CH221939A - Process for the production of opaque, almost white and colorable layers on objects made of aluminum and aluminum alloys. - Google Patents

Process for the production of opaque, almost white and colorable layers on objects made of aluminum and aluminum alloys.

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CH221939A
CH221939A CH221939DA CH221939A CH 221939 A CH221939 A CH 221939A CH 221939D A CH221939D A CH 221939DA CH 221939 A CH221939 A CH 221939A
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Max Dr Schenk
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Max Dr Schenk
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation
    • C25D11/04Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/06Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used

Description

  

  Verfahren zur     Illerstellung    von     undurelisichtigen,    fast weissen und     färbbaren        Schiehten     auf     Gegenständen    aus Aluminium und     Aluminiumlegiertingen.       Es wurde bereits vorgeschlagen, auf Ge  genständen aus Aluminium und     Aluminium-          legierunge        #    undurchsichtige, nahezu weisse,       färbbare        Schutzschiellten    dadurch zu erzeu  gen,     dass    man die Gegenstände in einem       wässrigen    Elektrolyten, welcher mindestens  ein Titan-,

       Zirkon-    oder     Thoriumsalz    oder  ein Gemisch solcher Salze gelöst enthält, mit  Wechselstrom oder     anodisc'h    mit Gleichstrom  behandelt.  



  Bei derartigen Behandlungen entstehen  auf den Gegenständen     oxydische    Schichten,  die aus Aluminiumoxyd mit eingelagertem  weissem Pigment bestehen, wobei das Pig  ment<B>je</B> nach     Badzusammensetzung    ein Oxyd  oder     Hydroxyd    des Titans,     Zirkons    oder       Thoriums    sein kann.  



  Die Undurchsichtigkeit     bezw.        Opazität     der Schicht ist physikalisch dadurch be  dingt,     dass    zwischen den Brechungsexponen  ten dieser drei Metalloxyde     (Titandioxyd     n     ==        2,5-2,9,        Zirkoniumdioxyd    n<B>= 2,1</B> bis    2,2,     Thoriumdioxyd    n     =    2,2) einerseits und       denjenigen    des Aluminiumoxyds oder     Alumi-          niumoxyllydra,tes    (n<B>= 1,5-1,7)</B> anderseits  wesentliche Unterschiede bestehen.

   Die     An-          färbbarkeit    solcher Schichten     lässt        sieli    da  durch erklären,     dass    die Schicht einen fein  porigen     bezw.    kapillaren Aufbau besitzt, die  die     Farbstoffaufnahme    begünstigt.  



  Bei der praktischen     Betriebsdurchfüll-          rung    derartiger Verfahren wurde beobachtet,       dass    nicht immer Schichten entstehen, die  die     gewünseliten    wertvollen Eigenschaften in  vollem     Umfange        aufweis#en.    Insbesondere  stellte sich heraus,     dass    die     elektrolytischen     Bäder nach längerem Gebrauche trotz<B>üb-</B>  licher Instandhaltung nicht mehr sicher  arbeiten     bezw.    keine regelmässigen Ergeb  nisse mehr liefern.  



  Gegenstand der Erfindung ist ein Ver  fahren zur Herstellung von undurchsichti  gen, fast weissen und     färbbaren    Schichten  auf Gegenständen aus Aluminium und Alu-           miniumlegierungen    durch elektrolytische Be  handlung in Bädern, welche zur Bildung       oxydischer    Pigmente geeignete Salze enthal  ten, das dadurch gekennzeichnet ist,     dass    die  elektrolytische Behandlung in einem Bade  stattfindet, das ein     1)1,    von mindestens<B>0,8</B>  und höchstens 4,0 aufweist und das prak  tisch frei ist von Anionen solcher Säuren,

    die nach elektrolytischer Entladung in der  unmittelbaren Umgebung der Anode zu     pH-          Verschiebung    über die genannten Grenzen  hinaus     Anlass    geben. Das Verfahren kann  mit     titan-,        zirkon-    oder     thoriumsalzhaltigen          21     Bädern durchgeführt werden.  



  Aus diesem Verfahren     eraeben    sieh un  ter anderem folgende, auf die     Badzusam-          mensetzung        bezügliche    Bedingungen:  <B>1.</B> Die     Wasserstoffionenkonzentration    des  Bades darf im Gegensatz zu den bekannten  Bädern für die gewöhnliche     Anodisierung     (mit Schwefelsäure, Chromsäure,     Oxalsäure          ete.)        nieht    allzu gross und anderseits aber  auch nicht zu klein sein.

