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

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

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

Pour contrôler efficacement l'épaisseur de l'anodisation et d'autres revêtements minces, une méthode de mesure non destructive précise est nécessaire.   

Un défi secondaire réside dans la mesure de l'anodisation sur des zones exiguës ou difficiles d'accès.

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

 La gamme PosiTector 6000 « N » de jauges à courants de Foucault est idéale pour la mesure non destructive de revêtements non conducteurs sur des substrats non ferreux. La sonde PosiTector 6000 NAS est spécifiquement conçue pour la mesure à haute résolution de l'anodisation sur l'aluminium. Bien qu'elle puisse mesurer jusqu'à 625 µm (25 mils), la sonde PosiTector 6000 NAS offre sa plus grande exactitude et sa plus haute résolution en deçà de 100 µm (4 mils), ce qui correspond à la plage attendue pour la plupart des applications d'anodisation.

Figure 1 - Sonde PosiTector 6000 NAS mesurant l'anodisation

Pour la mesure de l'épaisseur de revêtement dans des zones exigües ou difficiles d'accès, la gamme de micro-sondes PosiTector 6000 N constitue une alternative de mesure idéale. Dotées d'embouts de sonde inclinés à 0°, 45° ou 90°, elles permettent d'effectuer des mesures d'épaisseur dans des orifices profonds, sur de petits rebords ou sur des diamètres intérieurs. Lorsqu'elles sont utilisées avec un support ou un adaptateur à attache rapide, les micro-sondes N possèdent des caractéristiques techniques identiques à celles des sondes NAS.

Figure 2 - Micro-sonde PosiTector 6000 N mesurant l'anodisation

Consultation gratuite

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Généralités sur l'anodisation

Qu'est-ce que l'anodisation ?

L'anodisation est un procédé de conversion électrochimique existant 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 manière permanente la structure externe du métal. Lorsqu'il est exposé à l'air, l'aluminium développe naturellement un fin film d'oxyde d'aluminium qui le protège contre toute oxydation ultérieure. Le processus d'anodisation rend la surface oxydée beaucoup plus épaisse, atteignant plusieurs millièmes de pouce. La dureté du revêtement en oxyde d'aluminium anodisé rivalise avec celle du diamant, ce qui renforce 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 colorer l'aluminium dans une variété de teintes, améliorant ainsi son esthétique.

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

• L'anodisation chromique utilise un électrolyte à base d'acide chromique et produit les revêtements les plus minces, d'une épaisseur de seulement 0,02 à 0,1 mil (0,5 à 2,5 microns). Une pénétration de 50 % dans le substrat et une croissance de 50 % par rapport aux dimensions initiales se produisent. L'anodisation chromique a le moins d'effet sur la résistance à la fatigue et est moins corrosive, ce qui la rend 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 ont une fonction davantage utilitaire qu'esthétique.
• L'anodisation sulfurique est la méthode d'anodisation la plus courante ; elle utilise l'acide sulfurique pour produire des revêtements d'une épaisseur maximale de 1 mil (25 microns). Une pénétration de 67 % dans le substrat et une croissance de 33 % par rapport aux dimensions initiales se produisent. En raison de sa nature perméable, l'anodisation sulfurique est excellente pour la coloration par pigments et constitue une base idéale pour les apprêts, les agents de liaison et les revêtements organiques. L'anodisation sulfurique offre une excellente résistance à la corrosion et une grande durabilité. Les applications typiques comprennent l'architecture, l'aérospatiale, la fabrication, l'automobile et l'informatique.
• L'anodisation dure (également appelée revêtement dur) utilise une concentration plus élevée d'électrolyte à base d'acide sulfurique à basse température, ce qui produit une couche externe résistante offrant une excellente résistance à l'abrasion, à la corrosion, à la décoloration, ainsi qu'une rigidité diélectrique et une dureté superficielle élevées (échelle Rockwell C jusqu'à 70). On observe une pénétration de 50 % dans le substrat et une croissance de 50 % par rapport aux dimensions d'origine, pour une épaisseur totale de 0,5 à 4 mils. Les métaux anodisés durs présentent une rugosité de surface accrue. Les utilisations courantes comprennent le matériel d'emballage alimentaire non décoratif, les rouleaux de papier pour photocopieurs et les applications extérieures telles que les vitrines de bâtiments et les fenêtres.

