Verfahren zur Erhöhung des Lichtrefiexionsfalitors eines aus Aluminium oder seinen Legierungen bestehenden Gegenstandes und nach diesem Verfahren ' erhaltener Gegenstand. Ne Erfindun- betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Lichtreflexionsfaktors eines @I us Aluminium oder seinen Legierungen be- siehenden Gegenstandes und einen nach die sem Verfahren erhaltenen Gegenstand.
Die hier erwähnten Gebenstä.n.de sind sol- clie mit: reflektierenden Oberflächen, die zur Reflexion von strahlender Energie irgend- weleher Art bestimmt sind, und im beson deren lielrtreflektierende Flächen aufweisen, die sieh für diffuse oder spiegelnde Re flexion des Lichtes eignen.
Bei der Herstellung verschiedener Alu miniumerzeugnisse mit reflektierenden Ober flächen, wird die reflektierende Fläche in der Regel entweder durch uzen, wenn die Flä- eb;> beispielsweise dazu bestimmt ist, Licht diffus zu reflektieren, oder durch mechani sches Polieren erzeugt, wenn eine spiegelnde Fläche verlangt wird. Solche Flächen unter- liegen in ihrem Reflexionsvermögen während der Verwendung einer Verschlechterung und sind schwierig in ihrer ursprünglichen Wirk samkeit zu erhalten oder auf dieselbe zu rückzubringen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass man die re- fleItierende Oberfläche des Gegenstandes elektrolytisch in einem Borfluorwasserstoff- säure oder deren Salze enthaltenden Elektro lyten behandelt.
Ein nach obigem Verfahren herstellbarer Gegenstand kennzeichnet sich dadurch, dass er eine klare, glänzende, reflektierende Ober fläche mit einem Lichtreflexionsfaktor von <B>80</B> bis 8.5 Prozent aufweist.
Urn das Reflexionsvermögen einer Alu miniumfläche dauerhaft zu machen, hat man den Vorschlag gemacht, die vorbereitete Aluminiumfläche mit einem schützenden Überzug, beispielsweise mit einem Oxyd überzug oder einem durchsichtigen Firnis- oder Lacküberzug zu versehen. Es sind äl tere Verfahren nicht bekannt geworden, durch die die reflektierende Fläche mit Oxyd überzogen werden kann, ohne ihr Re flexionsvermögen erheblich herabzusetzen, offenbar aus dem Grunde, weil der erhaltene Oxydüberzug trübe und durchscheinend ist.
Es hat sich gezeigt, dass die Verunreinigun gen, die in der Regel auf einer Aluminium fläche, im besonderen auf einer mechanisch polierten Aluminiumfläche vorhanden sind, zum grossen Teile anscheinend die Ursache von trüben und durchscheinenden Überzügen sind.
Es hat sich ferner gezeigt, dass solche Verunreinigungen oder Fremdkörper, die auf der Metallfläche vorhanden sein können, von dem Metall durch elektrolyI-tische Behand lung in gewissen Elektrolyten entfernt wer den können, und dass bei einem nach dem Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung erhaltenen Gegenstand mit einer im wesent- liehen aus reinem Aluminium bestehenden Oberflächenschicht, letztere noch anodisch oxydiert werden kann, ohne ihr Reflexions vermögen ernstlich zu beeinträchtigen.
Es können auch andere Arten von Schutzüber zügen auf die verbesserten, durch das Ver fahren gemäss der Erfindung erhaltenen re flektierenden Flächen aufgetragen werden, beispielsweise helle, durchsichtige Überzüge, wie Lack oder Firnis.
Bei der praktischen Ausführung des Ver fahrens gemäss der Erfindung wird der Alu miniumgegenstand beispielsweise in einem ein Salz der Borfluorwasserstoffsäure enthal tenden Elektrolyten elektrolytisch behandelt. Diesem Verfahren kann gegebenenfalls je nach dem Oberflächenzustand des Metalles ein besonderes Reinigungsverfahren voran gehen, um etwaigen Oberflächenschmutz und <B>Öl</B> oder Fett zu entfernen, das auf der Me tallfläche infolge der vorangehenden Polier- oder sonstigen Bearbeitung vorhanden sein mag, die ursprünglich zur Herstellung der reflektierenden Fläche diente.
Jedes geeig nete Verfahren zur vorangehenden Reinigung kann verwendet werden, jedoch ist ein Reini gen mit einem Lösungsmittel oder einem das Metall nicht angreifenden chemischen Stoffe jeder andern Bearbeitung, die ein Reiben der Oberfläche mit sich bringt, vorzuziehen, da die ursprüngliche Oberfläche, wenn sie hoch poliert ist, durch Reiben verletzt werden könnte.
Die Metalloberfläche wird durch Behand lung in dem oben genannten Elektrolyten geglänzt und anscheinend mit einem dünnen durchsichtigen Überzug überzogen. Dieser Überzug bietet für die glänzende reflektie rende Oberfläche einigen Schutz gegen Un- ansehnlichwerden durch den Gebrauch oder durch atmosphärische Einflüsse. Man erhält demnach einen Gegenstand, der eine reine glänzende, mit einer dünnen schützenden Haut überzogene reflektierende Oberfläche hat, die als Reflektor brauchbar ist.
