Estudio del proceso electroquímico anódico para el crecimiento forzado de una película de óxido de aluminio sobre la superficie de aluminio en ácido sulfúrico y diseño de una planta a nivel piloto

Abstract

En el presente informe de tesis se estudió el proceso de anodizado del aluminio en medio ácido sulfúrico al 20% en peso, manteniendo constante la concentración del electrolito y amperaje a 1,5 A/dm2, con el fin de definir un proceso adecuado considerando como principales factores variables la temperatura y el tiempo de anodizado; y los resultados obtenidos a nivel de laboratorio se usaron para diseñar una planta piloto, incluyendo una planta de tratamiento de efluentes. La probeta usada proviene de una plancha de aluminio, aleación tipo AA6061, de espesor 0,25 mm, la que corresponde a una aleación con Mg-Si. Las dimensiones de las probetas fueron de 10 cm x 5 cm. Antes de iniciar el proceso de anodizado, algunas probetas pasaron por el tratamiento de pulido para obtener un acabado final brillante. Luego la probeta pasó por las siguientes etapas: desengrasado /decapado en hidróxido de sodio, neutralizado con ácido nítrico, abrillantado con una mezcla de ácido fosfórico, ácido sulfúrico y glicerina, anodizado en medio ácido sulfúrico, coloreado (si se desea la probeta con color) y finalmente el sellado en agua a 96ºC. Posteriormente se midió el espesor de las probetas anodizadas con un microscopio óptico. Las micrografías determinaron espesores de capa anódica para probetas anodizadas a temperatura constante de 22ºC de 3,17; 2,55 y 3,5 micras para tiempos de 50, 65 y 80 minutos respectivamente. Para una temperatura de 24ºC, las micrografías determinaron espesores de 17,6; 5,99 y 5,87 micras para tiempos de 50, 65 y 80 minutos respectivamente. Adicionalmente, también se midió el índice de refracción, con lo que se calculó la cantidad de aluminio que pasó a solución, esto permitió dimensionar la planta de tratamiento de efluentes, además de tomar medidas para control del proceso. Por lo que se puede concluir que el proceso propuesto, similar a los procesos industriales de anodizado de aluminio, obtuvo buenos resultados, ya que es necesario como mínimo la formación de espesor de 3 micras para uso en interiores y un espesor a partir de 5 micras para uso en exteriores. La planta piloto de anodizado de aluminio podrá anodizar piezas en formas variadas, según la demanda del mercado, bajo las normativas de seguridad y cuidado del medio ambiente. Ya que el diseño ha considerado una planta de tratamiento de efluentes de esta actividad, incluyendo recomendaciones para buenas prácticas del proceso, minimizando impactos negativos socioambientales.

In this thesis report the aluminum anodization process was studied in 20% by weight sulfuric acid medium, keeping the electrolyte and amperage concentration constant at 1.5 A / dm2, in order to define an adequate process considering as main factors variable temperature and anodizing time; and the results obtained at the laboratory level were used to design a pilot plant, including an effluent treatment plant. The specimen used comes from an aluminum plate, type AA6061 alloy, thickness 0.25 mm, which corresponds to an alloy with Mg-Si. The dimensions of the specimens were 10 cm x 5 cm. Before starting the anodizing process, some specimens went through the polishing treatment to obtain a glossy finish. After that, the specimen went through the following phases: Degassing / pickling in sodium hydroxide, neutralized with nitric acid, brightened with a mixture of phosphoric acid, sulfuric acid and glycerol, anodized in sulfuric acid medium, colored (if desired, the colored specimen ) and finally the sealing in water at 96 ° C. Subsequently, the thickness of the anodized specimens was measured with an optical microscope. The micrographs determined anodic layer thicknesses for anodized specimens at a constant temperature of 22ºC of 3.17; 2.55 and 3.5 microns for times of 50, 65 and 80 minutes respectively. At a temperature of 24 ° C, the micrographs determined thicknesses of 17.6; 5.99 and 5.87 microns for times of 50, 65 and 80 minutes respectively. In addition, the refractive index was also measured, which calculated the amount of aluminum that went into solution, this allowed to size the effluent treatment plant, besides taking measures to control the process. Therefore, it can be concluded that the proposed process, similar to the industrial processes of aluminum anodizing, obtained good results, since it is necessary at least the formation of thickness of 3 microns for indoor use and a thickness from 5 microns for outdoor use. The aluminum anodized pilot plant will be able to anodize pieces in various forms, according to market demand, under the safety and environmental standards, since the design has considered an effluent treatment plant for this activity, including recommendations for good process practices, minimizing negative socio-environmental impacts.