Procédé d'anodisation de l'aluminium

La pièce en aluminium est suspendue sur des bâtis en aluminium ou en titane décapés afin de garantir un bon contact électrique. Tout au long du processus d'anodisation, les pièces sont fixées et les bâtis sont suspendus dans une série de cuves.

1. La pièce en aluminium est immergée dans une cuve chaude contenant un agent de nettoyage par trempage pour éliminer toute saleté en surface.
2. La pièce est rincée afin d'éviter de contaminer la solution dans les cuves suivantes.
3. La cuve suivante désoxyde la pièce à l'aide d'une solution acide (chromique, sulfurique, nitrique ou phosphorique), éliminant ainsi la fine couche d'oxyde d'aluminium non uniforme.
4. La pièce est de nouveau rincée afin d'éviter la contamination du bain.
5. Le décapage est réalisé en suspendant la pièce dans un bain contenant une solution d'hydroxyde de sodium. Le décapage élimine l'éclat naturel de l'aluminium et confère un aspect texturé, mat et doux.
6. La pièce est suspendue dans la cuve d'anodisation, qui contient un mélange d'eau et d'acide dilué capable de permettre le passage d'un courant électrique. Le type d'acide, le pourcentage de la solution et la température constituent des paramètres critiques qui dépendent de la finition et de la couleur souhaitées. La borne négative du circuit électrique est reliée au support de pièces et la borne positive est reliée à une ou plusieurs « cathodes » qui introduisent l'électricité dans la cuve. La quantité et l'emplacement des cathodes varient selon la taille et la forme de la pièce, ainsi que selon la surface totale en pieds carrés de l'aluminium à traiter. Les surfaces les plus proches de la cathode reçoivent une couche anodique plus épaisse. Pour une anodisation sulfurique normale, une source d'alimentation CC capable de produire jusqu'à 24 volts est utilisée, la tension étant généralement maintenue entre 18 et 24 volts. La quantité de courant appliquée à la cuve d'anodisation varie en fonction de la surface à traiter, généralement entre 12 et 16 ampères par pied carré de surface. La solution électrolytique est agitée pendant le processus d'anodisation afin d'assurer une température de solution uniforme. Dans des conditions normales, le processus en cuve d'anodisation prend moins d'une heure.
7. Pour ajouter de la couleur (pigmentation), la pièce est immergée dans un bain contenant un colorant organique hydrosoluble dilué. La durée et la température de cette immersion varient selon chaque colorant.
8. La dernière considération du processus d'anodisation consiste à sceller la surface extérieure désormais teintée afin d'éviter toute décoloration par les rayons solaires ou toute formation de taches. Si elle n'est pas scellée, la surface extérieure poreuse présente une résistance à la corrosion amoindrie. Pour les revêtements non teintés, la pièce en aluminium anodisé est placée dans de l'eau déionisée bouillante pendant 20 à 30 minutes. Cela transforme les pores non structurés de l'oxyde d'aluminium en une forme d'hydrate cristallin plus solide. Si les pièces anodisées sont teintées, l'opération de colmatage est effectuée 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 d'acide oxalique. Des températures relativement basses sont utilisées conjointement avec un courant plus élevé et une tension nettement supérieure. La couche d'oxyde « grise » obtenue mesure généralement de 2 à 3 mils, et se révèle très dense ainsi que résistante à l'usure et à la corrosion.   

L'anodisation en vrac constitue une alternative au montage sur support, particulièrement idéale pour le traitement de petites pièces de formes irrégulières telles que les rivets, les embouts (ferrules) et les embouts médicaux. Au lieu d'être fixées sur des supports, les pièces sont traitées dans des paniers perforés en aluminium, en plastique ou en titane. Que vous ayez besoin d'une production en continu (bandes) ou par lots, l'anodisation offre l'une des meilleures options de finition de l'aluminium de l'industrie.

