Desarrollo de la capa de oxido

Una pieza de aluminio, cuando es parte de una cela electrolítica en forma de ánodo desarrolla un oxido anódico en la superficie de la pieza de aluminio, el cual crece desde el metal base como parte integral del metal y cuando es aplicada adecuadamente proporciona al aluminio un recubrimiento duro el cual es mecánicamente superior, con excelentes propiedades e desgaste y presenta una resistencia a la corrosión y a la abrasión mucho mayor que los recubrimientos por conversión química. Todos los procesos de anodizados utilizan corriente eléctrica por medio de una fuente de voltaje para formar la película del óxido. La corriente fluye a través del electrolito en el cual el aluminio es el ánodo. La naturaleza del electrolito, la reacción producida durante el proceso, el tipo de aleación de aluminio utilizada y los

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parámetros de operación determinan la estructura y las propiedades de la película de óxido formada sobre el aluminio (College), 2000).

El anodizado de aluminio puede considerarse un proceso de pasividad acelerada mediante la corriente continua. La capa de óxido de aluminio crece poco a poco hasta llegar a espesores del orden de 25 a 60 µm, sin embargo, no crece en espesor todas las micras conseguidas en la oxidación, sino que una parte importante penetra en la parte interna de la superficie del aluminio y una pequeña porción aproximadamente el 33% crece en espesor (Chávez Hernández, 2013).

Esta capa de óxido, consiste en una delgada barrera de óxido de configuración no porosa, la cual es continua sobre la superficie del metal base, esta barrera es generalmente de 10 a 50 nm de espesor. Encima de esta barrera se encuentra la principal región de óxido con configuración porosa, las películas de óxido producidas en aluminio de alta pureza, desarrollan un arreglo de celda tipo empaque hexagonal muy similar a un panal de abejas, cada celda es compuesta por alúmina amorfa y desarrolla un poro central, las celdas se encuentran orientadas a ángulos rectos de la superficie de aluminio, figura 8 (Thompson, Habazaki, Shimizu, Sakairi, & Wood, 1999).

Dependiendo del tipo de electrolito y manteniendo constante la densidad de corriente y otras condiciones de trabajo como la temperatura y el voltaje, se forma la capa barrera que alcanza

Figura 8: Representación Clásica dela estructura de la capa de óxido de aluminio. Fuente:(Beltrán Martínez, 2014)

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un espesor límite y sobre ella se forma la película de óxido de aluminio, porosa y continua (figura 8). Este carácter poroso de la película permite que el espesor aumente en el tiempo hasta valores elevados y variables, mientras que la película barrera permanece con un espesor prácticamente constante durante todo el proceso de anodizado. La oxidación y la disolución del aluminio se producen a través de los poros; naturalmente, la existencia de la película indica que la velocidad de oxidación es superior a la de disolución. La película barrera es relativamente aislante y posee un espesor muy pequeño que depende de la tensión aplicada en el proceso de oxidación, de aproximadamente 1,4*10-3 _{µm por voltio, que permanece más} o menos constante a lo largo de todo el proceso de oxidación (Vergara Sotomayor, 2010).

3.2.1. Mecanismo de la formación de la capa de Al2O3

Dependiendo del tipo de electrolito, la “película de óxido tipo barrera” o “película de óxido porosa” se puede formar durante el proceso de anodizado del aluminio. Si el aluminio es anodizado en electrolitos con pH neutros, se forma una película de óxido tipo barrera, debido a que, la capacidad del electrolito para disolver el óxido de aluminio es débil, de este modo, una película fina de óxido se forma sobre la superficie del aluminio. El espesor de la película de óxido tipo barrera depende del voltaje durante el anodizado. Una de las características de la película de óxido tipo barrera es que el espesor de dicha película no se ve afectado por el tiempo de la electrolisis o la temperatura del electrolito, a diferencia de las películas de óxido poroso (Vergara Sotomayor, 2010).

Mientras que, si el proceso de anodizado ocurre con un electrolito de tipo ácido, como ácido sulfúrico, ácido crómico, ácido fosfórico, etc. Se forma tanto la capa barrera como la película de óxido poroso.

El espesor de la capa porosa depende de factores tales como, el tiempo de anodizado, la temperatura del electrolito y la densidad de corriente. Si el tiempo del anodizado es prolongado, y la densidad de corriente es más alta, mayor será el espesor de la capa porosa. En otras palabras, cuanto mayor sea la carga eléctrica (densidad de corriente x tiempo de anodizado), mayor es el espesor de la capa porosa.

Si la temperatura del electrolito es baja, el crecimiento de la película de óxido es buena y dura. Por ejemplo, si se forma una película de óxido en un baño de ácido sulfúrico a 0ºC por

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anodizado de aluminio se llama “anodizado de película dura”. A temperatura de 70ºC del electrolito, la película de óxido formada es delgada y suave.

Si el aluminio es electrolizado a una corriente o voltaje constante en un baño de ácido sulfúrico, la curva corriente-tiempo resulta como se muestra en la figura 9. Los aspectos físico químicos de la curva, pueden ser explicados dividiendo la curva en 4 zonas: a, b, c y d. en la zona a se forma una capa barrera fina y homogénea sobre la superficie del aluminio. En la zona b, la superficie de la película de óxido se vuelve irregular debido a la expansión en el volumen de la capa barrera. Cuando la superficie se vuelve irregular, la densidad de corriente se vuelve en no uniforme. Por lo tanto, la densidad de corriente aumenta en los agujeros y disminuye en los lugares altos.

Figura 9: Cambio del tipo de película barrera de compacta a porosa, en el inicio del anodizado del aluminio. Fuente:(Vergara S otomayor, 2010).

En la zona c, se generan micro-poros en los agujeros con gran densidad de corriente debido a la acción del campo eléctrico y a la acción electrolítica del baño. El crecimiento del poro se detiene en alguno de los micro-poros, mientras continua en otros poros. En la zona d, el

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número de poros es constante, pero la profundidad de los poros aumenta rápidamente. Los micro-poros se forman en la película de óxido durante las etapas de reacción (Vergara Sotomayor, 2010).