   Zur     Erreiehunc,    der  gewünschten Wirkung der     Opazität        bezw.     eines hierzu hinreichenden     Pigmenteill-          schlusses    ist es notwendig,     dass    das     pl,    des  Elektrolyten zwischen<B>0,8</B> und 4,0 liegt.  



  Bei stärker sauren Bädern (PH kleiner als  <B>0,8)</B> scheidet sieh kein     Titanium-,        Zirko-          nium-    oder     Thoriumoxyd    aus, das heisst die  Hydrolyse ihrer Salze in oder unmittelbar  auf der sieh bildenden     Oxydschicht    wird ge  hemmt.

   Bei weniger sauren Elektrolyten fin  det anderseits keine zweckmässige Film  bildung statt, entweder weil die     Wasser-          stoffionenkonzentration    zu schwach ist, um  die Poren durch teilweise Auflösung des neu  gebildeten Aluminiumoxyds offen halten  zu können, oder weil durch alkalische Reak  tion die Filmbildung überhaupt infolge voll  ständigen     Auflösens    des Aluminiumoxyds  verhindert wird.  



  2. Der Elektrolyt darf praktisch keine  Anionen solcher Säuren enthalten, die in       Sekundärreaktion    nach elektrolytischer Ent  ladung in der unmittelbaren Umgebung der       Al-Anode    zu starker     p,1-Versehiebung        An-          lass    -eben.

   Solche Säuren sind beispielsweise:  <B>e</B>         11alogenwasserstoffsäuren,        Halogensäuerstoff-          säuren,    Schwefelsäure,     Stickstoffsauerstoff-          säuren        ete.    Befindet sich nämlich beispiels  weise ein Nitrat in der Lösung, so kann  an der Anode das     Nitrat-Io"    entladen  und mit Wasser zu frei werdendem Sauer  stoff,     Wasserstoff-Ion    und     Nitrat-Ion    um  gesetzt werden.

   Dadurch wird, weil Salpeter  säure eine stark     dissozierende    Säure ist, in  der     Oxydschicht    oder unmittelbar in der  Berührungszone     Elektrolyt-Oxydschicht    in  folge der allmählichen Anreicherung an  Salpetersäure das     pl,    so stark erniedrigt,     dass     eine Hydrolyse der     Titanium-,        Zirkonium-          oder        Thoriumsalze    unter Umständen voll  ständig verhindert wird. Denn die Hydrolyse  der Salze dieser drei Elemente hängt nicht  nur von der Temperatur und der Konzentra  tion, sondern in erster Linie vom PH ihrer  Lösungen ab.  



  Als Säurekomponenten des Bades eignen  sieh am besten Chromsäure,     Oxalsäure,    Essig  säure,     Malonsäure,        Berns'teinsäure,    Borsäure  und deren Salze. Daneben kommen aber auch  für gewisse Zwecke, wie     Pufferung    und Ver  besserung der Leitfähigkeit, noch andere  Säuren, wie Phosphorsäure, Zitronensäure,  Milchsäure und andere sowie deren Salze in  Betracht.  



  Die Temperatur des Elektrolyten wird in  der Regel über 40<B>' C</B> gehalten, weil unter  halb dieser Temperatur wiederum die Hydro  lyse der in der Schicht niederzuschlagenden  Metalloxyde weitgehend gehemmt ist. Die  Spannung richtet sich nach der     Wasser-          stoffionenkonzentration,    der Zusammen  setzung und der Temperatur des Bades, der  jeweiligen Dicke der Schicht und nach der  zu behandelnden Leichtmetallegierung. Sie  wird normalerweise über 40 Volt betragen.  



  Die Aufrechterhaltung des erforderlichen  Grades der     Wasserstoff-Ionenkonzentration     während des Betriebes kann zum Beispiel  dadurch geschehen,     dass    man Chromsäure,       Chromtrioxyd    oder saure     Chromate    oder aber       organisehe    Säuren oder Salze solcher Säuren  zugibt.      Die     (#xegensinnde    können nach der gemäss  vorliegender Erfindung vorgenommenen     elek-          trolytisolien.    Behandlung, solange die Schicht  eine poröse oder kapillare Struktur aufweist,  durch Eintauchen in Farbflotten oder durch  doppelte Umsetzung     farbbildender    Körper  gefärbt werden.  



  Die Kapillaren und Poren können     naell     den üblichen Methoden, das heisst durch  echte     Quellung    oder durch Einlagerung  füllender Substanzen, verschlossen werden.



