Anche questo era un dente che duoleva da tempo: riuscire ad ottenere una discreta anodizzazione fatta in casa, e finalmente ci sono riuscito.
Nonostante ora alla fine possa dire che si tratta di un procedimento semplice ed eseguibile da tutti con un po di impegno, sono passato come sempre attraverso varie prove e sperimentazioni. In rete si trovano molte guide, alcune con moltissimi passaggi e materiali chimici da utilizzare, altre molto semplicistiche dove si dice che basta attaccare un carica batterie da auto all'alluminio in bagno, al momento posso dire dal basso della mia esperienza che tutto sommato bastano pochi passaggi e ben fatti per ottenere un buon risultato. Non essendo un chimico mi sono adeguato a quanto potevo recepire e alle guide documentate da foto che mostravano i risultati migliori, in seguito si tratta solo di essere piuttosto precisi e scrupolosi nell'eseguire alcuni passaggi.
A causa di prove di utilizzo di materiali coloranti errati non idonei il raggiungimento di buoni risultati è arrivato dopo 5-6 tentativi, ma con il senno di poi ho scoperto che il primo esperimento aveva dato già un buon risultato senza saperlo. Già...perchè come primo colore avevo a disposizione 20 ml di inchiostro ciano della prink acquistato allo scopo, come si può vedere sotto il risultato sembrava deludente, ma ho poi capito che il ciano pur sembrando blu scuro nel flacone in realtà è fatto proprio per restituire questo colore.....

Il materiale con cui ho svolto esperimenti è il classico ergal 7075 T6 molto apprezzato da noi modellisti, facilmente lavorabile con tornio e fresa, leggero ma robusto quanto, se non più, di alcuni materiali ferrosi. Il pezzo in foto è un trascinatore appena sgrezzato e di misure non corrette e quindi destinato alle prime colorazioni.

Durante le prove ed anche da informazioni trovate in rete ho appurato che una delle cose più importanti per un buon successo del processo di anodizzazione è il bagno in acido solforico ed in particolare la temperatura della soluzione del bagno. Non occorre superare i 20-22°. Poichè durante questa fase inoltre la soluzione acida tende a scaldarsi in maniera proporzionale alla corrente in gioco e alla grandezza dei pezzi trattati, occorre raffreddarla in modo adeguato. Un buon risultato si può ottenere immergendo la vasca del bagno chimico in altra vasca più grande contenente acqua fredda ed aggiungendo ghiaccio regolarmente, in effetti durante le prime prove ho fatto così, ma poi siccome la cosa mi risultava poco pratica (officina al piano terra e frigorifero al primo piano) ho deciso subito di costruire un sistema di raffreddamento adeguato alle mie esigenze.
Il sistema che ho realizzato utilizza 2 celle di peltier da 100W ciascuna collegate in serie ed alimentate a 24V, un sistema di raffreddamento a liquido delle celle con pompa di circolazione e 2 radiatori sufficienti a smaltire il calore generato dalle celle. Di seguito la descrizione della realizzazione del climatizzatore per la soluzione del bagno acido.

Come prima cosa sono andato alla ricerca di una vasca da utilizzare per il contenimento dell'acqua che serve per raffreddare e mantenere fredda la soluzione acida. Ho trovato la vasca in figura in uno store vicino casa che credo serva a contenere del gelato nei frigoriferi. Nella immagine iniziamo a realizzare il sistema vasca-celle, trovato un pezzo di rame adatto da applicare alle celle esso viene poi carteggiato con grane decrescenti su superficie di vetro onde ottenere un buon piano e una finitura liscia onde ottenere un ottimo contatto fra celle e rame e fra rame e contenitore.

Ora si passa alla realizzazione del blocco in alluminio per il raffreddamento delle celle. Se si vuole ottenere un buon rendimento dalle celle di peltier è necessario mantenere il lato caldo più freddo possibile, un sistema ad aria non garantirebbe un buon risultato per cui si va con un sistema di raffreddamento ad acqua con blocco di alluminio lavorato e radiatori.

Il blocco o Waterblock è pronto per essere chiuso con un coperchio e sigillato con Motorsil-D, sul lato destro sono praticati 2 filetti per accogliere 2 raccordi per aria compressa, essi consentiranno la connessione di tubo flessibile per la circolazione dell'acqua.

Il blocco è quasi pronto, vengono praticati 3 fori nell'alluminio e nel rame per consentire un buon serraggio delle celle.

Sul lato opposto il blocco viene chiuso con una piastra da 4 mm di alluminio, l'incisione rimarrà sul lato inferiore alla fine....

