CH456292A - Verfahren zur Erzeugung von lichtechten, eigenfarbenen Oxidschichten auf Aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Erzeugung von lichtechten,     eigenfarbenen    Oxidschichten auf     Aluminiumlegierungen       Für viele     Verwendungszwecke    des Aluminiums und  seiner Legierungen werden     die    daraus hergestellten  Gegenstände     anodisch    oxydiert. Durch die     anodische     Oxydation, auch     Anodisieren    genannt, wird die auf  dem Aluminium vorhandene natürliche     Oxidhaut     künstlich verstärkt, womit eine Steigerung der chemi  schen Beständigkeit und wegen der hohen Härte der  künstlichen Oxidschicht auch eine Erhöhung des Ab  riebwiderstandes erzielt wird. Oft wird auf ein dekora  tives Aussehen Wert gelegt, so z.

   B. für Schmuckge  genstände und Zierbeschläge aller Art, aber auch für  Anwendung in der Architektur     und    im Fahrzeugbau.  



  Für die     Anodisierbehandlung    sind verschiedene  Oxydationsverfahren bekannt. Am meisten wird das       Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren        (GS-Verfahren)     angewandt, weil es das wirtschaftlichste ist. Die mit  dem     GS-Verfahren    erzeugten Oxidschichten sind auf  den meisten Aluminiumlegierungen farblos und durch  sichtig.  



  Werden farbige Oxidschichten gewünscht, so kann  man die     GS-Oxidschichten    mit organischen Farbstoffen  einfärben oder in den Mikroporen der     anodischen     Oxidschicht durch Hydrolyse oder doppelte Umsetzung  anorganische, wasserunlösliche Farbpigmente erzeugen.  Diese Färbeverfahren sind aber mit verschiedenen  Nachteilen behaftet. Sie erfordern eine oder mehrere  zusätzliche Arbeitsgänge und ausserdem eine sorgfäl  tige Einhaltung aller Arbeitsbedingungen, wenn     repro-          duzierbare    Farbtöne erzielt werden sollen.

   Ausserdem  muss bei gefärbten Oxidschichten, auch bei den soge  nannt lichtecht gefärbten, mit einem allmählichen Aus  bleichen oder mit Farbveränderungen gerechnet wer  den, wenn sie intensiver Sonnenbestrahlung ausgesetzt  sind.  



  Farbige Oxidschichten auf Aluminium lassen sich  auch durch blosses     Anodisieren    (ohne anschliessendes  Färben) in besonderen Elektrolyten und unter speziel  len Bedingungen erzeugen. So erhält man in einer wäs  serigen     Oxalsäurelösung    unter Anwendung von Wech  selstrom (nach dem     WX    Verfahren)     bronzefarbene       Oxidschichten auf Aluminium und solchen Aluminium  legierungen, die beim     Anodisieren    nach dem     GS-Ver-          fahren    farblos bleiben.

   In den meisten     Anodisieranstal-          ten    fehlen jedoch die notwendigen Installationen für  das     Anodisieren    in     Oxalsäure.    In neuerer Zeit sind  auch     Spezialanodisierverfahren    zur Erzeugung eigen  farbener Oxidschichten auf Aluminium entwickelt wor  den. Zur Ausführung dieser Spezialverfahren sind  jedoch sehr teure Elektrolyte und 3 bis 5 mal so hohe  Betriebsspannungen wie für das     GS-Verfahren    notwen  dig.  



  Es sind auch Legierungen bekannt, die beim     Ano-          disieren    in Schwefelsäure eine farbige Oxidschicht er  halten. So werden Aluminiumlegierungen mit 3 bis 5 0/0  Silizium hergestellt, auf denen beim     anodischen    Oxy  dieren in Schwefelsäure graue Oxidschichten entstehen.  Wenn in diesen Legierungen ein. Teil des Siliziums in  sehr     feindispers,er    Form vorhanden ist, entstehen beim       Anodisieren    Oxidschichten mit     gelbstichigen    Grautö  nen.

   Bekannt ist auch, dass bei Aluminiumlegierungen       mit        0,5-2        %        Kupfer        die        GS-Oxidschichten        schwach     gelb gefärbt sind, wobei die Farbintensität mit der       Oxidschichtdicke    zunimmt.

   Eine Steigerung der     Farb-          tiefe    durch Erhöhung des     Cu-Gehaltes    ist nicht mög  lich; im Gegenteil nimmt die Färbung der Oxidschicht       von        einem        Cu-Gehalt        von        etwa    2     %        an        sogar        ab        und          bleibt        bei    4     %        Cu        völlig        aus.     <RTI  

   ID="0001.0064">   Schliesslich        ist        eine        Legie-          rung    zur Erzeugung     eigenfarbener    Oxidschichten     emp-          fohlen        worden,        die        0,2        bis        0,

  5        %        Cr        enthält        und        deren          Gehalt        an        Eisen        und        Silizium        0,35        %        nicht        übersteigen     soll.