  Process for the production of non-transparent, almost white and dyeable layers on objects made of aluminum and aluminum alloys. It has already been proposed to produce opaque, almost white, colorable protective shields on objects made of aluminum and aluminum alloys by placing the objects in an aqueous electrolyte containing at least one titanium,

       Contains zirconium or thorium salt or a mixture of such salts in dissolved form, treated with alternating current or anodisc'h with direct current.



  With such treatments, oxidic layers are formed on the objects, which consist of aluminum oxide with embedded white pigment, the pigment depending on the bath composition being an oxide or hydroxide of titanium, zirconium or thorium.



  The opacity respectively. The opacity of the layer is physically caused by the fact that these three metal oxides (titanium dioxide n == 2.5-2.9, zirconium dioxide n <B> = 2.1 </B> to 2.2, thorium dioxide n = 2.2) on the one hand and those of aluminum oxide or aluminum oxyllydra, tes (n <B> = 1.5-1.7) </B> on the other hand, there are significant differences.

   The colorability of such layers can be explained by the fact that the layer is a finely porous or has a capillary structure, which favors the absorption of dye.



  During the practical implementation of such processes, it has been observed that layers do not always arise which fully exhibit the desired valuable properties. In particular, it turned out that the electrolytic baths no longer work safely and no longer work safely after prolonged use despite <B> normal </B> maintenance. no longer deliver regular results.



  The invention relates to a process for the production of opaque conditions, almost white and colorable layers on objects made of aluminum and aluminum alloys by electrolytic treatment in baths which contain salts suitable for the formation of oxidic pigments, which is characterized in that the electrolytic treatment takes place in a bath that has a 1) 1, of at least <B> 0.8 </B> and at most 4.0 and which is practically free of anions of such acids,

    which after electrolytic discharge give rise to a pH shift beyond the stated limits in the immediate vicinity of the anode. The procedure can be carried out with baths containing titanium, zirconium or thorium salts.



  From this process, you can see, among others, the following conditions relating to the bath composition: <B> 1. </B> In contrast to the known baths for normal anodizing (with sulfuric acid, chromic acid, oxalic acid, etc.), the hydrogen ion concentration of the bath may be used .) never be too big and on the other hand not too small either.

   To achieve the desired effect of opacity respectively. In order to achieve a sufficient pigment conclusion, it is necessary that the p1 of the electrolyte is between <B> 0.8 </B> and 4.0.



  In the case of more acidic baths (PH less than 0.8), no titanium, zirconium or thorium oxide is deposited, which means that the hydrolysis of their salts in or directly on the oxide layer that forms is inhibited .

   In the case of less acidic electrolytes, on the other hand, no suitable film formation takes place, either because the hydrogen ion concentration is too weak to keep the pores open by partially dissolving the newly formed aluminum oxide, or because the alkaline reaction causes the film to form completely Dissolution of the aluminum oxide is prevented.



  2. The electrolyte must practically not contain any anions of acids which, in a secondary reaction after electrolytic discharge in the immediate vicinity of the Al anode, give rise to a strong p.1 shift.

   Such acids are for example: <B> e </B> 11halohydroic acids, haloacid, sulfuric acid, nitrogenous oxygen, etc. If there is, for example, a nitrate in the solution, the nitrate Io "can be discharged at the anode and converted with water to form oxygen, hydrogen ions and nitrate ions.

   Because nitric acid is a strongly dissociating acid, the pl, in the oxide layer or directly in the contact zone between the electrolyte and oxide layer, as a result of the gradual accumulation of nitric acid, is so greatly reduced that hydrolysis of the titanium, zirconium or thorium salts may occur is completely prevented. The hydrolysis of the salts of these three elements depends not only on the temperature and the concentration, but primarily on the pH of their solutions.



  Chromic acid, oxalic acid, acetic acid, malonic acid, succinic acid, boric acid and their salts are best suited as acid components of the bath. In addition, other acids such as phosphoric acid, citric acid, lactic acid and others and their salts are also suitable for certain purposes, such as buffering and improving the conductivity.



  The temperature of the electrolyte is usually kept above 40 ° C because below this temperature the hydrolysis of the metal oxides to be deposited in the layer is largely inhibited. The voltage depends on the hydrogen ion concentration, the composition and temperature of the bath, the respective thickness of the layer and the light metal alloy to be treated. It will usually be over 40 volts.



  Maintaining the required level of hydrogen ion concentration during operation can be done, for example, by adding chromic acid, chromium trioxide or acidic chromates or else organic acids or salts of such acids. After the electrolytic treatment carried out in accordance with the present invention, the components can be colored by immersion in dye liquors or by double conversion of color-forming bodies, as long as the layer has a porous or capillary structure.



