2.5 Conclusion
3.1.1 Surface Recombination
3.1.1.2 Photoconductivity Decay
Norma española UNE-EN 12373-1.
Esta parte de esta norma europea describe un método de especificación de los recubrimientos decorativos y protectores obtenidos por oxidación anódica del aluminio.
Es aplicable a la especificación de recubrimientos, principalmente de óxido de aluminio, que se forman sobre el aluminio mediante un proceso de oxidación electrolítica en el que el aluminio actúa como ánodo.
Espesor del recubrimiento.
Los recubrimientos anódicos de óxido se designan por su clase de espesor, en micrómetros (μm); el espesor requerido de un recubrimiento es el parámetro de mayor importancia y debe especificarse siempre.
Clasificación.
Los recubrimientos anódicos de óxido están clasificados de acuerdo con el valor mínimo permitido del espesor medio (espesor medio mínimo) en micrómetros (μm). Las clases de espesor típicas se muestran en la tabla 4.
Tabla 4: Clasificación del espesor de la capa de óxido.
Fuente: Norma española UNE-EN 12373-1
Apariencia y color.
- Defectos visibles.
Los artículos anodizados deben estar libres de defectos sobre la(s) superficie(s) significativa(s) cuando se observen desde una distancia mínima de 5 m para aplicaciones de arquitectura exterior, de 3 m para aplicaciones de arquitectura interior, o de 0,5 m para aplicaciones decorativas. Cuando lo exija el comprador, la(s) posición(es) y tamaño(s) máximo(s) de la(s) marca(s) de contacto deben acordarse entre el anodizador y el comprador.
- Color y aspecto superficial.
El color y el aspecto superficial, y sus tolerancias, debe especificarlos el comprador. Cuando se exija por necesidades de comparación, los límites aceptables de variación deben estar definidos al menos por dos muestras acordadas.
El aluminio anodizado posee la propiedad de doble reflexión desde las superficies de la capa de óxido y del metal base. En consecuencia, cuando se comparen muestras de color, éstas deben mantenerse en el mismo plano y observarse en posición perpendicular tanto como sea posible, siendo la dirección de deformación (por ejemplo, dirección de laminación, de extrusión
Clase Espesor medio mínimo
μm
Espesor local mínimo μm 5 5 4 10 10 8 15 15 12 20 20 16 25 25 20
o de mecanizado) siempre la misma. Debe situarse una fuente de luz difusa detrás y por encima del observador.
Salvo que se acuerde lo contrario, los colores deben compararse bajo una luz natural difusa con una orientación septentrional. Cuando los recubrimientos coloreados vayan a utilizarse con luz artificial, es esta iluminación la que debe emplearse para comparar los colores. Las muestras de control de color acordadas deben almacenarse en un lugar seco y oscuro.
1.4. Problema
¿Cuál es la diferencia entre el acabado superficial obtenido por el proceso de coloreado por inmersión y el obtenido por coloreado electrolítico con corriente alterna de una aleación de aluminio AA6061 anodizado?
1.5. Hipótesis
El acabado superficial obtenido por coloreado electrolítico con corriente alterna es más efectivo y presenta una mejor calidad frente a el acabado de coloreado por inmersión de la aleación de aluminio AA6061
1.6. Objetivos
1.6.1. Objetivo general.
Determinar la diferencia entre el acabado superficial del coloreado por inmersión y coloreado electrolítico con corriente alterna de una aleación de aluminio AA6061 anodizado, con la finalidad de determinar cuál es el más efectivo y de mejor calidad.
1.6.2 Objetivos específicos.
Determinar el grado de acabado superficial de una aleación aluminio AA6061 anodizado por medio del proceso de coloreado por inmersión.
Determinar el grado de acabado superficial de una aleación de aluminio AA6061 anodizado por medio del proceso de coloreado electrolítico con corriente alterna.
CAPITULO II MATERIAL Y MÉTODOS 2.1 Material de estudio
2.1.1 Población.
Todas las planchas de aleación de aluminio AA 6061 producidas y destinadas para la industria.
Tabla 5: Composición química del Aluminio AA6061
% Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Otros Al
Min 0.4 0.15 0.8 0.04
Max 0.8 0.7 0.4 0.15 1.2 0.35 0.25 0.15 0.15 Resto
Tabla 6: Propiedades físicas del aluminio AA6061
Propiedad Valor
Densidad (g/cm3) 2.7
Rango de fusión (ºC) 575-650
Módulo de elasticidad (MPa) 69500
Coeficiente de poison 0.33 Coeficiente de dilatación (0 a 100ºC) [ºC- 1x106] 23.6 Conductividad Térmica (0 a 100ºC) [W/m ºC] Temple T6: 167
Resistividad a 20 ºC (u0cm) Temple T6: 4.0
2.1.2 Muestra.
El material de estudio está constituido por la aleación de aluminio AA6061, suministrado en probetas de forma rectangular de 5 cm de largo, 2.5 de ancho y 0.5 cm de espesor. La
superficie a recubrir es de 32.5 cm2 (0.325 dm2).
