Choć potocznie mówi się o anodowaniu aluminium, w praktyce bardzo rzadko anoduje się ten pierwiastek w czystej postaci. Większość elementów poddawanych anodowaniu wykonana jest ze stopów aluminium – czyli mieszanek aluminium z dodatkami innych metali. To właśnie te dodatki determinują zarówno właściwości materiału, jak i jego zachowanie podczas procesów powierzchniowych.
Aluminium stanowi podstawę dla szerokiej gamy stopów o zróżnicowanych właściwościach. W zależności od składu chemicznego, mogą one cechować się wyjątkową odpornością na korozję, dużą wytrzymałością mechaniczną, łatwością obróbki plastycznej, a nawet odpornością na podwyższone temperatury. Aby lepiej zrozumieć ten złożony i niezwykle praktyczny materiał, warto uporządkować wiedzę, dzieląc stopy aluminium według ich systematyki oznaczonej numerami serii – od 1xxx aż po 7xxx.
Właściwości poszczególnych stopów mają bezpośredni wpływ na efekt wizualny, jaki można uzyskać poprzez anodowanie dekoracyjne. Nawet precyzyjnie przeprowadzony proces nie zagwarantuje pożądanego rezultatu, jeżeli zastosowany stop okaże się nieodpowiedni. W artykule przyjrzymy się więc każdej grupie stopów z osobna, analizując ich przydatność do anodowania, typowe problemy związane z jakością powierzchni oraz wpływ źródła surowca i technologii formowania na ostateczny wygląd detalu.
Anodowanie dekoracyjne to proces elektrochemiczny, którego celem jest uzyskanie estetycznej warstwy tlenku na powierzchni aluminium. Choć efekt końcowy zależy od parametrów technologicznych – takich jak czas, temperatura czy skład kąpieli – równie istotny jest dobór odpowiedniego stopu aluminium, którego poddanym temu procesowi. Każdy stop posiada bowiem swoje ograniczenia technologiczne, które wpływają na konieczność indywidualnego dostosowania parametrów anodowania. Przy takich samych ustawieniach kąpieli, w zależności od kategorii stopu, można uzyskać zupełnie odmienny rezultat.
Każdy stop zawiera charakterystyczne dla siebie proporcje pierwiastków stopowych, które wpływają zarówno na chemiczne właściwości stopu aluminium, jak i na jego zachowanie w trakcie anodowania. To właśnie one decydują, czy warstwa tlenkowa będzie jednolita, podatna na barwienie i estetyczna, czy też pojawią się niepożądane defekty – takie jak smugi, przebarwienia lub niejednorodność struktury powierzchni.
Systematyka kategorii stopów aluminium, którą posługujemy się w tym artykule, nie jest przypadkowa. Klasyfikacja oparta na oznaczeniach od 1xxx do 7xxx została opracowana przez The Aluminum Association – amerykańską organizację standaryzującą normy dla branży aluminiowej. Obowiązujący dziś system numeracji (opisany m.in. w normie ANSI H35.1) pozwala jednoznacznie identyfikować główny pierwiastek stopowy oraz właściwości danej grupy materiałów.
Choć system ten wywodzi się ze Stanów Zjednoczonych, został zaadaptowany również w Europie, gdzie stosuje się go w oznaczeniach zgodnych z normami EN – np. w postaci EN AW-6082 czy EN AW-1050A. Dzięki temu numeracja serii 1xxx–7xxx ma dziś charakter międzynarodowy i funkcjonuje powszechnie zarówno w dokumentacji technicznej, jak i w praktyce przemysłowej.
Każdy numer czterocyfrowy przypisany danemu stopowi niesie konkretne informacje:
Pierwsza cyfra (najistotniejsza) określa główny pierwiastek stopowy i przypisuje materiał do jednej z głównych grup (serii). To ona mówi najwięcej o charakterze materiału i jego potencjale anodowania. W tym artykule skupimy się przede wszystkim na seriach od 1xxx do 7xxx, ponieważ to właśnie one najczęściej pojawiają się w kontekście anodowania. Serie oznaczone cyfrą 8 i wyższą obejmują natomiast stopy specjalne, niestandardowe lub opracowane do zastosowań o nietypowych wymaganiach technologicznych – rzadko spotykane w praktyce anodowania.
