Anodisation de l'aluminium moulé sous pression crée une surface protectrice. La pièce en aluminium est d'abord nettoyée. Ensuite, un courant électrique dans un bain d'acide forme une couche d'oxyde. Cette couche renforce l'aluminium et accroît sa résistance à l'usure. Enfin, la pièce anodisée peut être colorée. L'anodisation permet de donner une couleur spécifique à un produit et d'en augmenter l'esthétique. Cependant, la porosité peut avoir un impact sur la finition finale.

C'est pourquoi cet article met en évidence certains paramètres importants de la anodisation de l'aluminium moulé sous pression. Cela couvre le contrôle de la qualité, les procédures et les tactiques de prétraitement.

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Qu'est-ce que la coulée sous pression d'aluminium ?

Moulage sous pression d'aluminium est un procédé très utilisé. Il permet de fabriquer des pièces très détaillées pour toutes les industries. La première étape de ce processus consiste à fondre l'alliage d'aluminium en le chauffant jusqu'à son point de fusion.

Ce métal en fusion est ensuite injecté sous haute pression pour remplir uniformément le moule en acier. Le moule donne la forme du profil du produit et, après solidification, la pièce est prête à être enlevée.

Procédés de moulage sous pression

1. Toutes les pièces à parois minces (1 à 2 mm) peuvent être fabriquées par moulage sous pression. En effet, ce procédé injecte du métal à plus de 10 000 psi et travaille donc plus rapidement. Ce procédé convient également à la production de masse.
2. Le moulage sous pression à basse pression convient parfaitement aux pièces à parois minces ou modérément épaisses. Il donne la forme réelle sans causer beaucoup de défauts. Il s'agit toutefois d'un processus lent qui utilise de 20 à 100 psi.
3. Le moulage sous vide élimine d'abord l'air capturé dans le moule. De ce fait, le moulage ne produit pas de minuscules trous qui se transforment en porosité.

Alliages d'aluminium courants

A380 :

Cet alliage a une bonne fluidité en raison de la présence d'éléments de silicium. Les fabricants appliquent une température de 660-680°C pour le couler.

A380 convient essentiellement aux pièces à parois minces et offre une meilleure résistance à l'anodisation que les alliages à haute performance.

ADC12 :

La teneur en silicium est plus élevée dans l'ADC12. C'est pourquoi ces alliages permettent d'obtenir des tolérances serrées avec des parois de 2 à 3 mm.

En revanche, il n'est pas beaucoup plus facile de les anodiser. Elle est injectée à une température inférieure à 650-670°C.

Propriétés principales

• Solidité : L'A380 produit des pièces solides.
• Résistance à la corrosion : ADC12 ne se corrode pas facilement.
• Anodisation : L'A380 se prête bien à l'anodisation. Par contre, l'ADC12 est plus difficile car il y a un excès de silicium. Cela perturbe la couche d'oxyde.

Défauts

De petits trous (porosité) se forment lorsque la coulée ne parvient pas à refroidir le métal de manière uniforme, ce qui affaiblit les pièces.

La saleté ou les oxydes peuvent s'infiltrer dans le métal et provoquer des inclusions. Ces problèmes ont également un impact sur les résultats de l'anodisation et, d'une certaine manière, ruinent la finition.

Outillage

Outillage signifie moule. Il est généralement fabriqué en acier afin d'être suffisamment résistant. Il peut donc fonctionner à haute température (plus de 600°C) et à haute pression (plus de 10 000 psi).

Finition de la surface

Les pièces moulées sous pression peuvent déjà présenter des surfaces plus belles et plus nettes, mais il est nécessaire d'éliminer les petits défauts. Leur rugosité actuelle se situe entre 1,6 et 3,2 µm (comme du papier de verre fin). Le polissage de ces surfaces peut les rendre plus lisses.

Qu'est-ce que l'anodisation de l'aluminium moulé sous pression ?

L'anodisation est une technique électrochimique. Il s'agit d'une amélioration de la couche d'oxyde naturelle de l'aluminium. Après l'anodisation, les pièces ne se corrodent pas facilement. Elles retiennent bien la peinture et durent plus longtemps.

Les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de l'électronique grand public l'utilisent pour fabriquer leurs composants fonctionnels et esthétiques.

Processus électrochimique

Pour anodiser une pièce, on prépare un bain contenant un électrolyte acide (par exemple, de l'acide sulfurique). Le personnel immerge ensuite l'aluminium dans ce bain.

Le processus permet de créer une couche d'oxyde dure et poreuse en absorbant un courant électrique. Ce résultat est rendu possible par la formation d'ions d'oxygène. Ceux-ci se lient à l'aluminium.

L'épaisseur de la couche peut être de l'ordre de 5 à 100 micromètres (µm) selon le procédé.