2.1.3 Muestreo.
Se utilizará un modelo de comparación doble, donde:
a) Variable independiente.
Tipo de proceso de coloreado del aluminio anodizado.
b) Variable dependiente.
Acabado superficial del coloreado del aluminio anodizado.
c) Número total de pruebas
13 replicas
Se realizarán 13 pruebas para cada proceso de coloreado haciendo un total de 26. Tabla 7: Diseño Experimental para coloreado por inmersión.
Donde:
Tabla 8: Diseño Experimental para coloreado electrolítico. Donde: B: Coloreado electrolítico 2.2 Métodos y técnicas 2.2.1.Equipos e Instrumentación. a) Equipos.
- Fuente de Poder Digital Regulada (HY3003)
- Cocina eléctrica
- Secadora
b) Accesorios.
- Celdas Electrolíticas de vidrio de 30x20x15 cm3
- Celdas Electrolíticas de vidrio de 20x12x10 cm3
- Ánodos de acero
- Ánodos de plomo
- Conductores eléctricos de cobre
- Barras conductoras de cobre
- Cocodrilos de soporte
c) Instrumentos.
- Multitester digital
- Balanza digital
- Cronometro
- Termómetro digital
- Vasos de precipitación Pirex de 400 ml, 1000 ml.
- Matraz de Erlenmeyer de 1000 ml
- Matraz Aforado de 100 ml
- Agitador mecánico
d) Materiales.
- Fosfato trisódico dodecahidratado
- Carbonato de sodio - Ácido sulfúrico - Glicerina - Agente humectante - Ácido nítrico - Hidróxido de amonio - Agua destilada - Carmín de cochinilla
- Sulfato de níquel heptahidratado
- Cloruro de níquel hexahidratado
- Ácido bórico
- Lijas # 120, 220, 320, 400 y 600.
2.2.2 Procedimiento experimental.
Figura 12. Diagrama del procedimiento experimental de anodizado
A.Preparación mecánica de las probetas.
Se obtendrán las probetas de una platina (0.5 cm de espesor), con las medidas establecidas 5 x 2.5 x 0.5 cm, Se desbasta las caras de las probetas con lijas N° 120, 220, 320, 400 y 600.
B.Preparación de los baños electrolíticos y baños de coloración.
B.1. Preparación del baño de desengrase electrolítico.
En un vaso de precipitación se calentará agua destilada a una temperatura de 60°C,
luego se adiciona Na2CO3, Na3PO4.12H2O, agente humectante y E.D.T.A., según la
composición especificada:
Fosfato trisódico dodecahidratado (Na3PO4.12H2O): 25 g/L Carbonato de sodio (Na2CO3) : 45 g/L
Humectante : 1 g/L
E.D.T.A. : 6 g/l
Luego se agitará hasta su dilución y por último se aforará a un 1 litro.
B.2. Preparación del baño para anodizado.
En una celda electrolítica de vidrio de seis litros se agrega agua destilada, se pesa y
adiciona el H2SO4 (en escamas) en la proporción adecuada, se agitará hasta su disolución
completa, luego se adiciona el H2SO4 y por último se afora a seis litros.
B.3. Preparación de baño para el coloreado por inmersión.
En un vaso de precipitación se agrega el carmín de cochinilla 50 g y se afora a 1 litro con agua destilada.
B.4. Preparación de baño para el coloreado electrolítico con corriente alterna.
En una celda electrolítica se agrega agua destilada y por consiguiente los siguientes componentes con sus respectivas proporciones:
-Sulfato de Níquel heptahidratado: 300 g/l
-Cloruro de Níquel hexahidratado: 60 g/l
C.Desengrase electrolítico.
Se empleará un desengrase anódico, la composición del electrolito y sus condiciones de operación son las siguientes:
Temperatura de trabajo : 60 ºC Tiempo de exposición : 1 minuto Densidad de corriente : 9 A/dm2 pH : 12 Voltaje : 8 voltios
E.D.T.A. : 6 g/l
Ánodos : Acero Relación ánodo a cátodo : 2/1
D.Enjuague
El enjuague se realizará con agua corriente y agua destilada para limpiar las impurezas que pueda contener la probeta.