Druga cyfra wskazuje na wariant lub modyfikację stopu w obrębie danej grupy – np. wersję o zmienionym składzie chemicznym lub przystosowaną do innych technologii przetwarzania.
Trzecia i czwarta cyfra to numer identyfikacyjny konkretnego stopu, nadany w ramach serii przez producentów zgodnie z ustaleniami stowarzyszenia.
W kolejnych sekcjach szczegółowo omówimy każdą serię stopów aluminium – od 1xxx do 7xxx – zwracając uwagę na ich zachowanie w procesie anodowania, typowe problemy jakościowe oraz potencjał wizualny, jaki można dzięki nim uzyskać.
Stopy aluminium z serii 1xxx to tzw. czyste aluminium, zawierające ponad 99% aluminium w składzie chemicznym. Pozostałe pierwiastki, takie jak żelazo, krzem czy miedź, występują w śladowych ilościach – łączna suma dodatków stopowych nie przekracza zazwyczaj 1%. Tak wysoka zawartość czystego metalu przekłada się na szereg charakterystycznych właściwości fizycznych i technologicznych.
Stopy te wyróżniają się bardzo dobrą przewodnością elektryczną i cieplną, wysoką odpornością na korozję oraz wyjątkową łatwością obróbki plastycznej. Z drugiej strony – ze względu na swoją stosunkowo niską wytrzymałość mechaniczną i miękkość – nie są polecane tam, gdzie istotna jest sztywność czy odporność na udary. Znajdują natomiast szerokie zastosowanie w produkcji folii aluminiowej, kabli elektrycznych, sprzętu kuchennego, komponentów chemoodpornych oraz lekkich elementów konstrukcyjnych.
Z punktu widzenia anodowania dekoracyjnego, seria 1xxx należy do najbardziej przewidywalnych i wdzięcznych w obróbce elektrochemicznej. Dzięki minimalnej obecności innych metali, warstwa tlenkowa powstająca na ich powierzchni jest czysta, jasna i jednolita pod względem barwy. Co więcej, anodowane blachy z tej grupy zachowują charakterystyczny połysk, który często trudno uzyskać w przypadku bardziej złożonych stopów.
Stopy aluminium z serii 2xxx, znane jako duraluminium, zawierają jako główny pierwiastek stopowy miedź (zwykle do 5%). W ich składzie mogą się również znaleźć dodatki magnezu, manganu, krzemu, a niekiedy także ołowiu (do 1,5%). Taka kompozycja chemiczna przekłada się na wysoką wytrzymałość mechaniczną, dobrą obrabialność oraz akceptowalną odporność na korozję w suchym środowisku – jednak w warunkach podwyższonej wilgotności ich trwałość może być ograniczona.
Z uwagi na swoje właściwości mechaniczne, duraluminium znalazło zastosowanie w produkcji elementów konstrukcyjnych w lotnictwie, motoryzacji, sprzęcie sportowym oraz wszędzie tam, gdzie kluczowe są sztywność i niska masa. Niestety, te same cechy, które czynią stopy serii 2xxx tak pożądanymi w przemyśle, czynią je też wyjątkowo trudnymi w procesie anodowania dekoracyjnego.
Problemem jest przede wszystkim wysoka zawartość miedzi, która utrudnia powstawanie stabilnej i jednorodnej warstwy tlenkowej. Powłoka może mieć nieregularną strukturę, wykazywać przebarwienia oraz cechować się porowatością. Stop aluminium 2017, należący do tej grupy, często nie pozwala na uzyskanie koloru w procesie elektrobarwienia, co wyklucza jego zastosowanie w projektach wymagających określonego efektu wizualnego.
Z naszego doświadczenia wynika, że stopy z miedzią potrafią zaskakiwać – i to nie zawsze pozytywnie. Dlatego przed rozpoczęciem produkcji z użyciem materiałów z tej serii warto przeprowadzić próbne anodowanie, aby zweryfikować, czy dany stop spełnia wymagania dotyczące estetyki i jakości powierzchni.