Der auf obige Weise behandelte Gegen stand mit der reflektierenden Fläche kann erneut elektrolytisch behandelt werden, um durch anodische Oxydation einen zusätz lichen verhältnismässig dicken, dichten Oxyd überzug darauf zu bilden, der zum Schutz der reflektierenden Fläche dienen soll. Unter dem hier gebrauchten Ausdruck "Oxydüber- zug" sind die übereinstimmend in der Tech nik bezeichneten Überzüge gemeint, die zum wesentlichen Teile aus Aluminiumoxyd be stehen, und durch die anodische Oxydation von Aluminium in Elektrolyten wie zum Beispiel Schwefel-, Chrom- oder Oxalsäure erzeugt werden können.
Die oxydüberzogene, reflektierende Oberfläche kann hierauf einer Heisswasserbehandlung unterworfen werden, um den Schutzüberzug nicht absorbierend zu machen. Die so erzeugte, oxydüberzogene Oberfläche behält den durch das elektroly tische Glänzverfahren erteilten Glanz und ist im wesentlichen fest gegen dauernde Ver färbung und Anlauf infolge von Witterungs einflüssen und Gebrauch, oder falls sie wäh rend der Verwendung wieder gesäubert, bei spielsweise mit Seife und Wasser gewaschen wird.
Die Fleisswasserbehandlung ist indessen zur Erzeugung brauchbarer reflektierender Flächen nicht notwendig, und es können mit einem Oxydüberzug versehene, reflektierende Flächen ohne diese Behandlung erzeugt wei den.
Als Abschlussbehandlung, besonders im Falle der Anwendung der Reisswasserbehand- lung kann ein sehr leichtes Polieren mit Magnesia, Silberpolitur oder dergleichen er wünscht sein, und diese Polierbehandlung kann auf der oxydüberzogenen reflektieren- rIen Oberfläche vorteilhaft vorgenommen erden, ohne die glänzende reflektierende Oberfläche des Gegenstandes zu beeinträch tigen.
Es wird auf diese Weise ein Aluminium gegenstand hergestellt, der eine reine glän zende Oberfläche von hohem Reflexionsver mögen hat und mit einem harten, .durchsich tigen, nicht adsorbierenden Überzug versehen ist, der im wesentlichen aus in einem Stück mit der glänzenden Metalloberfläche gebil deten Aluminiumoxyd besteht und der glän zenden reflektierenden Oberfläche des Gegen standes Dauerhaftigkeit und Beständigkeit verleiht.
Wenn eine spiegelnde reflektierende Flä- ehe gewünscht wird. kann man etwa wie folgt vorgehen. Eine mechanisch polierte Aluminiumfläche wird zuerst einem voran gehenden Reinigungsverfahren unterworfen, um Oberflächenfett und Schmutz mittelst eines Lösungsmittels oder eines chemischen Reinigungsmittels, das dass Metall nicht schädlich angreift oder anfrisst, zu entfernen;
hierauf wird .der polierte Aluminiumgegen stand zur Elektrode in einer eine Lösung eines Salzes der Borfluorwasserstoffsäure enthaltenden elektrolytischen Zelle gemacht; hierauf wird er einem Sehutziiberzugsver- fahren unterworfen, in dem die jetzt elektro lytisch geglänzte reflektierende Aluminium fläche zur Anode in der Lösung eines Elek lrolyten gemacht wird, der auf der Ober fläche des Metallee einen verhältnismässig dicken und dichten Oxydüberzug bildet;
als dann wird er einer Behandlung in Wasser bei 80 bis 100 C unterworfen, um den Oxyd überzug nicht adsorbierend zu machen, und schliesslich wird er einer leichten Polierbear- beitung unterzogen, um jeden überflüssigen Niederschlag zu entfernen, der auf der re flektierenden Oberfläche infolge eines der vorangehenden Prozesse entstanden sein mag. Wenn eine diffus reflektierende Fläche ge wünscht wird, kann man in der gleichen Weise vorgehen wie oben beschrieben wurde, nur wird das Metall geätzt oder mechanisch geschliffen, um die diffuse Oberfläche an Stelle der mechanisch polierten vor den oben genannten Behandlungen herzustellen, und das vorangehende Reinigungsverfahren zur Entfernung von Oberflächenfett und Schmutz kann in der Regel fortfallen.
Die elektrolytische Behandlung des Alu miniumgegenstandes in einer eine Lösung eines Salzes der Borfluorwasserstoffsäure als Elektrolyt enthaltenden Zelle kann ohne vor angehende Reinigung und ohne weitere Be handlung, um auf der reflektierenden Ober fläche einen dichten Oxydüberzug oder einen Schutzüberzug von irgendeiner andern Form zu erzeugen, durchgeführt werden. Auch kann die reflektierende Oberfläche elektroly tisch in der oben enannten Lösung und hierauf anodisch in" einer andern, zweck mässigen Lösung behandelt werden, um einen Oxydüberzug auf der Oberfläche herzustellen, ohne dass eine Behandlung in heissem Wasser oder eine abschliessende Polierbearbeitung folgt.
Die vorangehende Reinigung, die Be handlung, um den Oxydüberzug in heissem Wasser nicht adsorbierend zu machen und das abschliessende Polieren sind willkürliche Behandlungen, die nicht immer notwendig sind. um die Vorteile der Erfindung zu ver wirklichen.
Bei der erfindungsgemässen Behandlung der reflektierenden Oberfläche kann entweder Wechselstrom oder Gleichstrom verwendet werden. Gleichstrom ist jedoch vorzuziehen, da das Verfahren bei dieser Stromart leich ter überwacht werden kann. Bei Verwendung von Gleichstrom ist es zweckmässig, wenn der Aluminiumgegenstand zur Anode in der elektrolytischen Zelle gemacht wird. Gra phikkathoden können mit Vorteil benutzt werden. Ein befriedigendes Arbeiten erhält man in der Regel mit Gleichstrom bei einer Spannung von etwa 5 bis 25 Volt. Die ver wendete Spannung ist jedoch weitgehend von der Leitfähigkeit des Elektrolyten abhängig, und diese wird sich mit seiner Zusammen setzung, Konzentration und Temperatur än dern.