In un sistema a celle di peltier il lato caldo va appoggiato senza interporre spessori sul sistema radiante, un po di pasta termica aiuta sensibilmente a migliorare il passggio del calore generato.

Il lato freddo delle celle va distanziato con un metallo che sia buon conduttore termico, questo per consentire un migliore rendimento delle celle allontanando la zona fredda da quella calda.

Il sistema una volta assemblato si presenterà in questo modo, il sistema non è comunque pronto a operare in questo modo, si tratta solo di una prova di fissaggio

Entro la vasca una piastra da 5mm di spessore rende più solidale e migliora il passaggio di calore, che nel nostro caso sarà assorbimento di calore. I tre fori praticati sul fondo della vasca saranno sigillati da 3 tappi di naylon con oring in pressione. L'immagine è stata presa durante una prova per verificare che non vi fossero trafilamenti di acqua.

Su un lato del blocco in alluminio viene fissata una basetta in vetronite ramata per il collegamento elettrico in serie delle celle.

Una volta che la posizione delle celle è stabilita esse vengono cosparse di pasta termica e isolate con una protezione coibentata in modo da evitare che si crei condensa nella zona fra blocco e vasca. Le celle sono isolate con silicone in origine e la coibentazione non sarebbe strettamente necessaria, ma è sicuramente meglio che ci sia.

A questo punto occorre ideare un sistema di controllo delle celle fatto in modo che esse possano raffreddare l'acqua della vasca in estate e riscaldarla in inverno. Nelle condizioni in cui sono solito operare nella mia officina rilevo infatti circa 10 gradi in inverno e 28-30 gradi in estate, per cui tranne che nelle mezze stagioni un controllo è necessario per operare al meglio.
In questa immagine è possibile vedere il circuito per il controllo della polarità delle celle: in pratica l'integrato HIP4081AIPZ si occupa di tutto, sia dei ritardi necessari a non produrre cortocircuiti che a bloccare le uscite in caso di pilotaggio contemporaneo erroneo, a noi basta calcolare il valore delle resistenze di ingresso (si ha attivazione delle uscite controllo mos quando la tensione sui pin di ingresso è maggiore di 2,6V e disattivazione con tensione minore di 1V), dei condensatori C1 e C2 (il cui valore deve essere di circa 10 volte superiore alla capacità GS dei mos) e siamo a posto....utilizzando ovviamente mos di tipo N e di potenza adeguata ai nostri scopi. Nel mio caso ho utilizzato degli IRF2907 che hanno una resistenza DS di 4,5 milliohm per cui con il carico di circa 8 A dissipano un massimo di 320 Milliwatt ciascuno per cui non necessitano di radiatore. Sugli ingressi del circuito verranno applicati i 2 termostati di controllo.

La realizzazione del circuito stampato viene fatta con Eagle, sullo stampato è inserita anche una sezione di riduzione della tensione da 24 a 12Volt per alimentare il 4081.

Il circuito stampato viene realizzato con cnc...

Una volta montato il circuito di controllo si presenta in questo modo.

Ora prepariamo il sistema di raffreddamento: ho utilizzato 2 radiatori da 120 mm e 2 ventole sempre da 120mm, i radiatori sono specifici per l'utilizzo nei pc quindi i fori di fissaggio per le ventole corrispondono perfettamente. Le ventole devono garantire un grande flusso di aria per cui ne ho montate 2 da 6W di potenza ciascuna.

Per la circolazione dell'acqua viene utilizzata una vaschetta apribile con chiusura stagna ed una pompa da acquari da 1000 lt/h in modo da ottenere una buona circolazione.

Sono stati utilizzati 2 termostati con campo di intervento programmabile, uno da un consenso sotto una detrminata temperatura, un altro da un consenso sopra un altra temperatura. La finestra minima che è possibile lasciare fra i 2 termostati è di 1 grado. I segnali o consensi dei relè pilotano il circuito che alimenta con la polarità voluta le celle di peltier consentendo il raffreddamento o riscaldamento del bagno di anodizzazione. Sebbene sia possibile utilizzare dei comuni relè a più scambi per controllare le celle ho preferito il circuito a mosfet con ponte H poichè è di più sicuro funzionamento e più longevo rispetto ai relè. Il circuito di controllo delle celle utilizza un integrato particolare, il HIP4081AIPZ che è un chip dedidato al controllo di motori con funzione PWM, in questo caso viene sfruttato solo come interuttore a inversione di polarità per il carico ed ha l'importante caratteristica di non consentire cortocircuiti in caso di pilotaggio errato (se entrambe le entrate vengono attivate in uscita non si ha alcuna corrente circolante), per cui in caso di errori dei termostati non vi saranno conseguenze dannose per i mosfet di pilotaggio.