Stopy aluminium należące do serii 3xxx, nazywane potocznie alumanami, zawierają mangan jako główny pierwiastek stopowy – zazwyczaj w ilości do 1,5%. Skład tych materiałów może być dodatkowo uzupełniony o mniejsze ilości miedzi, magnezu czy krzemu, jednak to właśnie obecność manganu decyduje o ich najistotniejszych właściwościach chemicznych i użytkowych.
Dzięki takiej konfiguracji, alumany wyróżniają się dobrą odpornością na korozję, przyzwoitą wytrzymałością mechaniczną oraz łatwością w obróbce. Są przy tym bardziej odporne na działanie wilgoci i środowisk agresywnych niż stopy serii 2xxx, co poszerza zakres ich praktycznego wykorzystania – od branży budowlanej, przez motoryzację, aż po produkcję elementów urządzeń gospodarstwa domowego.
Jeśli chodzi o anodowanie dekoracyjne, stopy z tej serii zachowują się przewidywalnie i stabilnie. Na ich powierzchni powstaje estetyczna, jednorodna warstwa tlenkowa o równomiernym wybarwieniu. Choć nie można liczyć na wysoki połysk charakterystyczny dla czystego aluminium z grupy 1xxx, to uzyskany efekt wizualny jest schludny i dobrze prezentuje się w zastosowaniach architektonicznych i użytkowych.
Zdarza się jednak, że niektóre partie materiału – pochodzące od różnych producentów lub wytwarzane w odmiennych warunkach – mogą delikatnie różnić się od siebie w kwestii barwienia. Dlatego przy realizacjach wymagających pełnej spójności kolorystycznej warto zadbać o jednolitą dostawę lub wcześniej przygotować próbkę testową.
Stopy aluminium z serii 4xxx to tzw. siluminy – nazwa pochodzi od łacińskiego określenia krzemu (silicium), który stanowi główny pierwiastek stopowy w tych materiałach. W składzie siluminów występują również dodatki takie jak magnez, miedź i mangan, jednak to właśnie zawartość krzemu decyduje o najważniejszych właściwościach fizycznych stopów aluminium z tej grupy.
Siluminy charakteryzują się wysoką wytrzymałością na rozciąganie, dobrą odpornością na korozję (choć mniejszą niż stopy 3xxx) oraz łatwością spawania. Te właściwości sprawiają, że znajdują szerokie zastosowanie w produkcji elementów konstrukcyjnych samochodów, sprzętu budowlanego oraz wyrobów wymagających wysokiej wytrzymałości na rozciąganie.
Jednak z perspektywy anodowania dekoracyjnego, siluminy należą do najtrudniejszych materiałów w naszej praktyce. Stopy aluminium serii 4000 po prostu nie nadają się do anodowania dekoracyjnego. Wysoka zawartość krzemu w tych stopach utrudnia, a nawet uniemożliwia wytworzenie estetycznej i trwałej warstwy tlenku. Powstająca warstwa anodowa jest niejednorodna, często o matowym, ziarnistym wyglądzie, a miejscami może w ogóle się nie wytworzyć.
Stopy aluminium z serii 5xxx, potocznie określane jako hydronalia, zawierają magnez jako główny pierwiastek stopowy – zwykle do 5%. W składzie często pojawiają się także dodatki takie jak mangan, miedź i krzem, które modyfikują właściwości chemiczne stopu aluminium.
Hydronalia charakteryzują się wysoką wytrzymałością, dobrą obrabialnością oraz bardzo dobrą odpornością na korozję – lepszą niż stopy 4xxx. Te właściwości sprawiają, że są szeroko wykorzystywane w produkcji elementów konstrukcyjnych łodzi, samochodów, sprzętu sportowego oraz wyrobów wymagających wysokiej odporności na korozję.
Z punktu widzenia anodowania dekoracyjnego, stopy 5xxx mają status „nieprzewidywalnych”. Ogólnie stopy tej rodziny nadają się do anodowania – warstwa tlenkowa tworzy się bez większych problemów – jednak efekty potrafią zaskoczyć.
