رنگ آمیزی ارگانیک و الکترولیتی بعد از فرایند اکسیداسیون آندی یا آندایزینگ انجام می‌شوند که در بین سایر روشها، رایج‌تر هستند. در این مطلب به توضیح کلی این روشها و مزایای آنها خواهیم پرداخت.
آلومینیوم فلزی سبک، نرم و به شدت در معرض اکسیداسیون با هوای محیط است در نتیجه در صنایع مختلف سعی می‌کنند به کمک فرایند آندایزینگ آلومینیوم، لایه اکسیدی محافظ ضخیم بر روی سطح خارجی آن تشکیل دهند که هم از اکسیداسیون لایه‌های زیرین محافظت می‌کند و هم اینکه قابل رنگ آمیزی با رنگهای دلخواه می‌باشد.
آندایزینگ یا اکسیداسیون آندی
آندایزینگ یا اکسیداسیون آندی، یک فرایند الکترولیتی است که در آن یک لایه اکسیدی مقاوم بر روی سطح آلومینیوم تشکیل میشود. لایه اکسیدی که با این روش ایجاد میشود نسبت به لایه محافظ اکسیدی که به صورت طبیعی بر روی سطح آلومینیوم تشکیل می‌گردد، ضخامت بیشتری دارد.
هدف از فرایند آندایزینگ آلومینیوم این است که علاوه بر محافظت از آلومینیوم و آلیاژهای آن، جنبه تزیینی هم داشته باشد. در این فرایند، یک لایه آلومینا (آلومینیوم اکسید) روی سطح آلومینیوم، از طریق برقراری جریان مستقیم تحت ولتاژ مناسب به کمک محلول الکترولیت سولفوریک اسید، تشکیل میشود.
در این فرایند، فلز آلومینیوم نقش آند را دارد و متریال دیگر به عنوان مثال صفحه گرافیتی خاص یا سرب نقش کاتد را دارد. با برقراری جریان الکتریسیته یا برق، فرایند تشکیل لایه آلومینا شروع میشود و تا رسیدن به ضخامت مدنظر ادامه پیدا می‌کند.
بعد از اینکه لایه محافظ اکسیدی تشکیل شد، به استثنای برخی آلیاژهای آلومینیوم، مرحله بعدی عمدتاً رنگ آمیزی است. رنگ آمیزی آلومینیوم به 4 روش امکان پذیر است که در ادامه لیست کرده‌ایم و ما به در مورد از مهمترین آنها صحبت خواهیم کرد.
روشهای رنگ آمیزی آلومینیوم
- رنگ آمیزی (رنگرزی) ارگانیک یا آلی
- رنگ آمیزی (رنگرزی) غیر ارگانیک یا غیر آلی یا معدنی
- رنگ آمیزی الکترولیتی
- رنگ آمیزی حرارتی با آبکاری
در ادامه قصد داریم به بررسی اصول و مزایای دو روش بسیار پرکاربرد یعنی رنگ آمیزی ارگانیک و الکترولیتی برای رنگ آمیزی آلومینیوم آندایز شده بپردازیم.
رنگ آمیزی الکترولیتی
این روش با محلول الکترولیت حاوی سولفات انجام میشود و فلز آلومینیوم در محلولی که حاوی نمکهای فلزی است غوطه‌ور می‌گردد. با عبور کردن جریان مستقیم برق از محلول الکترولیتی، یونهای H به سوی کاتد و OH منفی به سمت آلومینیوم که همان آند است حرکت می‌کنند.
با ادامه پیدا کردن اعمال جریان برق، روی سطح آلومینیوم اکسیژن تشکیل می‌گردد که در اکثر واکنشها با آلومینیوم، لایه اکسیدی نازک که همان اکسید آلومینیوم می‌باشد ایجاد می‌کند.
این لایه اکسیدی چون بسیار فشرده است، جریان برق را به سختی از خود عبور می‌دهد اما به دلیل تداوم جریان برق و عملکرد الکترولیت که حاوی اسید سولفوریک می‌باشد، حفراتی بر روی آن تشکیل می‌گردد که عبور جریان برق را راحت می‌کند.
