Mesure de l'épaisseur de l'anodisation sur l'aluminium

DeFelsko fabrique une jauge d'épaisseur de revêtement manuelle et non destructive, idéale pour mesurer l'épaisseur de l'anodisation sur l'aluminium. 

Quels sont les défis de la mesure de l'épaisseur de l'anodisation ?

Pour contrôler efficacement l'épaisseur de l'anodisation et d'autres revêtements minces, un moyen de mesure précis et non destructif est nécessaire.   

Un défi secondaire est la mesure de l'anodisation dans des zones petites ou difficiles à atteindre.

Solutions de mesure de l'épaisseur des revêtements d'anodisation

 Le site PosiTector 6000 "N" de jauges à courants de Foucault sont idéales pour la mesure non destructive des revêtements non conducteurs sur les substrats non ferreux. La sonde PosiTector 6000 NAS est spécialement conçue pour la mesure haute résolution de l'anodisation sur l'aluminium. Bien qu'elle soit capable de mesurer jusqu'à 625 μm (25 mils), la sonde PosiTector 6000 NAS est la plus précise et offre sa plus haute résolution sous 100 μm (4 mils), ce qui correspond à la plage attendue de la plupart des applications d'anodisation.

Figure 1 - PosiTector 6000 Sonde NAS mesurant l'anodisation

Lorsqu'il s'agit de mesurer l'épaisseur d'un revêtement sur des zones de petite taille ou difficiles à atteindre, la série de microsondes PosiTector 6000 N est une alternative de mesure idéale. Avec des pointes de sonde à 0°, 45° ou 90°, les mesures d'épaisseur peuvent être effectuées dans des trous profonds, sur de petits rebords ou sur des diamètres intérieurs. Lorsqu'un dispositif de fixation ou un adaptateur à libération rapide est utilisé, les microsondes N ont des spécifications identiques à celles des sondes NAS.

Figure 2 - PosiTector 6000 N Microsonde mesurant l'anodisation

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Informations générales sur l'anodisation

Qu'est-ce que l'anodisation ?

L'anodisation est un procédé de conversion électrochimique qui existe depuis les années 1930. Plusieurs métaux peuvent être anodisés, notamment l'aluminium, le magnésium, le titane et le tantale. L'aluminium anodisé est utilisé dans de nombreuses applications en raison de son faible coût, de ses qualités esthétiques et de ses propriétés mécaniques idéales.

Contrairement à la plupart des revêtements de protection, l'anodisation modifie de façon permanente la structure extérieure du métal. Lorsque l'aluminium est exposé à l'air, il développe naturellement une fine pellicule d'oxyde d'aluminium qui empêche l'aluminium de s'oxyder davantage. Le processus d'anodisation rend la surface oxydée beaucoup plus épaisse, jusqu'à plusieurs millièmes de pouce d'épaisseur. La dureté de la couche d'oxyde d'aluminium anodisé rivalise avec celle d'un diamant, améliorant ainsi la résistance à l'abrasion de l'aluminium. La profondeur accrue de la couche d'oxyde améliore la résistance à la corrosion de l'aluminium, tout en facilitant le nettoyage de la surface. La nature poreuse de certains types d'anodisation permet de teindre l'aluminium en diverses couleurs, ce qui le rend plus attrayant.

L'anodisation atteint généralement une épaisseur de 5 mils. Les trois variantes les plus courantes de l'anodisation de l'aluminium sont l'anodisation chromique (type I), l'anodisation sulfurique (type II) et l'anodisation dure (type III).

