Informe Practica Libre Hidro Final.docx

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA

LABORATORIO DE HIDRO Y ELECTROMETALURGIA PRÁCTICA LIBRE ANODIZADO

ANDRES MONSALVE 213 SERGIO ARIAS 214 DARIO SALAMANCA 2132393

PROFESORA ADRIANA DEL PILAR GARCES

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE LOS MATERIALES BUCARAMANGA 2018

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA

INTRODUCCIÓN El aluminio es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre su extracción proviene del mineral de la bauxita, se caracteriza por ser un metal ligero, con buena ductilidad y dureza además de tener buenas propiedades eléctricas. El aluminio se puede usar de forma pura o aleado con otros metales, al ser un material polivalente tiene gran utilidad en diferentes industrias como la aeronáutica, soldadura, óptica, decoración, construcción, quirúrgica, naval, alimenticia, electrónica entre otras. El aluminio de manera natural se protege de los agentes atmosféricos que contribuyen al deterioro del material por corrosión generando un recubrimiento de óxido (𝐴𝑙2 𝑂3 ), esta capa tiene un espesor del orden de las 0,01 µm sobre la superficie del metal. Mediante el uso del anodizado que es un proceso electrolítico podemos de manera artificial aumentar el espesor de la película de óxido de aluminio a voluntad, para dar características distintas a la de la capa natural, mejorar significativamente la resistencia a la corrosión y desgaste del material.

OBJETIVO 

Identificar experimentalmente el proceso que se lleva a cabo en el anodizado de aluminio.

ESPECÍFICOS 

Identificar las variables presentes en el proceso de anodizado de aluminio tales como reactivos, reacciones presentes, etc.



Observar a nivel micro y macroscópico los cambios ocurridos en la superficie de la probeta antes y después de realizado el proceso.

DEFINICIÓN Es un proceso electroquímico para hacer crecer controladamente una película de óxido de aluminio, Al2O3, sobre el ánodo de la celda electrolítica. El Aluminio es el metal más abundante en la corteza terrestre, en una proporción aproximada del 8%. Presenta múltiples propiedades mecánicas como su aspecto decorativo, estas propiedades hacen que el aluminio ocupe un lugar de privilegio en las diversas aplicaciones de uso industrial. El aluminio presenta un punto de fusión de 2450 °C, baja densidad aproximadamente de2.700 kg/m3, es dúctil y maleable, además es un metal blanco y brillante; posee elevada resistencia a la corrosión y es un buen conductor de la electricidad y del calor. Se mecaniza con facilidad y es relativamente barato. Es un metal blando, se corta y se raya con suma facilidad. Las propiedades químicas del aluminio son: Posee gran afinidad con el oxígeno facilitando una delgada capa de oxido en el exterior. Son sensible a la acción de los componentes alcalinos (soscarbonato, cementos, etc.) de los derivados sulfurados en general de diversos compuestos

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA orgánicos e inorgánicos y posee un carácter electronegativo frente a el hierro y el cobre especialmente, por lo que es posible la corrosión en presencia de la humedad.

ANODIZADO DE ALUMINIO Consiste en un proceso electroquímico que crea una capa considerablemente más gruesa de óxido que la que se forma naturalmente. Esto brinda protección contra el desgaste mecánico y la corrosión además de convertir la superficie en aislante eléctrico.

El anodizado como se mencionó anteriormente es un proceso electroquímico que mediante la pasivación genera una película de óxido que protege la superficie del aluminio, el desarrollo de este procedimiento tiene una serie de etapas que se deben cumplir para producir una buena capa de protección. Desengrase: En esta primera etapa se prepara el metal para realizarle el decapado se realiza un lavado utilizando agua destilada para limpiar la pieza metálica de sustancias contaminantes. Decapado: En esta etapa se utilizan soluciones de soda caustica (NaOH) a una temperatura cercana a los 50°C y se sumergen las piezas metálicas de aluminio en ella, con este proceso se busca eliminar impurezas, materiales contaminantes y óxidos en la superficie del aluminio. Neutralizado: La pieza se retira de la solución de soda cáustica y se deja enfriar hasta temperatura ambiente posteriormente se lleva a un baño de ácido nítrico o sulfúrico con el propósito de blanquear y pulir la superficie metálica del aluminio preparándolo así para el proceso de anodizado. Anodizado: Es la etapa más importante del proceso en ella se realiza el tratamiento anódico utilizando una celda galvánica, una solución de ácido sulfúrico con una concentración cercana a 160 g/L y se induce una corriente eléctrica, la pieza metálica cumple la función de ánodo en el sistema por lo cual va a sufrir un proceso de oxidación generando así la película protectora en el aluminio. Sellado: Es la etapa final del proceso en la cual se sumerge el aluminio en agua a una temperatura de 90°C para sellar los poros y finalizar el proceso, si se quiere realizar una coloración a la superficie

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA del aluminio el material se sumerge en una solución de sulfato de estaño con el colorante y s ele induce un determinado voltaje existen diferentes tonalidades que se pueden obtener, este proceso se conoce como electro-coloreado.

