Aluminio anodizado, dureza y iPhone 5

No lleva ni una semana en el mercado y el nuevo iPhone 5 ya está siendo objeto de grandes críticas por la supuesta facilidad para rayar su parte trasera de aluminio. Todo esto sin contar con el paso atrás dado con el cambio al sistema propio de mapas presentado por Apple en iOS 6, sustituyendo así a los de Google. Sin embargo, mientras los mapas tienen solución mediante actualizaciones de software y la mejora del servicio incorporando servicios y arreglando errores, el tema de los rayones no es tan sencillo. Ahora bien, ¿es normal que se produzcan estos rayones?

Antes de responder debemos saber de qué está hecha la parte trasera del nuevo iPhone 5. Tal y como nos dice Apple en su vídeo promocional se trata de aluminio, más concretamente de aluminio anodizado. En el caso del iPhone en color negro el aluminio se tinta de negro, mientras que en el modelo blanco parece no necesitar ningún tinte. Ahora bien, ¿qué significa eso de aluminio anodizado?

El aluminio anodizado

El anodizado se trata de una técnica muy común hoy en día que consiste en crear una capa de óxido por encima del material que sufre el proceso para mejorar sus propiedades físicas. Por ejemplo, esta capa de óxido añade importantes mejoras al material como son el aumento de la resistencia a la corrosión (oxidación) y la dureza. Además, facilita también la adhesión de tintes o pegamentos. El proceso para lograr estas mejoras es introducir el material en una solución química (puede ser tanto de carácter ácido como básico) y aplicar una corriente eléctrica.

De forma natural el aluminio puro ya forma una capa de óxido por sí mismo, pero ésta crece de forma amorfa y hasta un espesor muy pequeño, de apenas unos pocos nanómetros. A pesar de que esta fina capa es suficiente para proteger al aluminio de la corrosión es completamente inútil para su utilización tecnológica. Por este motivo es necesario crear la capa de forma artificial.

(a) Vista superior, y (b) vista transversal de la alúmina porosa.
(c) Alúmina de menor grosor de pared. (d) Esquema de la alúmina porosa.

Para el caso del anodizado del aluminio se utiliza una celda electrolítica con baño de agua y ácido (sulfúrico, crómico y fosfórico). Al aplicar la corriente eléctrica, en el ánodo (electrodo positivo) se acumulan oxígenos que reaccionan con el aluminio produciendo su oxidación y haciendo que crezca una capa de alúmina (Al₂O₃). El carácter ácido del baño va comiendo poco a poco esta capa, de modo que si se consigue equilibrar el crecimiento y el ataque, el resultado es una capa porosa. Gracias a estos poros, de un tamaño de pocas décimas de nanómetro, la oxidación no cesa y la capa puede crecer hasta el punto que se desee. Además, posteriormente los poros facilitarán la adhesión de tintes y también la entrada de aire o agua, por lo que deberán ser sellados. El crecimiento de la capa anodizada se controla principalmente por la corriente eléctrica elegida y el tiempo que se esté aplicando.

Fuente: Superior Metal Technologies, LLC

La tintura del material puede realizarse casi en cualquier color, estando limitados únicamente por la naturaleza y tipo de colorante utilizado y la resistencia a la luz del mismo. Este proceso no tiene nada que ver con pintar el material, pues pintando se deposita una capa de pintura sobre el material, recubriéndolo; mientras que aquí la capa anodizada podría decirse que ‘absorbe’ la tintura mediante los poros.

El último paso a realizar es el sellado. Los poros de la capa superficial anodizada son una vía de entrada para el agua o el aire, lo que puede causar la oxidación del material que tenga debajo. Por este motivo, y para evitar que el tinte se escape, es necesario cerrarlos. Para ello se pueden realizar dos procedimientos, cada uno con sus ventajas y desventajas. Son el sellado en caliente, mediante la inmersión del material en vapor o agua desionizada en ebullición; o en frío, mediante un baño a temperatura ambiente con un material que se impregna y cierra los poros.

Así pues, el proceso de anodizado cuenta con tres pasos: el propio anodizado en la cuba electrolítica, la absorción de la tintura por los poros, y el sellado de los mismos.

Dureza y escala de Mohs

Hemos dicho que con el anodizado el aluminio se volvía mucho más resistente y duro. Desde el punto de vista físico el término dureza no tiene el mismo significado que en el uso cotidiano. En ciencia lo utilizamos para describir si un material es más o menos resistente a la deformación plástica (es decir permanente) tras la aplicación de una fuerza. La deformación más común de esta fuerza son los rayones, y aunque existen diferentes tipos de escalas de clasificación, la escala de Mohs se basa en qué raya qué para la clasificación de los minerales/materiales desde un valor mínimo de 1 (talco) hasta el 10 (diamante). Así, un material con un valor mayor que otro podrá rayarlo, pero no a la inversa. Es decir, con nuestras uñas (dureza 2,5) podemos rayar el yeso (dureza 2), pero no el hierro (dureza 4).