• L'anodisation chromique utilise un électrolyte d'acide chromique et produit les revêtements les plus fins, d'une épaisseur de seulement 0,02 à 0,1 mils (0,5 à 2,5 microns). Il y a une pénétration de 50% dans le substrat et une croissance de 50% par rapport aux dimensions originales. L'anodisation chromique a le moins d'effet sur la résistance à la fatigue et est moins corrosive, donc idéale pour les pièces complexes et difficiles à rincer. Excellente pour le revêtement des pièces moulées en aluminium, la plupart des pièces anodisées chromiques sont utilisées dans des applications militaires et aérospatiales et sont de nature plus fonctionnelle que décorative.
• L'anodisation sulfurique est la méthode d'anodisation la plus courante. Elle utilise de l'acide sulfurique pour produire des revêtements d'une épaisseur maximale de 25 microns. Il y a 67% de pénétration dans le substrat et 33% de croissance par rapport aux dimensions originales. En raison de sa nature perméable, l'anodisation sulfurique est excellente pour la teinture en couleur et constitue une base pour les apprêts, les agents de liaison et les revêtements organiques. L'anodisation sulfurique offre une résistance à la corrosion et est très durable. Les applications typiques comprennent l'architecture, l'aérospatiale, la fabrication, l'automobile et les ordinateurs.
• L'anodisation dure (aussi appelée revêtement dur) utilise un électrolyte d'acide sulfurique à concentration plus élevée et à une température plus basse, ce qui permet d'obtenir une peau extérieure dure présentant une excellente résistance à l'abrasion, à la corrosion, à la décoloration, à la rigidité diélectrique et à la dureté de surface (échelle Rockwell C jusqu'à 70). Une pénétration de 50 % dans le substrat et une croissance de 50 % par rapport aux dimensions originales se produisent pour une épaisseur totale de 0,5 à 4 mils. Les métaux anodisés durs présentent une rugosité de surface accrue. Les utilisations courantes comprennent les équipements d'emballage alimentaire non décoratifs, les rouleaux de papier pour photocopieurs et les applications extérieures telles que les façades et les fenêtres des bâtiments.

Procédé d'anodisation de l'aluminium

La pièce en aluminium est suspendue à des crémaillères en aluminium ou en titane dénudées, ce qui garantit un bon contact électrique. Tout au long du processus d'anodisation, les pièces sont fixées et les racks sont suspendus dans une série de réservoirs.

1. La pièce en aluminium est plongée dans une cuve chaude contenant un agent de nettoyage par trempage pour éliminer toutes les saletés de surface.
2. La pièce est rincée pour éviter de contaminer la solution dans les réservoirs suivants.
3. La cuve suivante désoxyde la pièce avec une solution acide (chromique, sulfurique, nitrique ou phosphorique) en éliminant la fine surface d'oxyde d'aluminium non uniforme.
4. La pièce est à nouveau rincée pour éviter la contamination du réservoir.
5. Le décapage est effectué en suspendant la pièce dans une cuve contenant une solution d'hydroxyde de sodium. Le décapage élimine la brillance naturelle de l'aluminium et donne un aspect doux, mat et texturé.
6. La pièce est suspendue dans la cuve d'anodisation, qui contient un mélange d'acide dilué et d'eau capable de permettre le passage du courant électrique. Le type d'acide, le pourcentage de solution et la température sont tous des paramètres critiques et dépendent de la finition et de la couleur souhaitées. La branche négative du circuit électrique est reliée au rack de pièces et le côté positif du circuit est relié à une ou plusieurs "cathodes" qui introduisent l'électricité dans le réservoir. La quantité et l'emplacement des cathodes varient en fonction de la taille et de la forme de la pièce, ainsi que de la superficie totale de la surface en aluminium à traiter. Les surfaces les plus proches de la cathode recevront un revêtement anodique plus épais. Pour l'anodisation sulfurique normale, on utilise une source de courant continu capable de produire jusqu'à 24 volts, la tension étant généralement maintenue entre 18 et 24 volts. La quantité de courant appliquée au réservoir d'anodisation varie en fonction de la quantité de surface à traiter, en règle générale entre 12 et 16 ampères sont nécessaires pour chaque pied carré de couverture. La solution d'électrolyte est agitée pendant le processus d'anodisation pour assurer une température uniforme de la solution. Le processus d'anodisation en cuve, dans des conditions normales, prend moins d'une heure.
7. Pour ajouter de la couleur (colorant), la pièce est plongée dans une cuve contenant un colorant organique dilué, soluble dans l'eau. Chaque colorant varie dans la durée et la température de cette immersion.
8. La dernière étape du processus d'anodisation consiste à sceller la surface extérieure maintenant teintée afin qu'elle ne se décolore pas au soleil ou ne se tache pas. Sans scellement, la surface extérieure poreuse a une résistance à la corrosion réduite. Pour les revêtements non teintés, la pièce en aluminium anodisé est plongée dans de l'eau désionisée bouillante pendant 20 à 30 minutes. Cela convertit les pores non structurés de l'oxyde d'aluminium en une forme d'hydrate cristallin plus solide. Si les pièces anodisées sont teintées, le processus de scellement est effectué pendant 3 à 5 minutes dans une cuve contenant une solution d'acétate de nickel.
9. L'anodisation dure, selon le procédé, utilise un mélange d'acide sulfurique et oxalique. Des températures relativement basses sont utilisées ainsi qu'un courant et une tension beaucoup plus élevés. La couche d'oxyde "grise" produite est généralement de 2 à 3 mils et est très dense, résistante à l'usure et à la corrosion.   