E.Decapado.
El decapado se realizará con una solución de ácido nítrico diluido al 50%, se sumerge la probeta durante un minuto y medio en la solución (es necesario el uso de guantes).
F.Enjuague.
El enjuague se realizará con agua corriente y agua destilada para limpiar las impurezas que pueda contener la probeta.
G.Anodizado electrolítica.
En esta etapa aquí se forma la película de óxido de aluminio que se desea obtener. Este estudio, se realizará a las siguientes condiciones de operación:
- Temperatura : 20°C
- Voltaje : 18 V
- Amperaje : 1.5 A/dm2
- Cátodos : Plomo
- Concentración de ácido sulfúrico : 20 % peso.
H.Neutralizado.
El neutralizado se realizará con una solución de hidróxido de amonio diluida al 3%, se sumerge la probeta durante unos 10 segundos en la solución, es necesario el uso de guantes).
I. Enjuague.
El enjuague se realizará con agua corriente y agua destilada para limpiar las impurezas que pueda contener la probeta.
J. Coloreado.
Coloreado por inmersión.
Consiste en la sumersión de la probeta de aluminio anodizada, en la solución a base de carmín de cochinilla y a las siguientes condiciones:
Temperatura: 90 ºC pH: 6.2
Tiempo: 10 min.
Coloreado electrolítico con corriente alterna.
Después de haber sido anodizadas las probetas fueron sumergidas una por vez en una solución electrolítica de níquel. Las condiciones del proceso son las siguientes:
Temperatura: 30ºC
Densidad: 1 A/dm2
Voltaje: 10-20 V Tiempo: 5 minutos
K.Enjuague.
El enjuague se realizará con agua corriente y agua destilada para limpiar las impurezas que pueda contener la probeta.
L.Sellado.
El sellado de los poros de la película de óxido de aluminio coloreada se realizará sumergiendo la probeta en agua destilada a una temperatura de 97°C por 30 minutos.
CAPITULO III
RESULTADOS
Las probetas de aluminio AA 6061 anodizado coloreadas por el proceso de inmersión en un baño de carmín de cochinilla en una concentración de 15 g/L y una temperatura entre 90 y 95ºC muestran una capa de color fucsia que va desde una tonalidad muy baja hasta una tonalidad alta.
Figura 13. Probetas coloreadas de aluminio AA 6061 anodizado, por el proceso
de inmersión.
Las probetas de aluminio AA 6061 anodizado, coloreadas por el proceso de coloreado electrolítico con corriente alterna en un baño a base de solución de níquel muestran una capa del color beige grisáceo.
Figura 14. Probetas de aluminio AA 6061 anodizado coloreadas por el proceso de coloreado electrolítico con corriente alterna.
CAPITULO IV
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
A1 vs B1: La probeta A1 presenta un color fucsia de tonalidad baja frente a la probeta B1 que presenta un coloreado más compacto o más profundo. Asimismo, se puede notar que ambas probetas presentan algunas imperfecciones. En la probeta A1 se puede presenciar ciertos puntos de saturación del colorante. En la probeta B1 falta de coloreado en los bordes laterales de la probeta. Se determina que la mejor probeta coloreada en esta comparación es la probeta coloreada electrolíticamente con corriente alterna.
(a) (b)
Figura 15. Probeta coloreada (a) por el proceso de
inmersión y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A2 vs B2: ambas probetas presentan una buena consistencia en su coloreado de la capa anódica formada por el proceso de anodización. La probeta A2 coloreada por inmersión presenta una tonalidad media del color fucsia. La probeta coloreada electrolíticamente B2 presenta un color beige grisáceo de manera uniforme en su capa anódica y sin imperfecciones. Se puede determinar que la probeta en esta comparación que presenta mejor coloreado es la probeta B2.
(a) (b)
Figura 16. Probeta coloreada (a) por el proceso de
inmersión y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A3 vs B3: En esta comparación la probeta A3 presenta un color fucsia de tonalidad baja. La probeta B3 presenta un color beige grisáceo donde se puede notar que la capa de capa de color es más uniforme y consistente. Se determina que la mejor probeta coloreada es la del proceso de coloreado electrolítico.
(a) (b)
Figura 17. Probeta coloreada (a) por el proceso de inmersión y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A4 vs B4: ambas probetas presentan uniformidad y consistencia en su coloreado. La probeta A4 coloreada por inmersión presenta un color fucsia de tonalidad baja. La probeta B4 presenta el color beige grisáceo con algunas imperfecciones en sus bordes laterales. Se puede
determinar que la mejor probeta coloreada es la B4 por su mayor uniformidad que la probeta coloreada por el proceso de inmersión.