   Auf dieser Legierung entstehen wohl bei der     ano-          dischen    Oxydation in     Oxalsäure    goldgelb gefärbte  Oxidschichten, bei der Oxydation im Schwefelsäure  elektrolyten erhalten ihre Oxidschichten bei einer  üblichen Schichtdicke von     20,um    aber nur eine sehr  schwache Gelbfärbung, die mit steigendem Chromge  halt zwar an Intensität zunimmt.

   Letztere lässt sich  aber durch Erhöhung des Chromgehaltes nicht unbe  grenzt steigern, da Aluminium-Legierungen mit über       0,4        %        Chrom        bei        m        Abkühlen        der        Metallschmelze         während des Giessens zur Bildung von     Primärkristallen     aus     Chromaluminid    neigen, die sich beim     Strangpres,     sen und auch beim     Anodisieren    schädlich     auswirken.     Auch ist es nicht möglich,

   zur Farbvertiefung die  Oxidschicht durch Verlängerung der Oxydationsdauer  beliebig zu verstärken; weil dadurch die     Oxidüberzüge     lockerer     werden    und zum Kreiden neigen.  



  Es sind auch Aluminiumlegierungen bekannt, die  neben Kupfer unter anderem noch Chrom enthalten.  So wurde den vorwiegend im Flugzeugbau verwende  ten     AICuMg-Legierungen    schon Chrom bis zu 0,3 0/0       zulegieri.    Diese Legierungen bleiben nach dem     Anodi-          sieren    im     Schwefelsäureelektrolyten    aber farblos, da sie       mehr        als    2     %,

          meistens        etwa    4     %        Kupfer        enthalten.     Auch die     GS-Oxidschichten    von     AlMgSi-Legierungen          mit        0,3        %        Cu        und        0,3        %        Cr        sind        nur        sehr        schwach        gelb     gefärbt.

   Die hochfesten     AIZn:MgCu-Legierungen    ent  halten neben 1 bis 2 0/0 Kupfer zur     Verminderung    der  Anfälligkeit für Spannungskorrosion noch 0,2 bis       0,4        %        Chrom.        Auch        diese        Legierungen        erhalten        beim          Anodisieren    in Schwefelsäure nur schwach gelb ge  färbte Oxidschichten.

   Ebenso wie ein     Kupferüber-          schuss    in den     A1CuMg-Legierungen    wirkt in den       AIZnMgCu-Legierungen    der hohe Zinkgehalt abschwä  chend auf die Färbung der Oxidschicht.  



  Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf     ein     Verfahren zur Erzeugung von lichtechten,     eigenfarbe-          nen    Oxidschichten auf Aluminiumlegierungen durch       anodische    Oxydation mittels Gleichstrom     in    einem       Schwefelsäureelektrolyten.    Erfindungsgemäss werden       Aluminium-Legierungen        verwendet,        die        0,5        bis    2     %          Kupfer        und        0,

  2        bis        0,4        %        Chrom        enthaltenen        und        de-          ren        Zinkgehalt        unter    3     %,        vorzugsweise        unter    1     %,          vorzugsweise        unter        0,1%        liegt.        Es        wurde        gefunden,

       dass sich die Wirkungen des Kupfers und des Chroms  auf die Farbe der Aluminiumoxidschicht dadurch be  trächtlich verstärken lassen, dass die beiden, für sich  allein     eine    schwache Gelbfärbung verursachenden Ele  mente in einer Legierung vereinigt werden.  



  Die Intensität der Färbung steigt mit zunehmender  Schichtdicke, wie bei den Legierungen, die nur Kupfer  oder nur Chrom enthalten. Sie erreicht jedoch in  Legierungen, die beide Elemente enthalten, schon bei  den allgemein üblichen Dicken eine ansprechende  Tiefe, wie sie an den ersteren Legierungen mit den  praktisch zulässigen Schichtdicken nie erreicht wird.  



  Die     Goldgelbfärbung    einer     GS-Oxidschicht    von  einer bestimmten Dicke auf einer Legierung, die     bei-          spielsweise        1%        Kupfer        und        0,35        %        Chrom        enthält,        ist     bedeutend intensiver als die von doppelt so dicken       GS-Oxidschichten    auf den Legierungen mit je nur  einem dieser Legierungskomponenten in gleicher Kon  zentration.  



  Wenn man goldgelb gefärbte     GS-Schichten    auf  Legierungen mit höheren Festigkeitseigenschaften er  zielen will, so kann man     AI-Legierungen    benützen,     die     ausser Kupfer und Chrom in dem genannten Konzen  trationsbereich noch     festigkeitssteigernde    Legierungszu  sätze enthalten, wie z. B. Magnesium oder Magnesium  plus Silizium. Es besteht auch die Möglichkeit, Alumi  niumwerkstoffe     mit    höheren Festigkeitseigenschaften  aber farblosen Oxidschichten zu verwenden, und diese  mit einer für das erfindungsgemässe Verfahren geeig  neten     Legierung    zu     plattieren.     