Para el material que nos interesa en este artículo, el aluminio, su dureza en su estado puro es de tan solo 2,75, mientras que al anodizarlo su valor aumenta sustancialmente. Los valores que se pueden encontrar por internet no son nada claros. Existen fuentes que dicen que la dureza que adquiere es 9, equivalente al corindón, mineral de composición idéntica a la alúmina; mientras que otros le dan valores inferiores. Más concretamente, en la web de esta empresa que realiza anodizados, se dice que su dureza está entre 60 y 70 en la escala Rockwell del tipo C, y que solo es superada por el diamante. Realmente no existe una conversión directa entre esta escala y la Mohs que hemos utilizado hasta ahora, aunque de forma aproximada podría catalogarse entre durezas 6 y 8, variando según las gráficas y tablas de conversión que se consulten. Sea cual sea el valor correcto, este gran incremento demuestra como el proceso de anodizado ayuda a conseguir mayor dureza en el aluminio, además de mejorar otras características físicas como la temperatura de fusión o disminuir la conductividad térmica.

Volviendo de nuevo al iPhone 5 y los problemas con sus rayones, ¿hay forma de explicarlos?

Los rayones del iPhone 5

Existen varios vídeos por la red como el que tenemos sobre estas líneas en los que se realizan pruebas de rayado en la parte trasera del nuevo iPhone 5. Como se puede ver se utilizan una llaves para golpear y rayar el teléfono. El material del que están hechas las llaves es generalmente latón, es decir una aleación de cobre y zinc, con una dureza entre 3 y 3,5. Algunas también pueden estar hechas en acero o aluminio, o recubiertas con níquel, pero en ningún caso sus durezas llegan al alto valor del aluminio anodizado.

Únicamente teniendo esto parece complicado que el iPhone pueda rayarse. Y el tema se vuelve aún más complejo y difícil de explicar teniendo en cuenta que el Gorilla Glass de la anterior generación soporta mucho mejor los daños. Tampoco he encontrado un valor de dureza para el Gorilla Glass fiable, aunque parece ser que ronda los 8-9 puntos en la escala Mohs, un par de puntos por encima del vidrio normal, luego estamos también ante es un material muy resistente. Ahora bien, ¿si ambos tienen una dureza similar cómo es posible que uno aguante bien los daños y el otro no?

A la hora de ver si un material puede dañar o no a otro no solamente hay que tener en cuenta su dureza. Hay más aspectos importantes como  y uno de ellos es el desgaste. El aluminio anodizado no presenta gran resistencia al desgaste, es decir puede erosionarse por la acción de otro cuerpo, ya sea por fricción o impacto. Esto podría explicar hasta cierto punto el por qué los golpes pueden crear mellas en el aluminio anodizado y al arrancar material tintado dejar a la vista su verdadero color metálico. Los arañazos por fricción parecen menos visibles aunque parece que el mero rozamiento es capaz de arrancar una fina capa de aluminio. Por desgracia la explicación es algo que se me escapa…

Lo que es fácilmente explicable son los rayones en los bordes biselados. Ahí el pulido hecho con diamante es tan perfecto y los bordes son tan finos que el más mínimo ataque consigue arrancar material. Aparte de que es muy posible que en esa zona el anodizado ya haya desaparecido tras el pulido o directamente no se haya realizado.

En cuanto al Gorilla Glass, que no se produzcan rayones puede estar relacionado con que la totalidad del vidrio es homogéneo, mientras que el aluminio anodizado solo representa una capa por encima del aluminio puro y se puede separar con más facilidad. Sin embargo, esto es solo una suposición personal. Haría falta tener más información que desgraciadamente no he encontrado. Eso sí, comparando las características técnicas de la primera y la segunda versión de Gorilla Glass curiosamente parece ser que la última tiene menor dureza…

Como bien dice Phil Schiller, es perfectamente normal que ocurra esto en el aluminio; pero sean cuales sean los motivos por los que se puede rayar con relativa facilidad la parte trasera del nuevo iPhone 5 lo que está claro es que Apple debería corregirlo. Porque lo que no es normal es que algo así aparentemente ocurra con tanta facilidad en un producto con un diseño tan sumamente cuidado como el iPhone 5. Hasta entonces, con no meter las llaves en el mismo bolsillo que el iPhone 5 será suficiente…

Más información

• Relación entre las escalas de dureza en una gráfica.
• Proceso de anodizado.