Es kann infolgedessen in manchen Fäl len erwünscht sein, Spannungen ausserhalb dieses Bereiches zu verwenden, und die gerin geren ,Spannungen werden bei Elektrolyten von hoher Leitfähigkeit und die höheren Spannungen bei solchen von niedriger Leit fähigkeit benutzt. Die erwünschten Arbeits temperaturen liegen in der Regel zwischen etwa 20 und 60 C, es kann aber auch vor teilhaft sein, Temperaturen ausserhalb dieses Bereiches bei Elektrolyten von ungewöhn lich hoher oder niedriger Aktivität zu ver wenden.
Es hat sieh gezeigt, dass zur Erzie lung der günstigsten Erfolge eine Strom dichte von etwa<B>0,0109</B> bis 0,086 Amp. je cm\ (10 bis 30 Amp. je Qualdratfuss oder 1,08 bis 8,6 Amp./dm@) Anodenfläche geeignet ist, wenn auch im wesentlichen irgend eine Stromdichte über etwa 0,324 Amp./dm' (3 Amp. je Quadratfuss) benutzt werden kann.
Die Behandlungszeit im erfindungsge mässen Elektrolyten richtet sich nach der Stromdichte und dem Betrage der gewünsch ten Glänzung. Eine Behandlung von 5 bis 15 Minuten wird im allgemeinen angemessene Resultate ergeben, es können aber längere oder kürzere Behandlungen benutzt werden. Wenn Wechselstrom benutzt wird, werden dieselben Arbeitsbedingungen hinsichtlich Spannung, Temperatur und Stromdichte be friedigende Erfolge liefern. Die Konzentra tion des Elektrolyten sollte jedoch im all gemeinen geringer als bei Gleichstrom sein. und die erforderliche Behandlungszeit, uni gleichwertige Erfolge zu erzielen, ist im all gemeinen etwas länger.
Der Elektrolyt zur Erzeugung einer glänzenden Aluminiumoberfläche kann her gestellt werden, indem man zum Beispiel Salze der Borfluorwasserstoffsäure, wie bei spielsweise das Ammoniumsalz, Bleisalz, usw. in Wasser löst. Es kann jedoch auch die freie Borfluorwasserstoffsäure verwendet werden.
Ein geeignetes Verfahren zur Her stellung -,eines für das erfindungsgemässe Verfahren geeigneten Elektrolyten, wenn zum Beispiel Salze der Borfluorwasserstoff- säure nicht unmittelbar zur Verfügung stehen, besteht darin, Fluorwasserstoffsäure und Borsäure zu mischen. Wenn der Elek trolyt auf diesem Wege hergestellt wird, sollten zwecks Erzielung günstigster Erfolge ,die betreffenden Säuren im Verbindungsver hältnis gemischt werden, wenn auch die Bor säure oder die Fluorwasserstoffsäure in mässigem Überschuss in dem Elektrolyt vor handen sein kann.
Wenn man nach dem Mischen der Säuren die Lösung einige Zeit stehen lässt, verhält sich die Lösung als Elek trolyt befriedigender. Bei der Herstellung des erfindungsgemässen Elektrolyten sind Verbindungen von verhältnismässig hoher Reinheit vorzuziehen. Die Anwesenheit von einigen Verunreinigungen in dem Elektro lyten verringert seine nützliche Lebensdauer und beeinträchtigt die Güte der erzielten Er gebnisse. Sulfate, die gewöhnliche Verun reinigungen in handelsüblicher Fluorwasser- stoffsäure sind, zeigen besonders diese Eigen schaft.
Man entfernt daher diese voTzugs- weise, wenn solche Säure zur Herstellung des Elektrolyten benutzt wird. Gewisse Verbin dungen können auch dem Elektrolyten in kleinen Mengen zugesetzt werden, ohne da durch die Wirkung der Borfluorwasserstoff- säure beim Glänzen der Metallfläche' nach teilig zu beeinflussen. Zum Beispiel kann eine kleine Menge eines Salzes wie Ammo- niumfluorid zugesetzt werden, um die Leit fähigkeit des Elektrolyten zu erhöhen.
Die Konzentration des Salzes der Bor fluorwasserstoffsäure in dem Elektrolyten wird sich mit dem benutzten Salz und in Ab hängigkeit von der benutzten Stromart än dern. Im allgemeinen ist die Konzentration einer bei Wechselstrom zu verwendenden Lö sung vorzugsweise beträchtlich geringer als die Konzentration einer Lösung des glei chen Salzes bei Benutzung von Gleichstrom.
Wenn ein Borfluorwasserstoffsäure enthal tender Elektrolyt bei Gleichstrom benutzt wird, werden gute Erfolge beispielsweise bei einer Konzentration von 2,5 Prozent dieser Säure erzielt, und ein Elektrolyt mit einem Gehalt von etwa 0,5 bis 5,0 Prozent Bor fluorwasserstoffsäure (HBF,) ist besonders vorteilhaft zur Behandlung von spiegelnd re- flektierenden Aluminiumflächen. Bei Wech selstrom gab ein Borfluorwasserstoffsäure- Elektrolyt, der etwa 0,8 Prozent HBF, ent hielt günstige Erfolge bei der Behandlung spiegelnd reflektierender Flächen.