Przykład? Blachy wykonane ze stopu 5754 po anodowaniu otrzymują samorzutnie fakturę mechanicznej obróbki – szczotkowania, wzdłuż kierunku walcowania. Należy wziąć ten fakt pod uwagę podczas wycinania detali pod anodę z takich arkuszy – pozwoli to uniknąć różnego kierunku tej faktury na poanodowanych detalach.
Z kolei detale wykonane ze stopu 5083 wyglądają po anodowaniu jak po obróbce zwanej piaskowaniem – mają drobnoziarnistą fakturę i rozproszony połysk, zupełnie inny niż typowa, błyszcząca anoda.
To pokazuje, że choć stopy aluminium zawierające magnez są w pełni anodowalne, ich zastosowanie w projektach estetycznych wymaga ostrożności i świadomości tych specyficznych właściwości wizualnych.
Stopy aluminium z serii 6xxx, znane również jako antykorodale, to jedne z najbardziej rozpowszechnionych materiałów stosowanych w przemyśle aluminiowym. Ich skład opiera się głównie na magnezie i krzemie, choć często zawierają również domieszki takich pierwiastków jak miedź, mangan czy cynk.
Antykorodale charakteryzują się wysoką wytrzymałością, dobrą odpornością na korozję, dobrą obrabialnością oraz łatwością spawania. Z tego względu są powszechnie wykorzystywane w produkcji wyrobów budowlanych, mebli, sprzętu gospodarstwa domowego oraz wyrobów wymagających wysokiej odporności na korozję.
Z tych stopów wykonana jest większość profili wyciskanych dostępnych na rynku. To właśnie seria 6xxx najczęściej trafia do procesów anodowania dekoracyjnego. Stopy te są nam najbardziej znane i świetnie nadają się do anodowania – nie tylko dobrze reagują na utlenianie, ale również pozwalają na uzyskanie estetycznej, jednorodnej warstwy anodowej, która może być dodatkowo barwiona zarówno metodą absorpcyjną, jak i elektrobarwienia.
Nie oznacza to jednak, że zawsze uzyskamy perfekcyjny efekt. Niejednorodności powierzchni profili wyciskanych mogą pojawić się już na etapie tłoczenia – w zależności od stopnia skomplikowania przekroju profilu i parametrów wyciskania. Po anodowaniu w takich przypadkach można dostrzec smugi lub delikatne różnice w fakturze, które nie wynikają ze składu stopu, lecz z uwarunkowań technologicznych produkcji.
Dobrą praktyką – zwłaszcza przy elementach o podwyższonych wymaganiach estetycznych – jest wcześniejsze zastosowanie obróbki powierzchniowej przed anodowaniem. Mowa tu np. o trawieniu satynowym, piaskowaniu lub szczotkowaniu, które pomagają zminimalizować widoczność wad i wyrównać fakturę. Dzięki temu profil z serii 6xxx może uzyskać nie tylko wysoką odporność, ale także spójny, dekoracyjny wygląd.
Stopy aluminium z serii 7xxx, znane jako konstruktale, to materiały o najwyższej dostępnej wytrzymałości mechanicznej. Zawdzięczają ją przede wszystkim wysokiej zawartości cynku jako głównego składnika stopowego, wspieranego przez dodatki magnezu, miedzi czy manganu.
Konstruktale charakteryzują się bardzo wysoką wytrzymałością, dobrą odpornością na korozję i dobrą obrabialnością. Są stosunkowo drogie, ale oferują najwyższą wytrzymałość spośród wszystkich stopów aluminium. Z tego względu są szeroko stosowane w produkcji elementów konstrukcyjnych samolotów, pojazdów, sprzętu sportowego oraz wyrobów wymagających bardzo wysokiej wytrzymałości.
Choć różne stopy aluminium z tej grupy imponują parametrami konstrukcyjnymi, nie są tak łaskawe, jeśli chodzi o anodowanie dekoracyjne. Anodowanie przy zastosowaniu tych stopów jest możliwe na kolor naturalny – proces anodowania naturalnego bez dodatkowego barwienia daje trwałą warstwę ochronną.
