El proceso de anodizado de aluminio normalmente se utiliza para colorear el aluminio y en la industria más específica para protegerlo contra los agentes externos de corrosión. En este artículo nos vamos a centrar en el segundo uso con aplicaciones muy interesantes y específicas para los motores. La protección de la cabeza del pistón mediante la anodización de la misma de una forma simple y casera, y la decoración de piezas del motor.

     El aluminio por si solo en contacto con el aire, se oxida. La capa de oxido que se crea es aproximadamente de 0.01 micras de espesor. Este óxido que se forma tiene unas propiedades especiales que sirven como protector del aluminio ante los agentes externos de corrosión y también hace las veces de aislante eléctrico. 

    Para una simple protección o para uso decorativo con pigmentos, los espesores necesitados de oxido de aluminio son de alrededor de 25 a 30 micras. Si lo que buscamos es una buena protección térmica y eléctrica, así como anticorrosión lo que necesitamos son espesores de alrededor de 100 micras, con los procesos de endurecimiento superficial (Anodizado duro).

    Las ventajas del anodizado que  a primera vista se nos ocurren son proteger la cabeza del pistón contra sobrecalentamientos (muy interesante en motores turbo y para todos en general), la mejora del rendimiento termodinámico del propio motor si le damos un acabado espejado, evitar que se peguen los segmentos de fuego al pistón y como no, también está su uso decorativo.

1. Protección contra sobrecalentamientos.

       Casi todos hemos visto un pistón perforado con un agujero mas o menos vistoso, pero que siempre es sinónimo de una avería cara. Demasiada temperatura y presión en la cabeza del pistón provoca roturas de la misma e incluso que el propio aluminio se funda, dando como resultado un precioso y caro agujero.

   
       La capa superficial de óxido de aluminio evita la transmisión del calor a la cabeza del pistón, con lo que está absorberá menos temperatura y debido a que además es más duro que el propio aluminio, le brinda una buena dureza mecánica.

2. Mejora rendimiento termodinámico.

       El principio básico por el que un motor de combustión interna funciona, es que la mezcla combustible - aire, al arder, calienta el aire, el cual aumenta de tamaño debido al calor y empuja un pistón que es el que genera el movimiento.De esto podemos deducir que a mayor temperatura en la combustión, mayor volumen de aire y mayor presión dentro del cilindro, lo que provocará que el pistón sea empujado con mayor fuerza.

   
       Bien, observemos cómo podemos mejorar el rendimiento térmico de la combustión en nuestro motor. La combustión ideal dentro de nuestro motor sería aquella que solo calentara el aire de la mezcla sin que este calor se perdiera en calentar el bloque, culata y pistones y que después esos gases calientes se expulsaran por el escape al terminar de realizar su trabajo (empujar el pistón).

   
       Si combinamos un acabado espejado del anodizado de la cabeza del pistón con el ligero aislamiento térmico que el óxido de aluminio proporciona, conseguiremos que el pistón absorba menos calor de la combustión y este se utilice para calentar los gases, que en definitiva es lo que mueve al motor. Este acabado espejado reflejara las radiaciones de calor y no serán transmitidas al pistón.

   
       Es muy importante que no se nos vaya la pinza y queramos anodizar todo el pistón y todo el cilindro. Hay 2 motivos fundamentales. No estamos en un mundo perfecto, con lo que el pistón seguirá calentándose y ese exceso de calor hay que transmitirlo al bloque por las paredes del cilindro y el pistón hacia el refrigerante y el aceite del motor. En segundo lugar, el aceite lubricante se adhiere peor al anodizado que al aluminio pelado, con lo que terminaríamos por rayar o gripar el pistón dentro del cilindro.

3. Evitar gripado de los segmentos de fuego.
       Muchas veces hemos podido ver, por diversas causas, el segmento de fuego de un pistón pegado dentro de la ranura del pistón sin que en muchas ocasiones haya otra solución mas que romperlo para poderlo sacar.