Equations chimiques

• L'équation chimique à l'anode (partie aluminium) est 2Al+3H₂O→Al₂O₃+6H⁺+6e-.
• À l'intérieur de la cathode en forme de bain se trouve 6H⁺ + 6e- → 3H₂.

Types d'anodisation de l'aluminium moulé sous pression

1. Anodisation à l'acide chromique :

La plupart des pièces aérospatiales ont besoin d'une durabilité suffisante et d'un poids réduit. Dans ce cas, l'anodisation à l'acide chromique donne de bons résultats. Il est plus facile de former une fine couche d'oxyde, d'une épaisseur typique de 2 à 5 µm.

2. Anodisation à l'acide sulfurique :

Elle entre dans la catégorie des anodisations courantes. Le processus implique l'utilisation d'acide sulfurique. Il permet de créer des couches d'oxyde beaucoup plus épaisses, oscillant entre 5 et 25 µm.

En général, cette anodisation crée des propriétés équilibrées de durabilité et d'esthétique dans les pièces. Il peut s'agir de produits de consommation comme les smartphones, d'ustensiles de cuisine ou d'architecture.

3. Anodisation dure :

Il s'agit d'un autre type d'anodisation qui utilise également l'acide sulfurique. Il s'en distingue toutefois par sa capacité à créer une couche d'oxyde plus épaisse et plus dure. Celle-ci peut atteindre 25 à 100 µm.

Les couches plus épaisses sont importantes pour les pièces à usage intensif afin d'établir des barrières contre l'usure. Les systèmes hydrauliques, les équipements militaires et les machines industrielles en sont des exemples.

Microstructure de la couche anodisée.

La couche anodisée présente des pores. Celle-ci ressemble à une structure en nid d'abeille. Ces pores absorbent bien la peinture et ajoutent une couche de protection contre la corrosion et l'usure.

La formation de la taille des pores dépend du procédé utilisé. Par exemple, la tension (12-24 volts) et la température (18-22°C pour le type II).

Anodisation conventionnelle ou dure

L'anodisation conventionnelle (acide sulfurique) convient mieux aux pièces qui nécessitent une touche esthétique ou une résistance moyenne à l'usure.

Dans le cas d'une durabilité et d'une dureté extrêmes, l'anodisation dure (type 3) est idéale. Elle peut atteindre une dureté de 350-500 Vickers (HV).

Préparation de la préanodisation pour le moulage sous pression de l'aluminium

Nettoyage

Les pièces en aluminium sont nettoyées à l'aide de plusieurs nettoyants. Les nettoyants alcalins (pH 10-12) sont les plus courants.

Ils fonctionnent à 50-70°C. Il faut 5 à 10 minutes pour éliminer la saleté, la graisse ou les débris. Les nettoyants décomposent le contenu de l'huile par saponification, en le transformant en savon.

Il existe également des nettoyants à base de solvants. Ils sont trop rapides et dégraissent sans eau.

Gravure

Une sorte de texture légèrement rugueuse sans oxydes provient généralement d'un processus d'attaque. Il s'agit de soude caustique (hydroxyde de sodium, 50-100 g/L). Le processus se déroule à 50-70°C et nécessite 1 à 5 minutes de repos.

La rugosité des pièces passe de 0,8 µm à 1,5-3 µm. Ainsi, la pièce peut bien tenir ou adhérer à la peinture. La surgravure n'est pas nécessairement importante car elle provoque des piqûres.

Desmutting

Le processus de démucilagination permet d'éliminer facilement le noir de fumée. Le noir (restes d'oxydes et d'éléments d'alliage) apparaît après la fin de l'étape de gravure.

C'est pourquoi ils ont besoin d'une sorte de solution (acide nitrique dans une proportion de 10-30%) qui dissout leurs couches.

La réaction de libération de l'acide dissout les oxydes résiduels en 1 à 3 minutes. Elle rend les surfaces en aluminium totalement propres.

Mesure de la rugosité de surface

La rugosité de la surface varie mais peut être suivie à l'aide de mesures de profilométrie. Elle utilise un stylet pour analyser les pics et les vallées.

Les paramètres de rugosité idéaux se situent entre 0,5 et 2,5 µm. Les pièces trop glissantes ne retiennent pas bien les revêtements, tandis qu'une rugosité élevée n'aboutit pas à une finition uniforme.

Importance des temps de séjour et des concentrations chimiques

La concentration sur le temps de séjour permet d'obtenir le résultat souhaité, qu'il s'agisse de nettoyage ou de gravure.

Dans le cas contraire, la pièce risque d'être endommagée.

Par exemple, le fait de donner plus de temps (plus de 5 minutes) à la soude caustique crée un sur-mordançage des parois minces.