Ora non rimane che assemblare la parte idraulica del sistema e riempirlo con acqua distillata assieme a un mezzo bicchiere di amuchina per prevenire fenomeni di alterazione dell'acqua in circolo.

Il box è ora completo, non rimane che iniziare ad anodizzare qualche pezzo....

I materiali occorrenti per quanto riguarda il procedimento che vado a illustrare sono di facile reperibilità e sono i seguenti:

_Guanti protettivi in neoprene per le mani, maschera o grandi occhiali a protezione del viso
_Timer: (opzionale) per controllare i tempi dei vari processi
_Carta abrasiva fine o spazzola metallica applicata a attrezzi tipo dremel o ad una mola,
_Prodotto sgrassante quale "chanteclair" o detergente per lavaggio piatti per un primo lavaggio delle parti da trattare
_Prodotto sgrassante forte quale trielina o similari (io utilizzo il "trilax" un prodotto simile al percloro che si trova in ferramenta)
_Bilancia: per dosare con precisione le soluzioni necessarie
Termometro: per monitorare temperature, con sonda in materiale plastico od inox
_Soda caustica in scaglie da diluire in circa 150g litro di acqua, acquistabile in ferramenta, relativo contenitore plastico in cui eseguire immersione dei pezzi
_Acido nitrico: concentrazione 100ml per litro e relativo contenitore plastico
_Acido solforico: la concentrazione di questo acido in acqua distillata che ho utilizzato è del 30%, 2 contenitori plastici, quello per il bagno di anodizzazione deve entrare in uno più grande in cui vi è acqua per raffreddamento, la soluzione va mantenuta a 22 gradi massimi durante il processo
_Alimentatore variabile in tensione e corrente: io utilizzo uno 0-30V 0-5A regolabile con precisione, è necessaria una corrente di 1A ogni 100cm quadri di superficie da anodizzare
_Pezzi di alluminio per collegare elettricamente il pezzo da collegare al polo positivo dell'alimentatore
_Piombo: è necessario un pezzo di piombo in immersione nella soluzione anodizzante di pari superficie del pezzo da anodizzare, al piombo viene collegato il polo negativo dell'alimentatore
_Coloranti: colori per stampanti inkjet DYE based solubili e diluiti in acqua distillata, (i colori pigmentati e le polveri per tessuti a me non hanno prodotto alcun risultato)
_Pentolino in metallo e fornello: l'inchiostro va portato a circa 80°
_Altra pentola in metallo o pirex per bollire acqua
_Olio di vaselina o WD40

ATTENZIONE ESTREMA: RICORDO CHE QUANDO SI PREPARA UNA SOLUZIONE CON ACIDI E ACQUA OCCORRE VERSARE SEMPRE GLI ACIDI IN ACQUA E NON L'ACQUA NEGLI ACIDI ED OCCORRE FARLO LENTAMENTE !!!!!

Con l'aiuto di immagini andiamo a illustrare le varie fasi e i tempi del processo di anodizzazione.

Ora indossiamo i guanti ed occhiali protettivi in quanto si inizia con prodotti non tollerati dalla nostra pelle,

Come prima cosa da fare suggerisco di preparare la soluzione di acido solforico in quanto se avete acquistato per esempio del solforico puro dovrete necessariamente diluirlo fino al 30% con acqua distillata. Quando si versa dell'acido solforico in acqua si ha una reazione che sviluppa calore, nel mio caso utilizzando 500cc di acqua e 150cc di acido solforico ho rilevato dopo pochi minuti una temperatura della soluzione di oltre 55° per cui poi sarà necessario che la soluzione si raffreddi adeguatamente e per fare ciò occorre diverso tempo. Se invece avete acquistato il comune acido solforico per batterie che si presenta solitamente già diluito al 30-35 % non avrete questo problema poichè la soluzione è già pronta all'uso.

Prepariamo la soluzione di soda caustica e acqua, la soluzione è di 150 grammi di soda ogni litro di acqua. Versiamo la soda in acqua lentamente e facciamola sciogliere mescolando con un cucchiaio in plastica.

Prepariamo anche la soluzione di acido nitrico ed acqua distillata con un rapporto di 1/10 (una parte di nitrico ogni 10 di acqua). L'utilizzo dell'acido nitrico non è strettamente necessario ma consigliato, poi vedremo perchè.