L'anodisation en continu (coil) représente une autre alternative. L'aluminium en bobine est pré-anodisé afin de réduire les coûts de finition, d'économiser du temps de production et de limiter la manutention des matériaux. Les avantages de l'aluminium pré-anodisé peuvent s'appliquer à la plupart des produits fabriqués à partir de tôles ou de feuillards en bobine. Les produits fabriqués à partir de profilés extrudés, de pièces moulées, de tiges, de barres ou de plaques sont limités aux procédés d'anodisation de pièces individuelles, tels que le montage sur support ou l'anodisation en vrac.

Bien que la plupart des alliages d'aluminium développent de l'oxyde d'aluminium dans une cuve d'anodisation, ils ont tendance à réagir différemment. Certains alliages sont plus difficiles à anodiser tandis que d'autres prennent des nuances de couleur légèrement différentes. Une fois anodisés, les différents alliages offrent divers niveaux d'usinabilité (usinage, rectification, polissage), de résistance environnementale et de stabilité dimensionnelle.

Pourquoi anodiser ?

L'anodisation est un moyen de finition de l'aluminium hautement efficace et souhaitable. Parmi les principaux avantages de l'anodisation, on peut citer :

• Durabilité - La plupart des pièces anodisées ne subissent aucune usure liée à la manipulation, à l'installation, à l'utilisation et à la maintenance
• Adhésion - L'anodisation fait partie intégrante de l'aluminium, garantissant une liaison totale et une adhésion inégalée.
• Couleur – Les pièces anodisées conservent une bonne stabilité des couleurs lorsqu'elles sont exposées aux rayons ultraviolets, ne comportent pas de revêtement rapporté susceptible de s'écailler ou de se détacher, et bénéficient d'un processus de coloration reproductible.
• Qualité de la finition initiale – Les pièces ne sont pas sujettes aux marquages issus du processus d'anodisation d'origine.
• Maintenance - Un nettoyage à l'eau et au savon doux suffit généralement à redonner à un profilé anodisé son aspect d'origine.
• Esthétique - L'anodisation offre un grand nombre d'alternatives de brillance et de couleurs, tout en laissant transparaître l'aspect métallique de l'aluminium extrudé.
• Coût - L'anodisation représente une valeur très rentable par rapport aux autres méthodes de finition. En plus de faibles coûts de traitement et de maintenance, sa durabilité minimise les coûts de remplacement.
• Environnement, santé et sécurité - L'anodisation s'inscrit favorablement dans le droit fil des réglementations gouvernementales actuelles, car il s'agit de l'un des procédés industriels les plus respectueux de l'environnement et généralement inoffensif pour la santé humaine. Une finition anodisée est chimiquement stable, ne se décompose pas, est non toxique et résiste à la chaleur jusqu'au point de fusion de l'aluminium. Le processus d'anodisation constituant le renforcement d'un phénomène d'oxydation naturel, il ne présente aucun danger et ne génère aucun sous-produit nocif ou dangereux. Les bains chimiques utilisés lors du processus d'anodisation sont souvent récupérés, recyclés et réutilisés. 

Pourquoi mesurer l'épaisseur de l'anodisation ?

Les paramètres du processus d'anodisation exercent une influence considérable sur les propriétés de l'oxyde formé. L'utilisation de températures basses et de concentrations d'acide faibles produit un revêtement moins poreux et plus dur. Des températures et une teneur en acide plus élevées, associées à des temps d'immersion prolongés, engendrent des revêtements plus tendres 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, de contrôler et de corriger l'application du revêtement anodisé. L'épaisseur constitue l'un des contrôles de qualité les plus critiques pour l'anodisation. 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 par calcul du poids par unité de surface. La simplicité de la méthode par courants de Foucault s'avère non seulement plus efficace que la méthode par calcul, mais permet également à l'inspecteur de vérifier qu'une anodisation adéquate est appliquée sur l'ensemble des surfaces de la pièce.