Une alternative au rayonnage est l'anodisation en vrac qui est plus idéale pour l'anodisation de petites pièces de forme irrégulière comme les rivets, les viroles et les moyeux médicaux. Au lieu de racks, les pièces sont traitées dans des paniers perforés en aluminium, en plastique ou en titane. Que vous ayez besoin d'une production en bobine ou par lots, l'anodisation offre l'une des meilleures options de finition de l'aluminium dans l'industrie.

Une autre alternative est l'anodisation en bobine. L'aluminium en bobine est pré-anodisé pour réduire les coûts de finition, le temps de production et la manipulation des matériaux. Les avantages de l'aluminium préanodisé peuvent être appliqués à la plupart des produits fabriqués à partir de feuilles ou de bobines. Les produits fabriqués à partir d'extrusions, de pièces moulées, de tiges, de barres ou de plaques sont limités aux procédés d'anodisation à la pièce tels que le rayonnage ou le vrac.

Bien que la plupart des alliages d'aluminium produisent de l'oxyde d'aluminium dans une cuve d'anodisation, ils ont tendance à s'anodiser différemment. Certains alliages sont plus difficiles à anodiser, tandis que d'autres présentent des nuances de couleur légèrement différentes. Lorsqu'ils sont anodisés, les différents alliages offrent différents niveaux d'usinabilité (usinage, meulage, polissage), de résistance à l'environnement et de stabilité dimensionnelle.

Pourquoi anodiser ?

L'anodisation est un moyen très efficace et souhaitable de finir l'aluminium. Voici quelques-uns des principaux avantages de l'anodisation :

• Durabilité - La plupart des pièces anodisées ne subissent aucune usure due à la manipulation, l'installation, l'utilisation et l'entretien.
• Adhésion - L'anodisation fait partie de l'aluminium pour une liaison totale et une adhésion inégalée.
• Couleur - Les pièces anodisées conservent une bonne stabilité de couleur lorsqu'elles sont exposées aux rayons ultraviolets, n'ont pas de revêtement appliqué susceptible de s'écailler ou de se décoller, et ont un processus de coloration reproductible.
• Qualité de la finition d'origine - Les pièces ne sont pas sujettes aux marques du processus d'anodisation d'origine.
• Entretien - Un nettoyage doux à l'eau et au savon redonne généralement à un profilé anodisé son aspect d'origine.
• Esthétique - L'anodisation offre un grand nombre de possibilités de brillance et de couleur, tout en laissant transparaître l'aspect métallique de l'aluminium extrudé.
• Coût - L'anodisation est une valeur très rentable par rapport aux autres méthodes de finition. En plus des faibles coûts de traitement et d'entretien, la durabilité minimise les coûts de remplacement.
• Environnement, santé et sécurité - L'anodisation est favorable aux réglementations gouvernementales actuelles car il s'agit de l'un des procédés industriels les plus respectueux de l'environnement et il n'est généralement pas dangereux pour la santé humaine. Une finition anodisée est chimiquement stable, ne se décompose pas, n'est pas toxique et résiste à la chaleur jusqu'au point de fusion de l'aluminium. Le processus d'anodisation étant un renforcement d'un processus d'oxyde naturel, il n'est pas dangereux et ne produit aucun sous-produit nocif ou dangereux. Les bains chimiques utilisés dans le processus d'anodisation sont souvent récupérés, recyclés et réutilisés. 

Pourquoi mesurer l'épaisseur de l'anodisation ?

Les paramètres du processus d'anodisation ont une influence importante sur les propriétés de l'oxyde formé. Si l'on utilise des températures et des concentrations d'acide faibles, on obtient un revêtement moins poreux et plus dur. Des températures et une teneur en acide plus élevées, ainsi que des temps d'immersion plus longs, produisent des revêtements plus mous et plus poreux. Des modifications mineures de l'alliage lui-même ou de l'un de ces paramètres peuvent affecter de manière significative le revêtement.

Grâce à divers contrôles de processus et techniques de mesure, les anodiseurs sont en mesure de surveiller, contrôler et corriger l'application du revêtement anodisé. L'un des contrôles de qualité les plus critiques pour l'anodisation est l'épaisseur. L'épaisseur de l'anodisation peut être mesurée de manière non destructive à l'aide d'une jauge d'épaisseur de revêtement à courants de Foucault ou en calculant le poids par unité de surface. La simplicité de la méthode des courants de Foucault est non seulement plus efficace que la méthode de calcul, mais elle permet également à l'inspecteur de vérifier qu'une anodisation adéquate se produit sur toutes les surfaces de la pièce.