Problem pojawia się przy próbie elektrobarwienia na czarno. Stop 7108 barwi się na złotawo, a w przypadku stopu 7075 nie barwi się wcale. Wysoka zawartość cynku i miedzi wpływa na strukturę tlenku aluminium powstającego w procesie anodowania, ograniczając możliwość efektywnego barwienia w ciemnych tonacjach.
Z tego powodu, mimo imponujących właściwości mechanicznych, stopy 7xxx są stosunkowo rzadko wybierane w projektach wymagających walorów estetycznych. Jeśli jednak priorytetem jest wytrzymałość mechaniczna, a wygląd ma drugorzędne znaczenie, stopy z tej kategorii sprawdzają się znakomicie.
W procesie wytwarzania stopów aluminium coraz częściej wykorzystuje się materiały wtórne, czyli aluminium pochodzące z recyklingu. Aluminium jest jednym z najbardziej recyklingowanych materiałów, co przyczynia się do zmniejszenia zużycia energii i surowców, przez co produkcja może być tańsza. Takie podejście pozwala na lepsze zarządzanie zasobami naturalnymi w porównaniu do metalu otrzymywanego z pierwotnych boksytów – rudy zawierającej tlenek glinu.
Jednak recykling niesie ze sobą duże możliwości odchyłek jakościowych w stosunku do materiału pierwotnego oraz istotne ryzyko dla jakości powierzchniowej materiałów poddawanych anodowaniu dekoracyjnemu. Recyklingowane stopy aluminium zawierające pierwiastki pochodzące z różnych źródeł mogą charakteryzować się większą zawartością pierwiastków obcych (np. żelaza, niklu, tytanu), które nie były przewidziane w oryginalnym składzie stopu aluminium.
Aby otrzymać blachę aluminiową, która jest tańsza w produkcji, stosuje się łączenie dwóch różnych jakościowo surowców. Rdzeń stanowi aluminium z recyklingu zawierające zanieczyszczenia, a jedynie powierzchnia zewnętrzna jest wykonana z lepszej jakości materiału.
Taka blacha, gdy jest surowa, niczym się nie różni wizualnie od wysokiej jakości blachy wykonanej z materiału jednorodnego. Problem polega na tym, że producenci często wykorzystują tę samą numerację stopu – na przykład 1050 czy 6060 – niezależnie od tego, czy materiał został wyprodukowany z surowca pierwotnego, czy z recyklingu.
Oznacza to, że dwie blachy o identycznym oznaczeniu mogą mieć różny rzeczywisty skład chemiczny. W przypadku materiału z recyklingu zawartość aluminium oraz dodatków stopowych może znacznie odbiegać od parametrów charakterystycznych dla wersji wykonanej z materiału pierwotnego. Te różnice są jednak niewidoczne na etapie produkcji i obróbki mechanicznej.
Dopiero proces anodowania działa jak test ujawniający prawdziwą jakość materiału. Okazuje się wtedy, że taka tańsza blacha przyjmuje w procesie anodowania nierównomierny wygląd – powstaje tak zwany obraz anody pasiasty, gdzie powierzchnia układa się w widoczne smugi lub pasy o różnych odcieniach i refleksyjności. Efekt ten jest daleki od jednorodnego, gładkiego obrazu, który oczekujemy od wysokiej jakości materiału. Różnicę tę doskonale ilustruje poniższe zdjęcie, gdzie po lewej stronie widać blachę z charakterystycznymi pasami, a po prawej – materiał o jednorodnej strukturze.
Profile wyciskane ze stopów aluminium są powszechnie stosowane w przemyśle budowlanym, motoryzacyjnym czy meblarskim, jednak proces ich formowania może wpływać na jakość powierzchni. Często przy profilach wyciskanych (najczęściej seria 6xxx) profile posiadają niejednorodną powierzchnię związaną z parametrami tłoczenia lub trudnym kształtem profila do utrzymania stałego, jednorodnego obrazu powierzchni.
