y III, ácido crómico para el tipo I) y se conecta como ánodo en un circuito eléctrico. La corriente fluye, los iones de oxígeno migran a la superficie del aluminio y crece una capa porosa de óxido.

La palabra clave es "poroso". La capa de óxido formada tiene millones de poros microscópicos por centímetro cuadrado. Estos poros son los que permiten que el tinte penetre (para anodizados coloreados) y los que le dan al recubrimiento sus características de desgaste. El tipo II (anodizado con ácido sulfúrico) produce una capa porosa relativamente delgada que absorbe bien el tinte pero tiene una resistencia al desgaste moderada. El tipo III (anodizado duro) utiliza el mismo ácido sulfúrico pero a una temperatura más baja y una densidad de corriente más alta, lo que produce una capa más gruesa y densa que es extremadamente resistente al desgaste pero que no absorbe el tinte de manera tan uniforme.

El recubrimiento crece tanto hacia afuera (por encima de la superficie original) como hacia adentro (dentro del aluminio). Aproximadamente el 50% del espesor del recubrimiento está por encima de la superficie original y el 50% por debajo. Esto significa que un recubrimiento Tipo III de 25 micrones elimina aproximadamente 12,5 micrones de la superficie de aluminio original y agrega 12,5 micrones por encima de ella. Si su pieza tiene una dimensión crítica, debe tenerla en cuenta.

Tipo II: Anodizado con ácido sulfúrico (el estándar)

El tipo II es lo que la mayoría de la gente quiere decir cuando dice "aluminio anodizado". Es el valor predeterminado para la protección contra la corrosión decorativa y de uso general.

Espesor del recubrimiento: 5-25 micrones (típico 8-15 micrones para la mayoría de las aplicaciones). MIL-A-8625 Tipo II, Clase 1 (sin teñir) o Clase 2 (teñida).

para que sirve: Protección contra la corrosión (exteriores e interiores), colorantes decorativos (negro, azul, rojo, dorado, transparente, etc.), manteniendo la apariencia metálica natural del aluminio y proporcionando una base de pintura decente. El aluminio anodizado tipo II sobrevive más de 200 horas en niebla salina ASTM B117 sin corrosión visible.

Para qué NO es bueno: Aplicaciones de alto desgaste. El recubrimiento es relativamente blando (alrededor de 200-300 HV) y se desgastará en los puntos de contacto, superficies deslizantes y roscas. Si su soporte se desliza contra otra pieza, o si se manipula con frecuencia, el Tipo II se desgastará y dejará expuesto el aluminio desnudo.

Implicaciones del mecanizado: El recubrimiento crece aproximadamente un 50% por encima de la superficie original. Para un recubrimiento de 12 micrones, su pieza crece aproximadamente 6 micrones (0,006 mm) en cada superficie. Esto está dentro de la tolerancia de mecanizado normal para la mayoría de las piezas, por lo que normalmente no es necesario ajustar las dimensiones para el Tipo II. Es posible que sea necesario ajustar las dimensiones de las roscas si las roscas están ajustadas.

Costo: El más bajo de todos los tipos de anodizado. Aproximadamente entre 0,50 y 2 dólares por kg de piezas (precio por lote), según el color y la cantidad. El transparente (natural) es el más barato. El negro es un poco más grande. Los colores personalizados (combinación Pantone) añaden costo.

Tipo III: Anodizado duro (el que realmente necesita para las piezas móviles)

El tipo III es un animal completamente diferente. Misma química básica (electrolito de ácido sulfúrico) pero procesado a temperatura más baja (-1 °C a +5 °C frente a 18-22 °C para el tipo II), mayor densidad de corriente (2,5-4,0 A/dm2 frente a 1,0-1,5 A/dm2) y tiempo de proceso más largo. El resultado es una capa espesa, densa y dura.

Espesor del recubrimiento: 25-100 micrones (típico 25-50 micrones para la mayoría de las aplicaciones). MIL-A-8625 Tipo III.

Dureza: 400-600 HV (aproximadamente 50-60 HRC equivalente). Esto es lo suficientemente duro como para resistir el desgaste provocado por la mayoría de los contactos mecánicos. Las superficies de aluminio anodizado duro pueden chocar contra el acero sin un desgaste significativo.

para que sirve: Aplicaciones de alto desgaste (superficies deslizantes, puntos de pivote, orificios de cojinetes), resistencia a la abrasión, aislamiento eléctrico (la gruesa capa de óxido tiene una alta rigidez dieléctrica) y aplicaciones donde se necesita máxima resistencia a la corrosión (el recubrimiento más grueso del Tipo III proporciona un rendimiento de niebla salina significativamente mejor que el Tipo II).