  The capillaries and pores can be closed using the usual methods, that is, by real swelling or by incorporating filling substances.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von undurch- sielitigen, fast weissen und färbbaren Schichten auf Gegenständen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen durch elektrolv.- tische Behandlung in Bädern, welche zur Bildung oxydischer Pigmente geeignete Salze enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytiselle Behandlung in einem Bade stattfindet, das ein p]l von mindestens<B>0,8</B> und höchstens 4,0 aufweist und das prak tisch. PATENT CLAIM: Process for the production of opaque, almost white and colorable layers on objects made of aluminum and aluminum alloys by electrolytic treatment in baths which contain salts suitable for the formation of oxidic pigments, characterized in that the electrolytic treatment takes place in a bath that has a p] l of at least <B> 0.8 </B> and at most 4.0 and that is practically. frei ist von Anionen solcher Säuren, die nacli elektrolytischer Entladung in der un mittelbaren Umgebung der Anode zu pl,- Verschiebung über die genannten Grenzen hinaus Anlass geben. UNTERANSPRüCHE: <B>1.</B> Verfahren nach Patentanspruc'h, da durch gekennzeichnet, dass in titansalzhalti- gen Bädern gearbeitet wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in zirkonsalzhalti- gen Bädern gearbeitet wird. is free of anions of acids which, after electrolytic discharge in the immediate vicinity of the anode, give rise to shifting beyond the limits mentioned. SUBSTANTIAL CLAIMS: <B> 1. </B> Process according to patent claim, characterized by the fact that baths containing titanium salt are used. 2. The method according to claim, characterized in that it is carried out in baths containing zirconium salts. <B>3.</B> Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in thoriumsalz- haltigen Bädern gearbeitet wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in Bädern ge arbeitet wird, die sechswertiges Chrom ent halten, wobei das p,1 der Bäder im Betrieb durch Zugabe von Chromsäure innert der ge nannten Grenzen gehalten wird. <B> 3. </B> Method according to patent claim, characterized in that baths containing thorium salt are used. 4. The method according to claim, characterized in that it works in baths that contain hexavalent chromium, the p, 1 of the baths being kept within the stated limits during operation by adding chromic acid. <B>5.</B> Verfahren nacli Patentansprueli, da durch gekennzeichnet, dass in Bädern ge arbeitet wird, die sechswertiges Chrom ent halten, wobei das pl, der Bäder im Betrieb durch Zugabe von Chromsäure bildenden Stoffen innert der genannten Grenzen ge halten wird. <B>6.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in freie Chromsäure enthaltendem Bade gearbeitet wird. <B>7.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch<B>5,</B> dadurch gekennzeichnet, dass in ehromsaures Salz enthaltendem Bade gearbeitet wird. <B> 5. </B> Process according to patent claims, characterized in that baths are used that contain hexavalent chromium, the pl, of the baths being kept within the stated limits during operation by adding chromic acid-forming substances becomes. <B> 6. </B> Method according to claim and dependent claim 4, characterized in that it is carried out in a bath containing free chromic acid. <B> 7. </B> Method according to patent claim and dependent claim <B> 5, </B> characterized in that it is carried out in a bath containing ore acid salt. <B>8.</B> Verfahren. nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in Bädern ge arbeitet wird, die organische Säure-Anionen enthalten, wobei das p,1 des Bades im Be trieb durch Zugabe von organischen Säuren innert der genannten Grenzen gehalten wird. <B>9.</B> Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in Bädern ge arbeitet wird, die organische Säure-Anionen enthalten, wobei das pH des Bades im Be trieb durch Zugabe von freie organische Säure bildenden Stoffen innert der genannt ten Grenzen gehalten wird. <B> 8. </B> Procedure. according to claim, characterized in that baths are used which contain organic acid anions, the p.1 of the bath being kept within the specified limits during operation by adding organic acids. <B> 9. </B> Method according to claim, characterized in that it works in baths that contain organic acid anions, the pH of the bath during operation by adding free organic acid-forming substances within the specified ten limits are kept. <B>10.</B> Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch<B>8,</B> dadurch gekennzeichnet, dass in freie organische Säure enthaltendem Bade gearbeitet wird. <B> 10. </B> Method according to claim and dependent claim <B> 8 </B>, characterized in that it is carried out in a bath containing free organic acid.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE202016006606U1 (en) * 2015-10-30 2017-03-10 Apple Inc. Anodic layers with improved features
US11131036B2 (en) 2013-09-27 2021-09-28 Apple Inc. Cosmetic anodic oxide coatings

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