Der Erfolg der Behandlung der reflektie renden Aluminiumfläche auf die oben be schriebene Art besteht darin, das Reflexions vermögen der Oberfläche zu verbessern und sie zu glänzen. Die Behandlung scheint eine gewisse Lösung der Aluminiumoberfläche mit sich zu bringen. Der Angriff der Ober fläche durch diese elektrochemische Behand lung ist jedoch so regelmässig, dass, wenn eine spiegelnde reflektierende Fläche behandelt wird, die Spiegelungsfähigkeit der Ober fläche nicht erheblich beeinträchtigt wird. Der hierzu verwendete Elektrolyt vermag ,jedoch die Aluminiumfläche chemisch direkt anzugreifen, wenn er ohne Einschaltung des elektrischen Stromes mit ihr in Berührung gehalten wird.
In diesem Falle ist der An griff jedoch nicht regelmässig. -Man sollte daher, besonders wenn spiegelnde Flächen behandelt werden, dafür sorgen, dass der Strom über die Dauer der Berührung der Aluminiumfläche mit dem Elektrolyten auf rechterhalten wird. Ferner ist die glänzende reflektierende Fläche, die durch die elektro chemische Behandlung erhalten wird, mit einer durchsichtigen Haut überzogen, .die ganz dünn und, nach den handelsüblichen Normalien beurteilt, ziemlich weich ist, aber einigen Schutz für die glänzende Metall fläche bietet.
Durch anodische Oxydation der Ober fläche in geeigneten bekannten Elektrolyten, wie zum Beispiel Oxalsäure oder Schwefel säure, kann ein harter schützender Oxy d überzug in einem Stück mit der reflektieren den Oberfläche bei einer nur geringen Ver ringerung des Reflexionsvermögens, und zwar von wesentlicher Dicke gebildet wer ,den.
Zu diesem Zwecke führt man die ano- dische Oxydationsreaktion vorzugsweise in Schwefelsäureelektrolyten aus, da die erhal tenen Überzüge im wesentlichen farblos, hell und durchsichtig sind, und dieses Ergebnis ist erwünscht, damit das Reflexionsvermö gen so wenig als möglich verringert wird. Es können auch andere, einen Oxydüberzug bildende Elektrolyten benutzt werden, die Bildung eines farbigen, wolkigen oder durch scheinenden Oxydüberzuges ist jedoch zu vermeiden.
An Stelle des harten. schützendem Oxydüberzuges können andere Arten von Schutzüberzügen auf die erhaltene Ober fläche aufgebracht werden, zum Beispiel helle Lacküberzüge. In diesem Falle wird zwar das Reflexionsvermögen etwas herab gesetzt, die überzogene Fläche wird jedoch, wenn der Stoff des Überzuges selbst hell ist, ein hohes Reflexionsvermögen haben und für viele Zwecke befriedigen.
Die Schaffung eines harten, haftenden, verhältnismässig dicken und dichten Oxyd überzuges auf der erzeugten reflektierenden Oberfläche ist indessen vorzuziehen, beson ders da es möglich ist, auf diese Weise auf die reflel,:#tierende Fläche einen Überzug auf zubringen, der vollständig schützt, ohne im wesentlichen das Reflexionsvermögen der er haltenen Oberfläche herabzusetzen und im wesentlichen gegen Unansehnlichwerden.durch den Gebrauch und äussere Einflüsse wider- standsfä,hig ist, da er leicht gewaschen oder in sonstiger Weise gereinigt werden kann, um seinen ursprünglichen Glanz wiederher zustellen.
Die Grösse der Verringerung des Reflexionsvermögens, die durch das Aufbrin gen der erwähnten Oxydüberzüge auf die vorbereitete reflektierende Oberfläche be wirkt wird, ändert sich mit der Dicke des Überzuges und mit der Reinheit der Alu miniumoberfläche selbst.
Bei reinen Alu- miniumflächen beispielsweise kann eine Oxy dation in einem siebenprozentigen Schwefel säureelektrolyten während etwa 15 bis 20 Mi nuten bei etwa 1,3 Amp./dm2 (i2 Amp. je Quadratfuss) Stromdichte durchgeführt; wer den, ohne das Reflexionsvermögen der Ober fläche mehr als wenige Prozente herabzu setzen, während bei einer weniger reinen Aluminiumoberfläche ihr Reflexionsvermö gen wesentlich herabgesetzt wird, wenn :die Oxydation länger als etwa 4 oder 5 Hinu- ten vor sich geht.
Daher wird der Grad des erfindungsgemäss erzielten Reflexionsvermö gens sich in Abhängigkeit von der zur An wendung gebrachten Behandlung und der Zu sammensetzung des behandelten Aluminiums ändern.
Bei einer hohen Reinheit des Aluminiums sind spiegelnd reflektierende Flächen mit einem Lichtreflexionsfaktor bis zur Höhe von 87 Prozent nach anodischer Behandlung der polierten Oberfläche in einem Borfluor- wasserstoffsäure enthaltenden Elektrolyten erzielt worden, aber diese Flächen sind na türlich nicht so dauerhaft wie es für viele Arten von Betrieben verlangt wird. Wenn jedoch die erzeugte, reflektierende Ober fläche durch nachfolgende Behandlung in einer Oxydüberzüge bildenden Lösung mit.
einem beträchtlichen Oxydüberzug versehen wird, so ist ein Lichtreflexionsfaktor in der Höhe von beispielsweise 85 % erzielt worden. Bei Aluminiumblech von handelsüblicher Reinheit können Flächen mit Lichtreflexions- faktoren von etwa 80 Prozent erzielt werden. Im allgemeinen ergeben Aluminiumlegierun gen bei einer Behandlung nach den Verfahren der Erfindung keine Reflexionsfaktoren die ser Grössenordnung. Das Verfahren der Er findung ist jedoch für viele Aluminium grundlegierungen verwendbar.