Où se trouve le marché des matériaux anodisés ?

Les produits et composants anodisés sont utilisés dans des milliers d'applications commerciales, industrielles et grand public :

• Produits de construction (murs-rideaux, systèmes de toiture)
• produits commerciaux et résidentiels (évents, auvents, cadres, luminaires)
• les appareils électroménagers (réfrigérateurs, micro-ondes, cafetières)
• équipement de préparation des aliments (casseroles, glacières, grils)
• meubles de maison et de bureau (tables, lits, armoires)
• articles de sport (voiturettes de golf, bateaux, matériel de camping et de pêche)
• les composants de véhicules à moteur (garnitures, enjoliveurs, panneaux, plaques signalétiques)
• l'électronique (téléviseurs, matériel de photographie)
• aérospatiale (panneaux satellites)

Associations

AAC (Conseil des anodiseurs d'aluminium)

AEC (Conseil des extrudeurs d'aluminium)

FGIA (Fenestration & Glazing Industry Alliance) - Anciennement AAMA-Architectural Manufacturers Association (Association des fabricants de produits architecturaux)

L'Association de l'aluminium

Spécifications de l'industrie de l'anodisation

Normes d'anodisation militaires

MIL-A-8625- Revêtementsanodiquespour l'aluminium et les alliages d'aluminium

MIL-STD-171-Standard pour la finition et le traitement des surfaces

Normes d'anodisation ASTM

ASTM B244-09-Standard Méthode de test pour la mesure de l'épaisseur des revêtements anodiques sur l'aluminium et d'autres revêtements non conducteurs sur des métaux de base non magnétiques avec des instruments à courant de Foucault

ASTM B487-85-Standard Méthode d'essai pour la mesure de l'épaisseur des revêtements métalliques et oxydés par examen microscopique d'une section transversale

ASTM B137-95-Standard Méthode d'essai pour la mesure de la masse du revêtement par unité de surface sur l'aluminium revêtu par anodisation

ASTM B136-84-Standard Méthode de mesure de la résistance aux taches des revêtements anodiques sur l'aluminium

ASTM B457-67-Standard Méthode de test pour la mesure de l'impédance des revêtements anodiques sur l'aluminium

ASTM B580-79-Standard Spécification pour les revêtements d'oxyde anodique sur l'aluminium

ASTM B680-80-Standard Méthode d'essai pour la qualité du scellement des revêtements anodiques sur l'aluminium par dissolution acide

ASTM B893-98-Spécificationpour l'anodisation à couche dure du magnésium pour les applications d'ingénierie

Normes d'anodisation SAE International AMS (Aerospace Materials Specifications)

AMS2468 -Traitementpar revêtement durdes alliages d'aluminium

AMS2469-Traitement par revêtement dur del'aluminium et des alliages d'aluminium

AMS2471-Traitement anodiquedes alliages d'aluminium Procédé à l'acide sulfurique, procédé à la cire perdue

AMS2472-Traitement anodiquedes alliages d'aluminium Procédé à l'acide sulfurique, teinté par le procédé

AMS-A-8625 -Revêtementsanodiquespour l'aluminium et les alliages d'aluminium (copie de MIL-A-8625)

Normes internationales Normes d'anodisation

ISO 7599-Anodisationde l'aluminium et de ses alliages ; Spécifications générales pour les revêtements d'oxyde anodique sur aluminium

ISO 8078-Traitement anodiquedes alliages d'aluminium - Procédé à l'acide sulfurique, revêtement non teinté

ISO 8079-Traitement anodiquedes alliages d'aluminium - Procédé à l'acide sulfurique, revêtement coloré

ISO 10074-Spécificationpour les revêtements d'oxydation anodique dure sur l'aluminium et ses alliages

Normes d'anodisation BS, DIN, EN

BS/DIN EN 2101-Spécificationpour l'anodisation à l'acide chromique de l'aluminium et des alliages d'aluminium corroyés.

BS/DIN 2284-Spécificationpour l'anodisation à l'acide sulfurique de l'aluminium et des alliages d'aluminium corroyés.

BS/DIN 2536-Anodisation duredes alliages d'aluminium

BS/DIN 2808-Anodisationdu titane et des alliages de titane

DIN EN ISO 7599-Anodisation de l'aluminium et des alliages d'aluminium - Méthode de spécification des couches d'oxyde décoratives et protectrices produites par anodisation sur l'aluminium