Quels sont les marchés cibles pour les 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 (ventilations, stores, cadres, ferrures)
• appareils électroménagers (réfrigérateurs, micro-ondes, cafetières)
• équipements de préparation des aliments (casseroles, glacières, barbecues)
• mobilier de maison et de bureau (tables, lits, armoires)
• articles de sport (voirettes de golf, bateaux, équipements de camping et de pêche)
• composants de véhicules automobiles (enjoliveurs, enjoliveurs de roue, panneaux, plaques d'identification)
• électronique (téléviseurs, équipements photographiques)
• aérospatiale (panneaux de satellites)

Associations

AAC (Aluminum Anodizers Council)

AEC (Aluminum Extruders Council)

FGIA (Fenestration & Glazing Industry Alliance) — Anciennement AAMA — Architectural Manufacturers Association

The Aluminum Association

Spécifications de l'industrie de l'anodisation

Normes militaires d'anodisation

MIL-A-8625 — Revêtements anodiques pour l'aluminium et les alliages d'aluminium

MIL-STD-171 — Norme de finition et de traitement des surfaces

Normes d'anodisation ASTM

ASTM B244-09 — Méthode d'essai standard pour le mesurage de l'épaisseur des revêtements anodiques sur l'aluminium et d'autres revêtements non conducteurs sur des métaux de base non magnétiques à l'aide d'instruments à courants de Foucault

ASTM B487-85 — Méthode d'essai standard pour le mesurage de l'épaisseur des revêtements métalliques et d'oxyde par examen microscopique d'une coupe transversale

ASTM B137-95 — Méthode d'essai standard pour le mesurage de la masse de revêtement par unité de surface sur l'aluminium anodisé

ASTM B136-84 — Méthode standard pour le mesurage de la résistance aux taches des revêtements anodiques sur l'aluminium

ASTM B457-67 — Méthode d'essai standard pour le mesurage de l'impédance des revêtements anodiques sur l'aluminium

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

ASTM B680-80 — Méthode d'essai standard pour évaluer la qualité du colmatage des revêtements anodiques sur l'aluminium par dissolution acide

ASTM B893-98 — Spécification pour l'anodisation dure du magnésium à des fins d'ingénierie

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

AMS2468 — Traitement par oxydation dure des alliages d'aluminium

AMS2469 — Traitement par oxydation dure de l'aluminium et des alliages d'aluminium

AMS2471 — Traitement anodique des alliages d'aluminium, procédé à l'acide sulfurique, non coloré

AMS2472 — Traitement anodique des alliages d'aluminium, procédé à l'acide sulfurique, coloré

AMS-A-8625 — Revêtements anodiques pour l'aluminium et les alliages d'aluminium (copie de la norme MIL-A-8625)

Normes internationales d'anodisation

ISO 7599 — Anodisation de l'aluminium et de ses alliages — Spécifications générales pour les couches anodiques (oxydes anodiques) sur l'aluminium

ISO 8078 — Traitement anodique des alliages d'aluminium — Procédé à l'acide sulfurique, revêtement non coloré

ISO 8079 — Traitement anodique des alliages d'aluminium — Procédé à l'acide sulfurique, revêtement coloré

ISO 10074 — Spécification pour les couches d'oxydation anodique dure sur l'aluminium et ses alliages

Normes d'anodisation BS, DIN, EN

BS/DIN EN 2101 — Spécification pour l'anodisation chromique de l'aluminium et des alliages d'aluminium monnayés

BS/DIN 2284 — Spécification pour l'anodisation sulfurique de l'aluminium et des alliages d'aluminium monnayés

BS/DIN 2536 — Anodisation dure des alliages d'aluminium

BS/DIN 2808 — Anodisation du 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 produites par anodisation à des fins décoratives et protectrices sur l'aluminium