Color: Natural Tipo III es de gris oscuro a bronce, dependiendo de la aleación de aluminio y el espesor del recubrimiento. Se puede teñir de negro, pero lograr colores brillantes (azul, rojo) es difícil porque la capa espesa y densa no absorbe el tinte tan fácilmente como el Tipo II. La mayoría de las piezas anodizadas duras son de color gris/bronce natural o teñidas de negro.

Implicaciones del mecanizado: Aquí es donde la gente se mete en problemas. Un recubrimiento Tipo III de 50 micrones elimina 25 micrones de la superficie original y agrega 25 micrones por encima de ella. Eso es un cambio dimensional neto de 25 micrones (0,025 mm) por superficie. Si tiene un diámetro interior de 50 mm que debe ser de 50 000 mm después del anodizado duro, deberá mecanizarlo a 50 025 mm antes de anodizarlo. Esto lo tenemos en cuenta en nuestro proceso de mecanizado cuando sabemos que la pieza será anodizada dura.

Es absolutamente necesario ajustar las dimensiones de la rosca. Una capa de 50 micrones en una rosca M6 hará que la rosca esté demasiado apretada para ensamblarla. Pre-dimensionamos las roscas para el margen de recubrimiento, enmascaramos las roscas durante el anodizado o perseguimos las roscas después del anodizado con un grifo.

Costo: 2-3 veces más que el Tipo II. Calcula entre 1,50 y 5 dólares por kg de piezas. El mayor costo proviene de un tiempo de proceso más prolongado, un menor rendimiento de los lotes (debido a una temperatura más baja y una corriente más alta) y un control de calidad más estricto.

Tipo I: Anodizado con ácido crómico (el aeroespacial)

El tipo I utiliza ácido crómico en lugar de ácido sulfúrico. El recubrimiento es delgado (2-10 micrones), suave y proporciona una protección moderada contra la corrosión. Su principal ventaja es que el electrolito de ácido crómico no queda atrapado en grietas y juntas (a diferencia del ácido sulfúrico), lo que lo hace adecuado para conjuntos que no se pueden enjuagar completamente.

Este es principalmente un proceso aeroespacial. Si fabrica piezas para aviones, verá especificado el Tipo I. Para aplicaciones industriales generales, el Tipo II casi siempre es una mejor opción (mejor resistencia a la corrosión, menor costo, disponible en colores).

La preocupación ambiental con el Tipo I es significativa: el ácido crómico contiene cromo hexavalente (Cr6+), que es un carcinógeno conocido y está fuertemente regulado. Muchos fabricantes se están alejando del Tipo I hacia el ácido sulfúrico de película delgada u otras alternativas.

Guía de decisión rápida

La cosa dimensional en la que todos se equivocan

Este es el error que vemos con más frecuencia: el ingeniero diseña una pieza con un diámetro interior de 30.000 mm, la envía para anodizarla duramente y luego descubre que el diámetro interior mide 29.950 mm después del recubrimiento. El recubrimiento creció hacia adentro 25 micrones por lado y el orificio se encogió.

Regla general: el tipo II (recubrimiento de 12 micrones) cambia las dimensiones en aproximadamente 6 micrones por superficie. Generalmente insignificante. El tipo III (recubrimiento de 50 micrones) cambia las dimensiones en aproximadamente 25 micrones por superficie. Definitivamente no es despreciable. DEBE predimensionar las características críticas para tener en cuenta el crecimiento del recubrimiento.

Mecanizamos piezas que serán anodizadas duras hasta una dimensión previa al anodizado que tenga en cuenta el espesor de recubrimiento especificado. El cliente nos indica el espesor de recubrimiento objetivo (o lo calculamos según las especificaciones) y ajustamos todas las dimensiones críticas en consecuencia. Esto es parte de nuestra revisión de DFM: si nos dice que la pieza será anodizada, le indicaremos las implicaciones dimensionales antes del mecanizado.

¿Qué pasa con las piezas que no son de aluminio?

El anodizado sólo funciona en aluminio. Período. No existe "anodizado de acero inoxidable" o "anodizado de titanio" en el sentido industrial. El titanio se puede anodizar (produce una fina capa de óxido con colores de interferencia), pero es principalmente decorativo y no proporciona una protección significativa contra el desgaste o la corrosión. El acero inoxidable se pasiva, se electropule o se recubre, no se anodiza.

Si necesita una superficie dura y resistente al desgaste en una pieza que no sea de aluminio, las opciones son: cromado duro (acero, latón), niquelado químico (acero, latón, cobre), revestimiento por deposición física de vapor (PVD) o revestimiento por pulverización térmica. Cada uno tiene su propio espesor, dureza y características dimensionales.