Bei der Mes sung des Lichtreflexionsfaktors an der durch das elektrolytische Glänzverfahren behandel ten Oberfläche wurde das Taylor-Reflekto- meter benutzt, das von A. H. Taylor des Na tional Bureau of Standards entworfen und in einem wissenschaftlichen Blatt des Bureau beschrieben ist. Die folgenden besonderen Beispiele ver anschaulichen deutlich die vorteilhaften, durch das Verfahren der Erfindung erzielten Ergebnisse.
Eine Lösung von Borfluorwasserstoff- säure wurde zuerst zubereitet, indem man 40 g Borsäure zu<B>100</B> g konzentrierter Fluor wasserstoffsäure zusetzte, die etwa 48 Pro zent HF enthielt, während die Lösung kalt gehalten wurde. Diese Menge an Borsäure ergibt einen Überschuss von etwa 7,5 Pro zent über die zur Verbindung mit der gesam ten Fluorwasserstoffsäure erforderliche. Die erhaltene Lösung enthielt etwa<B>37,7</B> Prozent Borfluorwasserstoffsäure und einen geringen Überschuss an Borsäure.
Der Glänzelektrolyt wurde hierauf hergestellt, indem man etwa 15 cmsdieser Borfluorwasserstoffsäurelösung auf etwa 300 cm' verdünnte und hierdurch einen Elektrolyten herstellte, der etwa 2,5 Prozent Borfluorivasserstoffsäure und eine Spur überschüssiger Borsäure enthielt. Eine Probe Aluminiumblech von hoher Rein heit (99,85 Prozent Aluminium) wurde po liert und mit Azeton gereinigt, um Ober flächenfett zu entfernen. Der Reflexions faktor der polierten so erhaltenen Oberfläche war etwa 75 Prozent.
Das Aluminiumblech wurde hierauf zur Anode in einer elektro lytischen Zelle gemacht, in der .die oben be schriebene 2,5prozentige Lösung von Bor fluorwasserstoffsäure als Elektrolyt benutzt wurde. Eine Stromdichte von etwa \?,15 Amp./dm2 (20 Amp. je Quadratfuss) wurde bei einer Spannung von etwa 10 bis 12 Volt und bei einer Elektrolyttemperatur von etwa. 31 bis 33 C benutzt. Nach einer Behandlung während 5 Minuten wurde das Aluminiumblech entfernt und der Refle xionsfaktor seiner Oberfläche wiederum ge messen. Die Oberfläche hatte jetzt einen Re flexionsfaktor von 87 Prozent.
Die Probe wurde hierauf einer anodischen Oxydation in einem Elektrolyten mit einem Gehalt von 7 Gewichtsprozenten Schwefelsäure unter worfen, unter Benutzung einer Stromdichte von 1,3 Amp./dm2 (12 Amp. je Quadrätfuss) bei einer Spannung von 20 Volt und bei .einer Temperatur von 25 bis 26 C. Nach einer Be handlung während 10 Minuten wurde die Probe entfernt und in reinem Wasser 15 Mi nuten lang gekocht. Sie wurde hierauf mit einem mild schleifenden Poliermittel poliert und ihr Reflexionsfaktor erneut gemessen. Die endgültige Probe hatte einen Reflexions faktor von 85 Prozent.
Der Gegenstand konnte ohne dauerndes Anlaufen oder Ver färbung bequem gewaschen oder abgewischt werden, ohne Herabsetzung seines Refle xionsvermögens.
Eine ähnliche wie oben vorbehandelte Probe von Aluminiumblech von hoher Rein heit wurde zur Elektrode in einer elektro lytischen Zelle gemacht, die als Elektro lyten eine Borfluorwasserstoffsä.urelösung mit einem Gehalt von 0,8 Prozent HBF4 enthielt. Ein 60 periodischer Wechselstrom wurde die ser Zelle aufgedrückt, unter Benutzung einer Stromdichte von etwa 2,15 Amp./ dm-' (20 Amp. je Quadratfuss) bei einer Span nung von 8 bis 11 Volt und bei einer Tem peratur von 30 C. Nach einer derartigen Behandlung während 20 Minuten wurde das Aluminiumblech entfernt. Die Oberfläche hatte einen Reflexionsfaktor von etwa 85 Prozent.
Die Probe wurde hierauf einer anodischen Oxydation in einem Elektrolyten mit einem Gehalt von 7 Gewichtsprozenten Schwefelsäure unterworfen, unter Benutzung einer Stromdichte von 1,3 Amp./dm' (12 Amp. je Quadratfuss) bei einer Spannung von 20 Volt und einer Temperatur von ?? C.'. Nach einer Behandlung während etwa. 10 Mi nuten wurde die Probe entfernt und in rei nem Wasser 15 Minuten lang gekocht. Sie wurde hierauf mit einem mild schleifenden Poliermittel poliert und ihr Reflexionsfaktor gemessen. Die Probe hatte am Schluss einen Reflexionsfaktor von 83 Prozent.