   
       Si anodizamos la cabeza del pistón de manera que en el proceso se cubra la ranura del segmento de fuego, evitaremos que este llegue a quedarse pegado al pistón, con lo que evitaremos más de un quebradero de cabeza.

   
       Esto a priori, parece que puede variar de forma alarmante los valores de tolerancia a dilataciones de las piezas. Si nos fijamos en que dichos valores se mueven en unas magnitudes de alrededor de 2 centésimas y la capa de anodizado que nosotros vamos a dar está en un orden de magnitud de 100 micras, podemos comprobar que los valores de espesor de este tratamiento se pueden despreciar sin que alteren las tolerancias originales.

4. Uso decorativo.

       En uno de los puntos del proceso de anodizado que se describirá más adelante, se pueden incorporar pigmentos varios, con lo que conseguimos que el aluminio tome colores interesantes.

   
       No creo que colorear un pistón sea una buena idea, desde un punto de vista estético, salvo que lo tengamos todo el día abierto, pero hay muchas otras piezas en el motor que son de aluminio y nos podría apetecer tintarlas.

   
       Este coloreado no es una capa de pintura que se echa sobre el aluminio, sino que se trata de incrustar el pigmento deseado entre el óxido de aluminio y después sellar con el propio óxido los poros de este, con lo que conseguimos un metal tintado (teñido), no pintado.
   

    A continuación pasaré  a describir el proceso de realización, pero no sin antes agradecer las aportaciones de experiencias y conocimientos que han hecho posible la escritura de este artículo. A Eduardo Barros (San Pedro, Buenos Aires) por la descripción del proceso para utensilios domésticos. A Francisco Javier (GranPucherotes, daleee.com) por la aplicación del proceso a los motores y datos de interés dentro del mundo del motor.

Descripción del proceso de anodizado.

¡¡MUY IMPORTANTE!!. Precauciones:

1. Si hay que rebajar algún ácido con agua, la forma de proceder es vertir el agua en un recipiente y añadirle el ácido muy lentamente sin que salpique (notaremos cómo se eleva la temperatura y después se estabiliza). Nunca al revés, ya que esto provoca una reacción violenta o explosión que puede expulsar ácido y quemarnos.
2. Trabajar siempre con guantes y gafas protectoras.
3. Trabajar en un lugar perfectamente ventilado, ya que las reacciones que se producirían expulsaran hidrógeno altamente inflamable y otros vapores.

Aunque este proceso que aquí se describe se realiza de forma casera, no significa que el resultado no sea perfecto para las tareas que nos ocupa. El terminado de la pieza anodizada va a depender del cuidado que pongamos y la maña que nos demos en el proceso.

Elementos necesarios:

1. Tres recipientes de plástico (Tuperware).
2. Un recipiente metálico para cocción.
3. Un camping gas o similar.
4. Listón de madera de unos 15 cm más ancho que el recipiente de plástico.
5. Un aro o lámina de plomo un poco más pequeño que el fondo del recipiente de plástico.
6. Puntas metálicas, cable de cobre y cocodrilos.
7. Una barrita de aluminio de unos 2 - 3 mm de diámetro y de longitud 3 cm más que el alto del recipiente de plástico.
8. Alambre de aluminio del que se usa para soldadura.
9. Un termómetro.
10. Un reloj.
11. Hielo.
12. Guantes de látex (Indispensables), gafas protectoras (Indispensables) y mascarilla (Indispensable).
13. Uno o dos polímeros (Nos ayudarán a vigilar el proceso).
14. Un cargador de baterías o cualquier otra fuente de alimentación de corriente continua (de 12 a 20 voltios).
15. Agua destilada, Sosa Cáustica, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico o ácido Nítrico.

Proceso: (¡¡ATENCIÓN!!) A partir de aquí está incompleto. Lo terminaré en estos días y colgaré un brico de mi propia experiencia. Perdonad que no esté completo, pero para ir haciendo boca ... y si alguien hace el brico antes que yo, pues sería de agradecer que lo colgara.