در مراحل بعدی به کمک رسوب نمکهای فلزی و ترکیبات شیمیایی با رنگهای خاص، داخل این حفرات را پر می‌کنند و نهایتا با آب‌بندی کار تثبیت رنگ به پایان می‌رسد.
مزیت این روش این است که مقاومت به هوازدگی بسیار بالاست، مصرف انرژی و هزینه‌های جانبی کم است و روی سبکی فلز آلومینیوم هم تأثیر منفی ندارد. از طرفی ماندگاری این لایه محافظ نیز بسیار زیاد است. از این روش به طور گسترده برای رنگ آمیزی پروفیلهای آلومینیومی استفاده میشود اما تنوع زیادی دارند. معمولاً از رنگهای برنزی، مشکی، طلایی، شامپاینی در این روش استفاده میشود.
رنگ آمیزی ارگانیک یا آلی
رنگهای آلی یا ارگانیکی که در این روش استفاده می‌شوند براساس تئوری جذب سطحی یا جذب فیزیکی و جذب سطحی شیمیایی عمل می‌کنند. جذب فیزیکی، به جذب مولکولها یا یونها در حالت الکترواستاتیکی می‌گویند و جذب شیمیایی هم به ترکیب شدن و رسوب رنگهای ارگانیک تحت دمای معین بر روی سطح آلومینیوم گفته میشود.
بخاطر اینکه بعد از فرایند اکسیداسیون آندی، سطح لایه تشکیل شده متخلخل است، امکان جذب سطحی رنگهای ارگانیک وجود دارد. در این روش رنگها درخشندگی و پایداری بالایی دارند و فرایند آب‌بندی حفرات بعد از اتمام رنگ آمیزی دشوار نیست.
در روش رنگ آمیزی ارگانیک، رنگها کاملاً محکم به سطح آلومینیوم می‌چسبند و خاصیت ضد خورندگی لایه اکسیدی را بهتر کرده و جلوی زنگ زدگی را می‌گیرند.
این شیوه برای رنگ آمیزی محصولات آلومینیومی که در معرض هوای محیط نیستند مناسب بوده و برای صنایعی که محصولات زیادی برای رنگ آمیزی ندارند مقرون به صرفه است. از طرفی محصولات آلومینیومی صنعتی و دکوراتیو نیز با این روش رنگ آمیزی می‌شوند که تنوع رنگ بالایی دارد.
برای اینکه بتوان رنگ آمیزی ارگانیک را برای رنگ کردن محصولات آلومینیومی پیاده سازی کرد، لایه اکسیدی باید خصوصیت و ویژگیهای زیر را داشته باشد:
- لایه اکسیدی باید از تخلخل بالایی برخوردار باشد؛
- واکنش پذیری سطح داخلی لایه اکسیدی باید کافی باشد؛
- لایه اکسیدی باید در محلول سولفوریک اسید تشکیل شده باشد چرا که بیرنگ بوده و تخلخل خوبی پیدا می‌کند؛
- لایه اکسیدی باید ضخامت مناسبی داشته باشد چون لایه‌های نازک رنگ کمتری می‌گیرند و رنگ نهایی خیلی کمرنگ خواهد شد؛
- لایه اکسیدی که با روش آندایزینگ سخت تشکیل شده مناسب این روش نیست؛
- لایه اکسیدی تشکیل شده باید کامل و یکدست باشد و بر روی آن خراشیدگی و خوردگی نقطه‌ای وجود نداشته باشد
- متریال آلیاژ آلومینیوم هم باید یکسری شرایط خاص داشته باشد. به عنوان مثال آلیاژهایی که مقدار سیلیسیم، منیزیم، منگنز، آهن، مس و کروم بالایی دارند باعث تیره شدن لایه اکسیدی شده و رنگ نهایی را تغییر می دهند.