Um die Vorteile zu veranschaulichen, die man durch die anodische Behandlung der re flektierenden Fläche in einem Borfluor- wasserstoffsäure enthaltenden Elektrolyten erhält, kann der Fall einer ähnlichen Probe angeführt werden, die genau der gleichen Be handlung wie der oben unter Verwendung von Gleichstrom beschriebenen unterworfen wurde, nur dass die Behandlung in dem Bor fluorwasserstoffsäure enthaltenden Elektro lyten weggelassen wurde. Die reflektierende Fläche dieses Musters hatte am Schlusse einen Reflexionsfaktor von nur 79 Prozent.
Process for increasing the light reflection coefficient of an object made of aluminum or its alloys, and an object obtained by this process. Nine invention relates to a method for increasing the light reflection factor of an object relating to aluminum or its alloys and an object obtained by this method.
The Gibstä.n.de mentioned here are so with: reflective surfaces, which are intended for the reflection of radiant energy of any kind, and in particular have lielrtreflectende surfaces that are suitable for diffuse or specular reflection of light.
In the manufacture of various aluminum products with reflective surfaces, the reflective surface is usually either created by zooming if the surface is intended, for example, to reflect light diffusely, or by mechanical polishing if a reflective surface is required. Such surfaces are subject to deterioration in their reflectivity during use and are difficult to maintain or restore to their original effectiveness.
The method according to the invention is characterized in that the reflective surface of the object is treated electrolytically in an electrolyte containing borofluoric acid or its salts.
An object that can be produced by the above method is characterized in that it has a clear, glossy, reflective surface with a light reflection factor of 80 to 8.5 percent.
Urn to make the reflectivity of an aluminum surface permanent, the proposal has been made to provide the prepared aluminum surface with a protective coating, for example with an oxide coating or a transparent varnish or lacquer coating. Older methods are not known through which the reflective surface can be coated with oxide without significantly reducing its re flexion ability, apparently for the reason that the oxide coating obtained is cloudy and translucent.
It has been shown that the impurities that are usually present on an aluminum surface, in particular on a mechanically polished aluminum surface, appear to be the cause of cloudy and translucent coatings for the most part.
It has also been shown that such impurities or foreign bodies that may be present on the metal surface can be removed from the metal by electrolytic treatment in certain electrolytes, and that in an object obtained by the method according to the present invention with a surface layer consisting essentially of pure aluminum, the latter can still be anodically oxidized without seriously impairing its ability to reflect.
Other types of protective coatings can also be applied to the improved reflective surfaces obtained by the method according to the invention, for example bright, transparent coatings such as lacquer or varnish.
In the practical implementation of the method according to the invention, the aluminum object is electrolytically treated, for example, in an electrolyte containing a salt of hydrofluoric acid. Depending on the surface condition of the metal, this process can be preceded by a special cleaning process in order to remove any surface dirt and <B> oil </B> or grease that may be present on the metal surface as a result of the preceding polishing or other processing, which was originally used to create the reflective surface.
Any suitable method for preliminary cleaning can be used, but cleaning with a solvent or a chemical that does not attack the metal is preferable to any other treatment that involves rubbing the surface, as the original surface, if high is polished, could be injured by rubbing.
The metal surface is polished by treatment in the above-mentioned electrolyte and apparently covered with a thin, transparent coating. For the glossy, reflective surface, this coating offers some protection against becoming unsightly through use or atmospheric influences. An article is thus obtained which has a pure glossy reflective surface coated with a thin protective skin, which can be used as a reflector.
The object treated in the above manner with the reflective surface can be electrolytically treated again in order to form an additional relatively thick, dense oxide coating by anodic oxidation, which is intended to protect the reflective surface. The term "oxide coating" as used here refers to the coatings identified in the tech nology, which are essentially made of aluminum oxide and produced by the anodic oxidation of aluminum in electrolytes such as sulfuric, chromic or oxalic acid can be.
The oxide-coated, reflective surface can then be subjected to a hot water treatment in order to make the protective coating non-absorbent. The oxide-coated surface produced in this way retains the shine given by the electrolytic gloss process and is essentially resistant to permanent discoloration and tarnishing as a result of weather conditions and use, or if it is cleaned again during use, washed with soap and water, for example becomes.
The fused water treatment, however, is not necessary to produce usable reflective surfaces, and reflective surfaces provided with an oxide coating can be produced without this treatment.
As a final treatment, especially in the case of using the crack water treatment, a very light polishing with magnesia, silver polish or the like may be desirable, and this polishing treatment can advantageously be carried out on the oxide-coated reflective surface without damaging the shiny reflective surface of the object affect.
In this way, an aluminum object is produced which has a pure glossy surface of high reflectivity and is provided with a hard, transparent, non-adsorbent coating, which is essentially made of aluminum oxide in one piece with the shiny metal surface and gives the shiny reflective surface of the object durability and resistance.
When a specular reflective surface is required. you can proceed as follows. A mechanically polished aluminum surface is first subjected to a preliminary cleaning process in order to remove surface grease and dirt by means of a solvent or a chemical cleaning agent that does not damage or eat away at the metal;
then .the polished aluminum object is made into an electrode in an electrolytic cell containing a solution of a salt of fluoroboric acid; He is then subjected to a protective coating process in which the now electrolytically polished reflective aluminum surface is made into the anode in the solution of an electrolyte which forms a relatively thick and dense oxide coating on the surface of the metal;
Then it is subjected to a treatment in water at 80 to 100 C in order to make the oxide coating non-adsorbent, and finally it is subjected to a light polishing operation to remove any superfluous precipitate that has formed on the reflective surface as a result of of the preceding processes may have arisen. If a diffusely reflective surface is desired, one can proceed in the same way as described above, only the metal is etched or mechanically ground to produce the diffuse surface instead of the mechanically polished one before the above treatments and the preceding cleaning procedure to remove surface grease and dirt can usually be omitted.