Dopo aver preparato tutto il necessario sopra descritto, collochiamo tutto in modo da poterci spostare senza inciampare in eventuali manici o recipienti pieni delle sostanze chimiche che servono, predisponendo tutto in ordine per le varie fasi. Le prime volte forse ci si trova un po in confusione e con la paura di sbagliare, ma dopo 2-3 processi il tutto diventa più semplice e immediato.

Si inizia carteggiando con carta abrasiva, oppure si spazzola con delicatezza alla mola o con dremel e relative spazzole. Occorre eliminare il più possibile le imperfezioni del metallo e rendere le superfici uniformi in quanto il processo tende a evidenziarle piuttosto che nasconderle, quindi in questa fase occorre impegnarsi un po' e preparare per bene il nostro pezzo di alluminio.

Procediamo con un buon lavaggio con acqua e sapone quali i soliti detersivi da piatti oppure chanteclair, questa operazione può essere effettuata senza guanti sotto un rubinetto, possiamo aiutarci con un vecchio spazzolino da denti o una spugna, poi sciacquiamo per bene.

E' importantissimo che da ora in poi il pezzo da anodizzare non venga più a contatto con le mani o elementi inquinanti che lascierebbero poi eventualmente segni o sfumature non volute.

Procediamo ad un ulteriore sgrassaggio con solventi quali trielina o trilax inserendovi a bagno i pezzi e scuotendoli energicamente, poi asciughiamoli con forti getti di aria compressa.

Dopo le tre fasi di pulizia descritte i pezzi risultano piuttosto brillanti. Sono solito applicare in questo momento il conduttore di alluminio al pezzo in modo da avere pronta la connessione per il polo positivo ed anche poter maneggiare il pezzo solo da questo punto. Curiamoci d'ora in poi anche di avere una ottima circolazione di aria:

I vari pezzi in figura si presentavano prima del lavaggio e pulizia in uno stato quasi di "vecchiaia" visto che erano già in uso su un automodello da circa 6 mesi, come si può vedere occorre che siano assolutamente puliti.

Immergiamo il nostro pezzo nella soluzione di soda caustica: Come noterete l'alluminio inizierà a diventare effervescente allo stesso modo di una aspirina quando si scioglie in acqua. ATTENZIONE: viene emesso fumo molto irritante per cui suggerisco di fare questa operazione all'aperto !! Questo bagno insieme alle 3 operazioni di pulizia precedenti ha lo scopo di pulire ulteriormente il pezzo da anodizzare per rendere la superfice più pulita possibile.

Il pezzo va lasciato in immersione per 5 minuti, il colore della superficie inizierà a scurisi, nel caso di ergal 7075 diventerà di un nero molto intenso...tanto che potrebbe anche piacerci !! Ma non stiamo al momento cercando di annerire l'alluminio, quindi procediamo dopo i 5 minuti a estrarre il pezzo e lo sciacquiamo in abbondante acqua corrente in modo che non rimangano tracce di soda ed il processo non continui se per caso non siamo pronti per la fase successiva.

Immergiamo ora il pezzo sciacquato in una soluzione di 100 gr/litro di acido nitrico, questo servirà a portare via il nero dal pezzo. Questo bagno può essere evitato perchè serve solo a rendere di nuovo all'alluminio il suo colore naturale. In realtà ciò avverrebbe anche appena immergiamo il pezzo nel bagno di acido solforico, ma con l'inconveniente di trovarci poi una soluzione con pulviscolo nero vagante che non è salutare per le superfici da anodizzare e ci richiederebbe di scuotere i pezzi in continuazione. Se non si vuole acquistare del acido nitrico e saltare questo passaggio suggerisco di preparare a parte un pò di soluzione di acido solforico con la stessa concentrazione di quella del bagno di anodizzazione e di passarvi i pezzi per mandare via il nero così da mantenere pulita la soluzione del bagno principale.

Siamo finalmente arrivati al cuore del processo, l'anodizzazione.