  Für     Gegenstände,    die nach dem     Anodisieren    in  Schwefelsäure ausser der goldgelben Farbe noch einen  hohen Glanz aufweisen sollen, können die für das er-         findungsgemässe    Verfahren geeigneten Legierungen aus       Aluminium    höherer Reinheit hergestellt werden, um       den        Eisengehalt        der        Legierung        unter        0,2        %,        vorzugs-          weise        unter        0,

  03        %        zu        halten,        so        dass        die        Gegenstände     vor dem     Anodisieren    noch     in    bekannter Weise erfolg  reich chemisch oder elektrolytisch geglänzt werden       können.     



  <I>Beispiel 1</I>  Ein auf übliche Weise hergestelltes     Strangpresspro-          fil        aus        einer        AI-Legierung,        die        neben        0,5        %        Si        und          0,5        %        Mg        noch        0,9        %        Cu        und        0,

  35%        Cr        enthielt        und          deren        Fe-Gehalt        unter        0,2        %        und        deren        Zn-Gehalt        un-          ter    0,10/0 lagen, wurde ohne mechanische     Vorbehand-          lung    nach Entfetten mit     Trichloräthylen,

      2 Minuten       langem        Vorbeizen        in        kalter    6     %iger        Ammoniumbifluo-          ridlösung        und        Spülen        in        einem        15        bis        20        %igen        Schwe-          felsäurebad    bei 18  C während 30 Minuten mit einer  Stromdichte von 2     A/dm1        anodisiert    und nach 

  dem  Spülen zwecks Verdichtung der porösen Oxidschicht in  siedendem erstionisiertem Wasser nachbehandelt. Nach  dieser Behandlung zeigte die Oxidschicht des Profils  eine intensive     Goldgelbfärbung.       <I>Beispiel 2</I>  Aus einem plattierten Blech, dessen Kern aus einer       AlMg-Legierung        mit    1     %        Mg        und        weniger        als        0,05        0/0     Fe bestand und dessen     Aluminiumplattierschicht    als       Legierungszusätze        0,

  8        %        Cu        und        0,4        %        Cr        und        als     Verunreinigungen weniger als 0,10/0 Zn und weniger       als        0,03        %        Fe        enthielt,

          wurde        ein        geprägtes        Verzie-          rungsbeschläg        ausgestanzt.        Hierauf    wurde auf den er  habenen Stellen des Zierteiles die     Plattierschicht    durch  Schleifen     entfernt.        Anschliessend    wurde der Gegen  stand     in:

          einem        Phosphorsäure-Salpetersäure-Essigsäu-          re-Glänzbad        chemisch   RTI ID="0002.0229" WI="13" HE="4" LX="1518"LY="1477">  geglänzt    und     schliesslich        im          Schwefelsäureelektrolyt        mit    1,5     A/dm2    während 30  Minuten bei 18  C     anodisiert    und dann wie im Beispiel  1 nachbehandelt.

   Durch diese Behandlung hatte das  Stück eine glänzende,     12-15,um    dicke Oxidschicht  erhalten, die auf den erhabenen Stellen farblos durch  sichtig     war    und in den Vertiefungen einen warmen  Goldton aufwies.  



  Durch Verwendung einer     AI-Legierung    mit     Cu    und       Cr    als Kernmaterial in einem Verbundwerkstoff, des  sen     Plattierschicht    eine farblose Oxidschicht ergibt,  und Bearbeitung wie im Beispiel 2, kann auch ein  Muster mit dem Goldton an den erhabenen Stellen er  zeugt werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Erzeugung von lichtechten, eigenfar- benen Oxidschichten auf Aluminiumlegierungen durch anodische Oxydation mittels Gleichstrom in einem Schwefelsäureelektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass hierfür Aluminiumlegierungen verwendet werden, die 0,5 bis 2 % Kupfer und 0,2 bis 0,

   4 % Chrom ent- halten und deren Zinkgehalt unter 3 % liegt. UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kupfergehalt der verwendeten Legierungen 0,5-1,5 % beträgt. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der Kupfergehalt der verwendeten Legierungen 0,8-1,2 % beträgt. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinkgehalt der verwendeten Legierungen unter 10/0 liegt. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zinkgehalt der verwendeten Legierungen unter 0,10/0 liegt. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteran- sprächen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Legierungen ausserdem noch bis zu 211/o Magnesium enthalten. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Legierungen ausserdem noch bis zu 2% Magnesium enthalten. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteran- sprächen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Legierungen ausserdem noch bis zu 10/0 Silizium und <B>1</B> % Magnesium enthalten. B. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Legierungen ausserdem noch bis zu 10/0 Silizium und 1 % Magnesium enthalten. 9.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den verwendeten Legierungen der Eisengehalt unter 0,2 0/0 liegt. 10. Verfahren nach Patentanspruch und Unteran sprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den verwendeten Legierungen der Eisengehalt unter 0,03 0/0 liegt. 11. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die Gegenstände vor dem Anodisie- ren noch chemisch oder elektrolytisch geglänzt werden. 12. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die verwendete Legierung eine Komponente eines Verbundwerkstoffes ist.