The electrolytic treatment of the aluminum object in a cell containing a solution of a salt of hydrofluoric acid as an electrolyte can be carried out without prior cleaning and without further treatment in order to produce a dense oxide coating or a protective coating of any other form on the reflective surface . The reflective surface can also be treated electrolytically in the above-mentioned solution and then anodically in "another, more appropriate solution in order to produce an oxide coating on the surface without a treatment in hot water or a final polishing process.
The preceding cleaning, the treatment to make the oxide coating in hot water non-adsorbing and the final polishing are arbitrary treatments that are not always necessary. to realize the advantages of the invention.
In the treatment of the reflective surface according to the invention, either alternating current or direct current can be used. Direct current is preferred, however, as the process can be more easily monitored with this type of current. When using direct current, it is useful if the aluminum object is made the anode in the electrolytic cell. Gra phikkathoden can be used with advantage. Satisfactory work is usually obtained with direct current at a voltage of about 5 to 25 volts. However, the voltage used is largely dependent on the conductivity of the electrolyte, and this will change with its composition, concentration and temperature.
As a result, it may be desirable in some cases to use voltages outside this range, and the lower voltages are used with electrolytes of high conductivity and the higher voltages with those of low conductivity. The desired working temperatures are usually between about 20 and 60 C, but it can also be advantageous to use temperatures outside this range for electrolytes of unusually high or low activity.
It has been shown that to achieve the best results, a current density of about <B> 0.0109 </B> to 0.086 amps. Per cm \ (10 to 30 amps. Per square foot or 1.08 to 8.6 Amp./dm@) anode area is suitable, although essentially any current density above about 0.324 amps./dm '(3 amps per square foot) can be used.
The treatment time in the electrolyte according to the invention depends on the current density and the amount of the desired gloss. A treatment of 5 to 15 minutes will generally give adequate results, but longer or shorter treatments can be used. If alternating current is used, the same working conditions in terms of voltage, temperature and current density will be satisfactory results. However, the concentration of the electrolyte should generally be lower than with direct current. and the treatment time required to achieve uni equivalent results is generally somewhat longer.
The electrolyte for producing a shiny aluminum surface can be prepared by dissolving, for example, salts of fluoroboric acid such as the ammonium salt, lead salt, etc. in water. However, the free borofluoric acid can also be used.
A suitable process for the preparation of an electrolyte suitable for the process according to the invention, for example if salts of hydrofluoric acid are not immediately available, is to mix hydrofluoric acid and boric acid. If the electrolyte is produced in this way, the acids in question should be mixed in the connection ratio in order to achieve the best results, even if the boric acid or hydrofluoric acid may be present in the electrolyte in moderate excess.
If the solution is left to stand for some time after the acids have been mixed, the solution behaves more satisfactorily as an electrolyte. In the preparation of the electrolyte according to the invention, compounds of relatively high purity are to be preferred. The presence of some impurities in the electrolyte reduces its useful life and affects the quality of the results obtained. Sulphates, which are common impurities in commercial hydrofluoric acid, show this property in particular.
It is therefore preferable to remove these when such acid is used to prepare the electrolyte. Certain compounds can also be added to the electrolyte in small amounts without adversely affecting the shine of the metal surface due to the action of the borofluoric acid. For example, a small amount of a salt such as ammonium fluoride can be added to increase the conductivity of the electrolyte.
The concentration of the hydrofluoric acid salt in the electrolyte will change with the salt used and the type of current used. In general, the concentration of a solution to be used with alternating current is preferably considerably less than the concentration of a solution of the same salt when using direct current.
If an electrolyte containing hydrofluoric acid is used with direct current, good results have been achieved, for example, at a concentration of 2.5 percent of this acid, and an electrolyte containing about 0.5 to 5.0 percent is boron hydrofluoric acid (HBF,) particularly advantageous for treating specularly reflective aluminum surfaces. With alternating current, a fluorofluoric acid electrolyte containing about 0.8 percent HBF gave beneficial results in the treatment of specularly reflective surfaces.
The success of treating the reflective aluminum surface in the manner described above is to improve the reflective ability of the surface and make it shine. The treatment seems to bring about some dissolution of the aluminum surface. The attack on the surface by this electrochemical treatment is so regular, however, that if a specular reflective surface is treated, the reflective ability of the surface is not significantly impaired. The electrolyte used for this purpose can, however, chemically attack the aluminum surface directly if it is kept in contact with it without switching on the electric current.
In this case, however, the attack is not regular. - You should therefore, especially when treating reflective surfaces, ensure that the current is maintained for as long as the aluminum surface is in contact with the electrolyte. Furthermore, the shiny reflective surface, which is obtained by the electrochemical treatment, is covered with a transparent skin, which is very thin and, judged according to the commercial standards, quite soft, but offers some protection for the shiny metal surface.
By anodic oxidation of the surface in suitable known electrolytes, such as oxalic acid or sulfuric acid, a hard protective oxide coating can be formed in one piece with the reflecting surface with only a slight reduction in the reflectivity, namely of substantial thickness ,the.