(a) (b)
Figura 18. Probeta coloreada (a) por el proceso de
inmersión y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A5 vs B5: La probeta A5 presenta una buena consistencia en su coloreado por inmersión con un color fucsia de una alta tonalidad. La probeta B5 presenta algunas imperfecciones en su coloreado como puntos de tono blanquecino, como falta de uniformidad en sus bordes laterales y esquinas inferiores; asimismo presenta saturaciones de colorante en algunas regiones de la cara superficial de la probeta. En esta comparación se determina que la mejor probeta coloreada es la A5, coloreada por el proceso de inmersión.
(a) (b)
Figura 19. Probeta coloreada (a) por el proceso de inmersión y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A6 vs B6: La probeta A6 presenta un color fucsia de tonalidad muy baja, asimismo presenta saturaciones del colorante en uno de sus bordes. La probeta B6, coloreada electrolíticamente, presenta un coloreado de buena consistencia y uniformidad con algunas imperfecciones en sus bordes de tono blanquecino. Se determina que la mejor probeta es la B6.
(a) (b)
Figura 20. Probeta coloreada (a) por el proceso de inmersión
y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A7 vs B7: La probeta A7 presenta muy buena consistencia y uniformidad en su coloreado por inmersión. La probeta B7 presenta un coloreado con varias imperfecciones en los bordes laterales y borde inferior, con ciertos trazos blanquecinos y asimismo en la tonalidad del beige grisáceo. Se determina que la mejor probeta coloreada en esta comparación es la probeta A7.
(a) (b)
Figura 21. Probeta coloreada (a) por el proceso de
A8 vs B8: La probeta coloreada por el proceso de inmersión A8 presenta muy buena tonalidad del color fucsia como también uniformidad en toda la superficie de la probeta. La probeta coloreada electrolíticamente B8 presenta un coloreado regular con imperfecciones de tono blanquecino en los bordes laterales de sus caras superficiales y asimismo varios trazos también de tono blanquecino. Se determina que la mejor probeta es la A8.
(a) (b)
Figura 22. Probeta coloreada (a) por el proceso de
inmersión y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A9 vs B9: La probeta coloreada por el proceso de inmersión A9 presenta buena consistencia y uniformidad en su coloreado, asimismo un color fucsia de buena tonalidad. La probeta B9 coloreada electrolíticamente presenta una regular consistencia debido a la presencia de trazos o líneas de tono blanquecino y asimismo en sus bordes laterales.
(a) (b)
Figura 23. Probeta coloreada (a) por el proceso de
A10 vs B10: La probeta A10 coloreada por el proceso de inmersión presenta un mal coloreado, tiene una tonalidad muy débil del color fucsia, apenas notorio. La probeta B10 presenta una coloración de muy buena consistencia y uniformidad sin imperfecciones. Por lo tanto, se determina que la mejor probeta en esta comparación es la B10.
(a) (b)
Figura 24. Probeta coloreada (a) por el proceso de inmersión
y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A11 vs B11: Ambas probetas presentas buena consistencia y uniformidad en su coloreado. La probeta coloreada por inmersión A11 presenta buena tonalidad del color fucsia y asimismo carece de defectos en su capa coloreada. La probeta B11 de color beige grisáceo presenta pequeñas imperfecciones en sus bordes laterales de tono blanquecino como dos trazos del mismo tono. Se puede determinar que la mejor probeta es la A11.
(a) (b)
Figura 25. Probeta coloreada (a) por el proceso de inmersión
A12 vs B12: Ambas probetas presentan un buen coloreado con muy buena consistencia y uniformidad, tanto la probeta A12 coloreada por inmersión y la probeta B12 coloreada electrolíticamente no presentan defectos, por lo que se considera un empate en esta comparación.
(a) (b)
Figura 26. Probeta coloreada (a) por el proceso de inmersión
y (b) por el proceso de coloreado electrolítico.
A13 vs B13: La probeta coloreada por inmersión A13 presenta una tonalidad media o regular del color fucsia, asimismo presenta buena uniformidad en su coloreado. La probeta B13 presenta buena tonalidad de su coloreado beige grisáceo, con ciertas imperfecciones en sus bordes laterales y esquinas inferiores, presentando puntos de tono blanquecino. Se determina que la mejor probeta es la A13.
(a) (b)
Figura 27. Probeta coloreada (a) por el proceso de inmersión
CAPITULO V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. Conclusiones
Luego de haber realizado la comparación de cada probeta coloreada por el proceso de inmersión con cada probeta coloreada por el proceso de coloreado electrolítico con corriente alterna se presenta a continuación un cuadro resumen.