W procesie wyciskania (tłoczenia) na gorąco struktura wewnętrzna stopu aluminium ulega znacznemu przekształceniu: materiał w różnych miejscach profilu płynie z różną prędkością, co może skutkować zróżnicowaną gęstością, ułożeniem ziaren i rozciągnięciem dodatków stopowych.
Efekt? Po anodowaniu na powierzchni mogą pojawić się smugi, różnice w odcieniu lub refleksyjności, a czasem także efektowne, ale niepożądane mozaiki metalograficzne. Bywa tak, że takie mocne smugi po procesie anodowania są częściowo widoczne już przed obróbką.
Niektóre smugi po procesie anodowania są widoczne tylko częściowo. Anodowanie może w znacznym stopniu zminimalizować defekty powierzchni, szczególnie przy ciemniejszych kolorach. Poniżej porównanie tego samego profila przed anodowaniem i po anodowaniu na kolor czarny – widać wyraźnie, jak proces poprawił jednorodność wyglądu powierzchni.
W naszej praktyce, gdy klient dostarcza materiał z niepewnego źródła lub nietypowe stopy aluminium, zawsze wykonujemy próby anodowania przed rozpoczęciem właściwej produkcji. Taka próba ma dla nas kluczowe znaczenie ze względu na nieprzewidywalność materiałów wtórnych i pozwala uniknąć rozczarowań na etapie finalnym.
W przypadku trudniejszych stopów, które nie przyjmują standardowego elektrobarwienia, oferujemy barwienie metodą chemiczną jako alternatywne rozwiązanie. Gdy już na etapie prób identyfikujemy problemy z powierzchnią, proponujemy odpowiednią obróbkę przed anodowaniem – na przykład szczotkowanie, które pozwala zminimalizować lub całkowicie wyeliminować wady powierzchni.
Zawsze doradzamy naszym klientom, aby przy planowaniu projektów o wysokich wymaganiach estetycznych – szczególnie w architekturze, meblarstwie czy sprzęcie RTV – zwracali uwagę nie tylko na skład chemiczny stopu, ale również na jego pochodzenie i technologię formowania. Najlepsze rezultaty uzyskujemy z materiałami pochodzącymi z surowca pierwotnego lub przynajmniej z kontrolowanego recyklingu.
Teraz już wiesz, które stopy aluminium sprawdzą się w anodowaniu, a których lepiej unikać. Poznałeś praktyczne aspekty pracy z każdą serią – od czystego aluminium 1xxx po zaawansowane stopy 7xxx. To wiedza, która w praktyce pozwala uniknąć nieprzyjemnych niespodzianek i kosztownych błędów na etapie produkcji.
Ale to dopiero drugi krok w całej układance. Już w trzecim artykule przejdziemy do następnego kluczowego tematu – przygotowania powierzchni aluminium przed anodowaniem. Pokażę Ci dokładnie, jak przebiega obróbka powierzchni profila: trawienie satynowe, piaskowanie, szczotkowanie i inne metody, które decydują o finalnym efekcie. To zagadnienia, które będą przedmiotem kolejnego artykułu!
W naszym zakładzie specjalizujemy się zarówno w anodowaniu dekoracyjnym – idealnym dla projektów architektonicznych, meblarskich i wszędzie tam, gdzie liczy się efekt wizualny – jak i w anodowaniu technicznym, wychodząc naprzeciw klientom, dla których ostateczne parametry techniczne są priorytetem. Dodatkowo oferujemy kompleksową obróbkę CNC, dzięki czemu możemy zrealizować projekt od A do Z. A jeśli już teraz szukasz wykonawcy, któremu można zaufać – zapraszamy do zapoznania się z naszymi usługami.
Chcesz porozmawiać o swoim projekcie? Skontaktuj się z nami – chętnie doradzimy i odpowiemy na wszystkie pytania.
Przemysław Paech
Anodowane aluminium w praktyce
droga, którą podążam od 20 lat.
Artykuł 2 z 6 w cyklu
Artykuł 1 Co warto wiedzieć o pH, korozji elektrochemicznej i korozji wżerowej < > Artykuł 3 (pracujemy nad nim)