For this purpose, the anodic oxidation reaction is preferably carried out in sulfuric acid electrolytes, since the coatings obtained are essentially colorless, light and transparent, and this result is desired so that the reflectivity is reduced as little as possible. Other electrolytes that form an oxide coating can also be used, but the formation of a colored, cloudy or translucent oxide coating must be avoided.
Instead of the hard one. protective oxide coating, other types of protective coatings can be applied to the surface obtained, for example bright lacquer coatings. In this case, the reflectivity is reduced somewhat, but if the material of the coating itself is light, the coated area will have a high reflectivity and will be satisfactory for many purposes.
The creation of a hard, adhesive, relatively thick and dense oxide coating on the reflective surface produced is, however, preferable, especially since it is possible in this way to apply a coating to the reflective surface that provides complete protection without essentially reducing the reflectivity of the surface received and essentially being unsightly due to use and external influences, since it can be easily washed or otherwise cleaned in order to restore its original shine.
The magnitude of the reduction in reflectivity caused by the application of the oxide coatings mentioned on the prepared reflective surface changes with the thickness of the coating and with the purity of the aluminum surface itself.
In the case of pure aluminum surfaces, for example, oxidation can be carried out in a seven percent sulfuric acid electrolyte for about 15 to 20 minutes at a current density of about 1.3 amps / dm2 (i2 amps per square foot); without reducing the reflectivity of the surface by more than a few percent, while the reflectivity of a less pure aluminum surface is significantly reduced if: the oxidation takes longer than about 4 or 5 backsides.
Therefore, the degree of reflectivity achieved in accordance with the invention will vary depending on the treatment used and the composition of the treated aluminum.
If the aluminum is of high purity, specularly reflective surfaces with a light reflection factor of up to 87 percent have been achieved after anodic treatment of the polished surface in an electrolyte containing borofluoric acid, but these surfaces are of course not as durable as they are for many types of Operated is required. However, if the generated, reflective upper surface by subsequent treatment in an oxide coating-forming solution with.
a considerable oxide coating is provided, a light reflection factor of, for example, 85% has been achieved. With aluminum sheets of standard purity, surfaces with light reflection factors of around 80 percent can be achieved. In general, aluminum alloys do not give reflection factors of this order of magnitude when treated according to the method of the invention. However, the method of the invention can be used for many aluminum base alloys.
When measuring the light reflection factor on the surface treated by the electrolytic polishing process, the Taylor reflectometer was used, which is designed by A. H. Taylor of the National Bureau of Standards and described in a scientific paper of the Bureau. The following specific examples clearly illustrate the advantageous results achieved by the process of the invention.
A solution of hydrofluoric acid was first prepared by adding 40 grams of boric acid to 100 grams of concentrated hydrofluoric acid containing about 48 percent HF while keeping the solution cold. This amount of boric acid results in an excess of about 7.5 percent over that required to combine with the total hydrofluoric acid. The resulting solution contained about 37.7 percent hydrofluoric acid and a slight excess of boric acid.
The brightening electrolyte was then prepared by diluting about 15 cm of this hydrofluoric acid solution to about 300 cm and thereby preparing an electrolyte containing about 2.5 percent hydrofluoric acid and a trace of excess boric acid. A sample of high purity aluminum sheet (99.85 percent aluminum) was polished and cleaned with acetone to remove surface grease. The reflection factor of the polished surface thus obtained was about 75 percent.
The aluminum sheet was then made into an anode in an electrolytic cell in which the 2.5 percent solution of boron hydrofluoric acid described above was used as the electrolyte. A current density of about 15 amps / dm2 (20 amps per square foot) was found at a voltage of about 10 to 12 volts and an electrolyte temperature of about. 31 to 33 C used. After a treatment for 5 minutes, the aluminum sheet was removed and the reflection factor of its surface was measured again. The surface now had a reflection factor of 87 percent.
The sample was then subjected to anodic oxidation in an electrolyte containing 7 percent by weight sulfuric acid using a current density of 1.3 amps / dm2 (12 amps per square foot) at a voltage of 20 volts and at one temperature from 25 to 26 C. After treatment for 10 minutes, the sample was removed and boiled in pure water for 15 minutes. It was then polished with a mildly abrasive polishing agent and its reflection factor measured again. The final sample had a reflectance factor of 85 percent.
The article could be conveniently washed or wiped without permanent tarnishing or discoloration, without reducing its reflectance.
A sample of high purity aluminum sheet, similar to that pretreated above, was made the electrode in an electrolytic cell which contained, as an electrolyte, a borofluoric acid solution containing 0.8 percent HBF4. A 60 cycle alternating current was applied to this cell using a current density of about 2.15 amps / dm- '(20 amps per square foot) at a voltage of 8 to 11 volts and at a temperature of 30 C. After such treatment for 20 minutes, the aluminum sheet was removed. The surface had a reflection factor of about 85 percent.
The sample was then subjected to anodic oxidation in an electrolyte containing 7 percent by weight sulfuric acid using a current density of 1.3 amps / dm '(12 amps per square foot) at a voltage of 20 volts and a temperature of? ? C. '. After a treatment for about. 10 minutes the sample was removed and boiled in pure water for 15 minutes. It was then polished with a mildly abrasive polishing agent and its reflection factor measured. The sample finally had a reflection factor of 83 percent.
To illustrate the benefits of anodizing the reflective surface in an electrolyte containing borofluoric acid, the case of a similar sample can be cited which was subjected to exactly the same treatment as that described above using direct current except that the treatment in the electrolyte containing boron hydrofluoric acid was omitted. The reflective surface of this pattern had a reflection factor of only 79 percent in the end.