Pulse anodizing of aluminum in sulfuric acid : mechanisms and applications

Les procédés d’anodisation pulsée/cyclique sont de plus en plus attrayants depuis un certain temps, principalement parce qu’avec cette technologie, il est possible de créer des couches poreuses d’oxyde d’aluminium anodique (AAO) avec une morphologie adaptée. Malheureusement, la conception de ces signaux des pulsations complexes reste empirique en raison du manque de connaissances de base sur les mécanismes se produisant au cours des processus. Les travaux présentés visent à faire la lumière sur cette question, en gardant à l’esprit que ces informations pourraient être utilisées pour prédire et concevoir de nouvelles nanostructures ainsi que pour optimiser le processus lui-même. A cette fin, cette recherche combine des mesures électrochimiques in situ (polarisation, SIE, OCP) avec des observations morphologiques ex situ (FE-MEB, imagerie METB) pour identifier les mécanismes impliqués lors d’ : (i) une diminution de potentiel du domaine anodique jusqu’à la limite du domaine cathodique (balayage potentiodynamique inverse) sur Al pré-anodisé, (ii) un procédé d’anodisation par pulses bipolaires sur Al, et (iii) un procédé d’anodisation par pulses unipolaires sur Al pur et sur AA2024. En outre, un signal de pulse bipolaire est conçu pour obtenir un AAO avec un aspect blanc caractérisé par spectrophotométrie, et un signal de pulsation unipolaire pour anodiser avec un taux de croissance élevé sans endommager l’intégrité de la couche anodique par le phénomène de combustion.Pulse/cyclic anodizing processes have been gaining attraction for some time now, mainly because, with this technology, it is possible to create porous anodic aluminum oxide (AAO) layers with a tailored morphology. Unfortunately, the design of these complex pulse signals remains empirical due to the lack of basic knowledge of the mechanisms occurring during the processes. The presented work aims to shed some light on that matter, keeping in mind that this information could be used to predict and design new nanostructures as well as to optimize the process itself. To this end, this research combines in situ electrochemical measurements (polarizing, EIS, OCP) with ex situ morphological observations (FE-SEM, STEM) to identify the mechanisms occurring throughout: (i) a decrease of potential from the anodic domain to the limit of the cathodic one (reverse scan polarization) of a classic-anodized Al, (ii) a bipolar pulse anodizing process on Al, and (iii) a unipolar pulse anodizing process on pure Al and on AA2024. Additionally, a bipolar pulse signal is designed to obtain an AAO with a white aspect characterized by spectrophotometry, and a unipolar pulse signal to anodize with a high growth rate without damaging the integrity of the anodic layer through the burning phenomenon