Processus d'anodisation pour le moulage sous pression de l'aluminium

Composition de l'électrolyte dans Anodisation de l'aluminium moulé sous pression

Le bain est préparé en mélangeant de l'acide sulfurique avec de l'eau. Toutefois, pour contrôler la formation de pores ou améliorer l'absorption, les additifs tels que les acides organiques sont les plus efficaces.

L'eau de refroidissement est également importante pour maintenir la température du bain autour de 18-22 °C.

Densité de courant, température et temps

• Densité de courant : Elle est gérée par la source d'alimentation en courant continu et le limiteur de courant. Elle doit être de l'ordre de 1,5-3 A/dm². Un courant plus élevé accélère le processus mais n'assure pas l'uniformité.
• Tension : La tension de 12 à 24 volts est suffisante pour un usage général. Elle peut toutefois être modifiée en fonction de l'alliage ou de l'épaisseur.
• Durée : l'anodisation dure de 30 à 60 minutes. Une durée plus longue permet d'obtenir des couches plus épaisses.

Formation de la structure des pores

Nous avons déjà parlé de la formation de pores par le courant électrique lors de l'anodisation. Les agitateurs répartissent donc les produits chimiques de manière uniforme dans ces pores. Les colorants les remplissent si bien qu'ils ne se corrodent pas facilement.

Anodisation à l'acide chromique ou à l'acide sulfurique

Acide chromique (type I) :

Utilise de l'acide chromique 3-10% dans le bain. Produit des couches plus fines (2-5 µm) avec une excellente résistance à la corrosion mais une aptitude limitée à la teinture.

Ce procédé utilise de l'acide chromique 3-10% dans le bain. Il est le plus efficace pour rendre les parois plus minces et arrêter la corrosion. Cependant, il ne s'applique pas à tous les revêtements.

Acide sulfurique (type 2/3) :

Il est préférable de l'utiliser pour réaliser des couches plus épaisses qui retiennent fortement la teinture. L'anodisation dure offre une durabilité extrême.

Rôle de la cathode

Le circuit se termine à la cathode (plomb ou acier). À cet endroit, il se forme de l'hydrogène gazeux pour permettre la réaction de l'anode avec les ions d'oxygène.

Impact de la composition de l'alliage

Les particules de silicium plus élevées dans l'ADC12 bloquent les réactions, ce qui fait que la couche d'oxyde n'adhère pas bien.

En revanche, le silicium inférieur de l'A380 absorbe la peinture de manière uniforme.

Procédés de post-anodisation et contrôle de la qualité

Mécanismes de scellement

Il est important de sceller la couche poreuse. Cela améliorera la barrière de protection. Vous pouvez les sceller en utilisant de l'eau chaude (90-100°C pendant 15-30 minutes). Cela crée de l'oxyde d'aluminium hydraté.

Processus de teinture

Des colorants organiques ou inorganiques recouvrent la couche d'oxyde poreuse. Pour ce faire, les fabricants placent les pièces dans des bains de teinture à 50-60°C pendant 5-20 minutes. La pulvérisation et le revêtement par immersion permettent également de répartir la couleur de manière égale.

Essai d'épaisseur

La microscopie en coupe mesure l'épaisseur. Comme le montre l'image, l'étiquette oxyde représente la couche d'oxyde, et A1 correspond à la surface de l'aluminium.

Le niveau d'épaisseur doit être conforme à des normes telles que la norme ISO 7583. La demande se situe entre 5-25 µm pour le type 2 et 25-100 µm pour le type 3. De plus, l'incorporation d'un test de courant de Foucault garantit un test fondamental non destructif.

Anodisation de l'aluminium moulé sous pression Essais de corrosion

Le processus qui permet de déterminer si les pièces peuvent se corroder ou non est l'essai au brouillard salin (ASTM B117). Les fabricants pulvérisent les pièces et les laissent reposer pendant 100 à 1000 heures.

Le test de spectroscopie d'impédance électrochimique analyse la capacité de la couche d'oxyde à résister aux courants électriques.

Normes de qualité

La qualité passe généralement avant tout. Les pièces anodisées doivent donc répondre à des normes telles que MIL-A-8625. Ce guide traite de la porosité, de l'épaisseur et de l'adhérence acceptables.

Importance du contrôle du pH dans l'étanchéité

Pour maintenir le pH du bain de scellement, il est préférable de choisir un pH de 5,5-6,5 (pour l'acétate de nickel) ou un pH neutre (eau chaude). Il y a ainsi moins de risques de scellage incomplet.

Conclusion

Des méthodes d'anodisation appropriées rendront les pièces en aluminium moulé plus résistantes. Elles résistent mieux à la corrosion et sont plus belles. Des techniques de moulage optimisées, des alliages appropriés et une concentration précise de l'anodisation permettent d'obtenir un produit de qualité et durable. Il existe également des normes telles que MIL-A-8625 qui permettent aux fabricants de se faire une idée précise de la finition.