REACCIONES PRESENTES Reacciones Ánodo 𝐴𝑙 → 𝐴𝑙 +3 + 3𝑒 − 2𝐻2 𝑂 → 𝑂2(𝑔𝑎𝑠) + 4𝐻 + + 4𝑒 − 2𝐴𝑙 +3 + 3𝑂−2 → 𝐴𝑙2 𝑂3 Reacciones Cátodo 2𝐻 + + 2𝑒 − → 𝐻2 Reacciones Electrolito 𝐻2 𝑂 + 𝐻2 𝑆𝑂4 → 3𝐻 + + 𝑂𝐻 − + 𝑆𝑂4 −2

VARIANTES EN EL PROCESO DE ANODIZADO - TIEMPO DE EXPOSICION Se requiere de un tiempo de exposición que puede ser en segundos o minutos, dependiendo de las condiciones de operación como el voltaje y la temperatura , tipo de electrolito (ácido-básico). - ESPESOR DE LA CAPA El oxigeno reacciona con el Al produciendo una capa de oxido transparente, donde a mayor voltaje aplicado, mayor espesor de capa, donde esta capa presenta los fenómenos de reflexión, refracción y absorbancia de la luz por la porosidad de la capa, dándole finalmente un color determinado de la pieza. - VOLTAJE Al iniciar el proceso, se dan altos valores de I y el V se mantiene constante, la densidad corriente va disminuyendo rápidamente hasta llegar a valores constantes, formándose una capa gruesa al inicio, lenta en el intermedio y llegando a ser nulo el crecimiento de la capa. - CONCENTRACION DEL ELECTROLITO A mayor concentración del electrolito, mayor conductividad y movilidad de los iones a sus respectivos polos.

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA TIPOS DE ANONIZADO -POROSO O DE PROTECCIÓN El anodizado crea una capa porosa que protege superficialmente el aluminio de agentes atmosféricos en los poros de esta capa es donde deposita el colorante. -BARRERA O DURO La película es crecida de forma natural sobre el Al por la oxidación de la superficie con un espesor que varia entre 3-10 nm, o de forma controlada por medio de una celda electrolítica con un electrolito en el cual sea prácticamente insoluble el Al2O3.

.

APLICACIONES   

Usos en la construcción, como puertas, marcos, ventanas, estructuras de techos, pasamanos, grifos, láminas para diferentes usos. Pistones hidráulicos y neumáticos, válvulas, poleas, rodillos, discos de freno, cojinetes, platos, piñones de bicicleta, cajas de cambios. Coloración de diversos objetos, fabricación de películas dieléctricas.

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA VENTAJAS    

Es un proceso relativamente económico considerando los beneficios que aporta al material. Logra una dureza mayor en la superficie del aluminio que la que se puede obtener pintándola con resinas sintéticas. Aporta buena resistencia a la corrosión, abrasión y desgaste. No se ve afectado por la luz solar.

DESVENTAJAS   

Se limita a ciertas composiciones de aleación Acabado superficial Presencia de rayado superficial no es retocable

MATERIALES Y EQUIPOS          

Vaso precipitado Placa de Aluminio (ánodo) Placa de Plomo (cátodo) Ácido sulfúrico Hidróxido sódico Fuente de poder Agua destilada Medidor de pH Balanza analítica Caimanes y cables

MONTAJE EXPERIMENTAL 1

Pulir los electrodos con lijas (180-600)

2

DECAPAR: 5g de NaOH en 100ml de agua destilada; sumergir durante un minuto

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA

3

Secar y Pesar los electrodos

4

En un vaso de 250ml preparar la solución al 20% de acido sulfúrico (50ml)

5

Medir el Ph de la solución

6

Realizar el montaje en de la celda electroquímica

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA 7

Sumergir en agua a 40° con iris durante 10 min

8

Sumergir en agua a punto de ebullición durante 3 minutos para sellar el anodizado

9

Secar y pesar

ESCUELA DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y CIENCIA DE MATERIALES HIDRO Y ELECTROMETALURGIA RESULTADOS

Loa resultados que obtuvimos en la práctica de laboratorio fueron los siguientes, los cuales los resumimos en las siguientes tablas MEDIDA DE PH

PESO Peso inicial

2.0081g

Ph inicial

0,53

Peso final

1,9694g

Ph final

0,68

Tiempo [min] 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Amperage [A] 0,212 0,202 0,186 0,164 0,155 0,153 0,151 0,148 0,146 0,145 0,153 0,154

Amperage Vs Tiempo 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

10

20

30

40

50

60

CONCLUSIONES 

Se observó un cambio en la coloración de la lámina de aluminio característica del proceso de anodizado.



Se logró tener un control sobre todos los parámetros requeridos en el proceso de anodizado.



Se determinaron pérdidas de masa de la probeta luego del anodizado de aproximadamente de 0,0387 [g]



Se generó color opaco en la placa a causa de la acción de los agentes limpiadores y a la formación del óxido.

BIBLIOGRAFIA   

[1] Manual del aluminio volumen II- W. Hufnagel. [2]GUIDICE, Carlos; PEREYRA, Andrea. Protección de Materiales, Anodizado de Aluminio. Universidad Tecnológica Nacional. [3] Anodizado electrolítico. Disponible en la web en: http://www.temadictos.com/31038371434-anodizado-electrolitico

70