1. Preparación de la superficie de al pieza.
         Pulir, arenar, dejar como está .... 
2. Conexión de la pieza al alambre conductor.
         Conexión firme para que no se oxide y haga de aislante. Que sirvan de asas para manipular la pieza sin tener que tocarla. Si se toca la pieza quedarán manchas y sombras y la película será irregular ....
3. Desengrase de las piezas a tratar.
         Para limpiarlas de cualquier impureza y que la película se forme uniformemente. A partir de aquí no tocar con nada las piezas. Se limpian en una solución de hidróxido de sodio (Sosa cáustica) al 5% en agua a 50 o 60 ºC. Durante 2 o 3 minutos. Lavar abundantemente con agua sin tocarlas. Desde aquí guantes de látex, pero tampoco tocar con guantes las piezas. Si se exceden los 2 o 3 minutos, la sosa se empieza a comer el aluminio como si lo hubiéramos arenado (Interesante para algunas terminaciones, pero no para los pistones).
4. Neutralizar la sosa cáustica.
         Para neutralizar cualquier vestigio de la sosa cáustica que pueda quedar, se sumergirán las piezas durante 2 a 5 segundos en ácido clorhídrico o ácido nítrico al 50% con agua a temperatura ambiente. Continuar sin tocar las piezas con nada. Con este paso ya están listas para el proceso de anodizado.
5. Anodizado.
         En este recipiente se prepara una solución de ácido sulfúrico y agua al 20% a 20 ºC. Esta mezcla tiende a calentarse por si sola, y luego se estabiliza. Al aplicar corriente se volverá a calentar y hay que refrigerarla para mantenerla 20 ªC (mantener la temperatura es muy importante para el acabado final). Se colocan en el recipiente colgadas de los clavos del listón de madera sin que se toquen entre si, sin que toquen el fondo y sin que toquen las paredes del recipiente.
         Se conectan el voltímetro, el amperímetro y el cargador de baterías al disco de plomo y a los pistones. Plomo=Cátodo(-) y Pistones=Ánodo(+).
         Con el amperímetro, a medida que se va formando la película y cada vez hace mayor aislante, los amperios consumidos van disminuyendo. Consumo de corriente= 1 o 1.5A por Dm2 de superficie con un voltaje de 13 a 17V aproximadamente. Vemos burbujas de hidrógeno desprenderse del cátodo. Transcurrido el tiempo apropiado cortamos corriente.
6. Lavado del ácido sulfúrico.
         Lavamos en agua limpia y abundante. No tocar con nada.
7. Tintado.
         Si queremos tintar, continuar con este punto, si no, saltar al siguiente punto.
         Tintes disueltos en a gua a 30 o 40 ªC. El óxido es absorvente. Suelen ser tintes de ropas. Mejor pigmentos minerales que los orgánicos. Los orgánicos se van con la luz solar. Piezas sumergidas dentro del agua con el tinte. No tocar con nada.
8. Sellado final.
         El óxido es poroso y en este estado no tiene ninguna resistencia. Para que adquiera las propiedades de las que hemos hablado, necesitamos darle el sellado final que cierra los poros y conforma la reticular cristalina (metílica??).
         Calentar agua a 100 ºC (hirviendo). Sumergir las piezas durante 2 a 5 minutos en el agua hirviendo, mientras continua hirviendo, sin que toquen las paredes y ni el fondo del recipiente. Sacarlas, dejarlas enfriar a su ritmo sin tocarlas y cuando estén a temperatura ambiente, ya están listas.

1. No todas las aleaciones de aluminio se tintan bien, pero se se anodizan. Aluminio 6063 T6 se tinta muy bien.
2. Si sube la temperatura del proceso de anodizado por encima de los 22 ªC, a la vez que se genera el óxido se va sellando, con lo que después no se puede tintar.
3. Pasa lo mismo que en el apartado anterior con exceso de corriente (amperios) y falta de tensión (voltios)
4. Que no se oxide la unión entre el alambre y las piezas, pues se aísla y se corta la electrólisis.
5. No todos los colores de anilina sirven para tintar aluminio.
6. Limpieza extrema de las piezas para buen resultado.
7. Tabla de valores aproximados del proceso para hacer estimaciones.