In un contenitore plastico versiamo la soluzione preparata in precedenza al 30/35% di acido solforico e acqua distillata in grado di coprire per bene tutto il pezzo, è bene che la quantità di soluzione sia abbondante in quanto durante il processo essa subisce un riscaldamento. Controlliamo sempre che la temperatura della soluzione non superi i 22°. Se il pezzo da anodizzare risulta piccolo e le correnti in gioco rimangono sotto i 100-200mA non è necessario avere una seconda vasca per il raffreddamento, partiamo però con una temperatura della soluzione di almeno qualche grado inferiore ai 22°. Immergiamo nella soluzione il piombo a cui collegare il polo negativo del nostro alimentatore, la superficie del piombo in immersione deve corrispondere o essere superiore alla superficie del pezzo da trattare ed è bene che circondi tutto il perimetro della vasca. Ora calcoliamo l'area totale della superficie del nostro pezzo da anodizzare poichè in base ad essa dovremo regolare la corrente da fornire durante il processo. Non occorre essere precisi al millimetro quadro, ma nemmeno errare di molto in quanto una corrente troppo debole non consentirà una adeguata anodizzazione mentre una corrente troppo elevata produrrà un effetto deleterio sulla anodizzazione. Regoliamo quindi il nostro alimentatore su circa 15Volt di uscita, poi cortocircuitiamo i suoi poli e regoliamo la corrente in base a quella necessaria. Ora siamo pronti a collegare i poli: Polo positivo al pezzo da anodizzare e polo negativo al piombo immerso nella soluzione. Per i primi 3-5 minuti è bene fornire una corrente che sia 1/3 di quella necessaria, poi dopo questo tempo portarla a regime. La corrente da applicare è di 1A per ogni 100 cm quadri, lasciamo il tutto in questa condizione per 60 minuti. Alla fine dei 60 minuti scolleghiamo l'alimentatore, estraiamo il pezzo e laviamolo bene in acqua corrente. Abbiamo creato uno strato di ossido poroso sull'alluminio, controllando con un tester potremo constatare che il materiale non conduce più elettricità. Il pezzo è ora anodizzato ed è in grado di resisterte alla ossidazione, a questo punto potremmo anche decidere di lasciarlo così poichè la sua finitura è già molto bella.... se vogliamo colorare il pezzo procediamo come segue.

In un contenitore metallico mettiamo a scaldare fino a 80° su un fornello il nostro colorante. Finora ho utilizzato del comune inchiostro per stampanti ink a base di acqua, i cosidetti colori DYE. I colori DYE sono solubili in acqua e sono gli unici con cui sono riuscito a fare attecchire bene il colore all'alluminio, ho provato con i coloranti per tessuti senza alcun risultato, così come con i colori ink pigmentati che mi aveva suggerito un rivenditore di inchiostri (40 eur buttati ...sigh !). Lasciamo il pezzo in immersione nel colore per 10 minuti e poi estraiamolo e passiamolo in acqua corrente.

Ora possiamo immergere il pezzo in acqua bollente per 10-15 minuti, ciò servirà per il fissaggio del colore.

abbiamo praticamente finito ! Ecco come si presenta il nostro pezzo alla fine della colorazione. Per ottenere il rosso vivo ho utilizzato una soluzione di 50% di giallo e 50% di magenta. Il pezzo va ora cosparso di WD40 oppure olio di vaselina per renderlo di migliore aspetto. Il pezzo trattato è il banco destro di un automodello in scala 1/10 descritto in altra pagina di questo sito che mi sono deciso finalmente a colorare.

In foto il banco sinistro in fase di bollitura finale....

In questa immagine possiamo vedere il processo di anodizzazione in corso di 2 pezzi in contemporanea, si tratta dei trascinatori delle ruote dell'asse posteriore. In occasione di numerose prove ho notato che non è possibile anodizzare contemporaneamente vari pezzi assieme se essi hanno dimensioni diverse in quanto le varie parti non vanno ad assorbire la corrente corretta, ciò provoca livelli di anodizzazione diversi e poi toni diversi del colore in caso di colorazione. Se le parti come in questo caso sono pressochè identiche nessun problema....

La fase di colorazione dei trascinatori...in questo caso è stato utilizzato del filo di alluminio ed una vite sempre in alluminio per la connessione ai pezzi durante il bagno.

I trascinatori sono stati cosparsi con WD40....

Altro banco motore per modello 1/12 in questo caso ho usato il blu elettrico è ottenuto con 75% di ciano e 25% di magenta.

Il risultato di un pomeriggio di lavoro. Il banco destro è stato passato con della tela portando via l'anodizzazione per esaltare i profili delle alettature. I pezzi piccoli arancioni sono stati trattati con inchiostro nero ...ma sono venuti fuori di questo colore, era la prima volta che usavo il nero e non mi aspettavo un tale risultato, vedremo in futuro di capire perchè....

Le varie parti anodizzate e colorate sono state montate sul modello e senza dubbio contribuiscono a rendero più simile a un modello commerciale......