Tabla 9: Resultados de la calidad del coloreado.
Dado que el proceso de coloreado electrolítico presenta más cantidad de probetas de buena calidad del coloreado, ocho en comparación de las siete que presenta el proceso de coloreado por inmersión, cuatro regulares frente a las tres regulares del proceso de inmersión y una de mala calidad frente a las tres malas del coloreado por inmersión; de manera que se concluye que el mejor proceso es del coloreado electrolítico.
Las capas anódicas de las probetas anodizadas sometidas al proceso de coloreado por inmersión en una solución de carmín de cochinilla en una concentración de 15 g/L y a una temperatura entre 90 a 95ºC por un tiempo de 10 minutos adquieren un color fucsia cuyo grado de calidad es variante por lo que no es muy estable la tonalidad del coloreado.
Coloreado por inmersión Coloreado electrolíticamente A1 REGULAR B1 BUENO A2 REGULAR B2 BUENO A3 MALO B3 BUENO A4 REGULAR B4 BUENO A5 BUENO B5 MALO A6 MALO B6 BUENO A7 BUENO B7 REGULAR A8 BUENO B8 REGULAR A9 BUENO B9 REGULAR
A10 MALO B10 BUENO
A11 BUENO B11 BUENO
A12 BUENO B12 BUENO
Las probetas anodizadas coloreadas por el proceso de coloreado de inmersión muestran un coloreado más superficial y no profundo, que se puede caracterizar como un coloreado más transparente, esto debido a que el colorante se presenta en la superficie de los poros de la capa anódica formada.
Las capas anódicas de las probetas anodizas sometidas al proceso de coloreado
electrolítico con corriente alterna a 1.1 A/dm2, 8.0 V por un tiempo de 5 minutos adquieren el
color beige grisáceo que se presenta como un coloreado más profundo, esto debido a que el colorante se deposita en la base de los poros como indica en la teoría.
5.2. Recomendaciones
Se recomienda en el proceso de coloreado por inmersión se mantenga la concentración inicial del carmín de cochinilla, ya que con el proceso esta se va evaporando. Asimismo, al retirar la probeta sumergida sacar los cúmulos de colorante que se apegan en la probeta y posteriormente enjuagar la probeta en agua corriente. Esto debido a que estos cúmulos son más fáciles de retirar en caliente que en frío, lo cual afectaría la capa coloreada.
En el proceso de coloreado electrolítico con corriente alterna verificar siempre las conexiones del cátodo y ánodos ya que estas al ser de cobre se llegan a pasivar rápidamente interfiriendo el paso de la corriente y afectando la eficiencia del proceso.
Se recomienda el estudio en posteriores investigaciones en rangos mayores de tiempo y de concentración de colorante con respecto al coloreado por inmersión. Y también un rango mayor de tiempo en el proceso de anodización para evaluar el efecto en el coloreado.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Alcaide, L. (26 de Julio de 2011). ¿Para qué se usa el aluminio anodizado? [mensaje en un blog]. Recuperado de https://es.over-
blog.com/Para_que_se_usa_el_aluminio_anodizado-1228321783-art315629.html
Aluar. (1997). Carpinteria de Aluminio - Manual de Capacitacion. Recuperado de
https://issuu.com/javiergutierrezaranzazu/docs/manual_completo_- _carpinteria_de_al/46
Arcila, J. (2009). Síntesis y Caracterización de un Catalizador nanoestructurado de Paladio Soportado sobre Alúmina Anodizada (Tesis de grado). Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia.
Avner, S. (1988). Introducción a la metalurgia física. México F. D., México: Calypso S.A.
Espiritu, S. (2015). Estudio del proceso de coloreado electrolítico por corriente alterna de una aleación de aluminio 130.1 anodizado (tesis de grado). Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú.
Fernadez, H. & Zarate, C. (2001). Influencia de voltaje y concentración de colorante sobre el espesor y tonalidad de capa en el anodizado decorativo con corriente alterna, en un baño al 2 por ciento de ácido oxálico aplicado al aluminio AA6063 (Tesis de grado). Universidad Nacional de Trujillo, La libertad, Perú.
Flor, C., Torres, S., Fernández, P. y Vélez Luis (2013). Proceso de anodizado duro y decorativo en esponjas metálicas de una aleación 6061 de aluminio, obtenidas por
medio de infiltración con preforma soluble de sal. Revista Colombiana de Materiales,
(5), 191-197.
García, A. (2006). Instalación de una Planta Moderna de Anodizado para Perfiles de Aluminio (tesis de grado). Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Perú.