CH507380A

CH507380A - Wässriges Bad zum Beschichten von Aluminium oder Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: CH507380A
Application number: CH1425267A
Authority: CH
Inventors: Harding Mcmullen Warren; Joseph Keating John; Walter Eppensteiner Frederick
Original assignee: M & T Chemicals Inc
Priority date: 1967-03-24
Filing date: 1967-10-12
Publication date: 1971-05-15
Also published as: ES346372A1; DE1621491A1; AT292407B; NL6715305A; IL28734A; GB1164726A; NO118587B; SE347027B; DE1621491B2

Description

Wässriges Bad zum Beschichten von Aluminium oder Aluminiumlegierungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein wässriges Bad zum Beschichten von Aluminium und Aluminiumlegierungen.

Es ist allgemein bekannt, dass Metalle, wie z.B.

Aluminium, bereits mit den verschiedensten Belägen beschichtet worden sind, welche den Zweck haben, die Oberfläche des Aluminiums während einer Berührung mit korrosiven Umgebungen zu schützen. Die Beläge (bei welchen es sich um Konversionsbeläge von Chromatbelägen handeln kann) sind für viele Zwecke zufriedenstellend. Jedoch war es bisher nicht möglich, auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen einen Belag herzustellen, der farblos und weitgehend durchsichtig ist. Insbesondere war es bisher nicht möglich, eine beschichtete Aluminiumoberfläche herzustellen, welche die Farbe und den Glanz des ursprünglichen Aluminiumgrundmetalls praktisch vollständig beibehält.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wässriges Bad zu schaffen, das zur Herstellung im wesentlichen farbloser Beläge auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen verwendet werden kann.

Das erfindungsgemässe Bad zur Beschichtung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen besteht im wesentlichen aus folgendem:
Komponente Menge gil bevorzugte
Menge g/l
Chromsäure CrO3 2-12 6 Phosphation P043- 0,6- 6 1,4 Fluondion F- 0,6- 8 2
Boration BO33- 0,5-50 2
Das Bad besitzt einen elektrometrischen pH von 0,8-1,6.

Die Chromsäure, die in dem erfindungsgemässen wässrigen Bad anwesend ist, kann entweder in reiner oder in handelsüblicher Form, die praktisch 100 /o Chromsäure CrO3 enthält, verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich als Rohmaterial ein Alkalime taildichromat, wie z. B. Natriumdichromat oder Kaliumdichromat, zu verwendeten. Diese werden unter den im Bad herrschenden pH-Bedingungen (wie weiter unten erläutert) in Chromsäure umgewandelt, so dass kein Dichromation im betriebsfertigen Bad vorhanden ist. Wenn Chromsäure durch Umwandlung von Dichromat im Bad hergestellt wird, dann wird es bevorzugt, Kaliumdichromat zu verwenden. Chromsäure wird vorzugsweise als solche, d. h. als CrO3, in Mengen von 2-12 g/l, vorzugsweise 6 g/l, verwendet.

Wenn Dichromat als Quelle für Chromsäure verwendet wird, dann werden äquivalente Mengen verwendet.

Das Phosphation, PO43¯ wird dem wässrigen Bad in einer ausreichenden Menge zugegeben, dass sich eine Konzentration von 0,6-6 g/l, vorzugsweise 1,4 g/l, ergibt. Das Phosphation kann in Form von Phosphorsäure, H3PO4, entweder in wasserfreier Form oder vorzugsweise in Form ihrer 85 0/obigen wässrigen Lösung zugeführt werden. Das Phosphation kann aber auch beispielsweise durch Verwendung von Mononatriumphosphat, Monokaliumphosphat, Dinatriumphosphat, Dikaliumphosphat, Diammoniumphosphat etc, zugeführt werden. Vorzugsweise wird das Phosphation in Form einer 850/oigen Phosphorsäure zugegeben, derart, dass 0,6-6 g/l, vorzugsweise 1,4 g/l, Phosphation, PQ43-, im wässirgen Bad vorliegen.

Das Fiuoridion F-, welches im erfindungsgemässen wässrigen Bad verwendet wird, kann beispielsweise in Form von Fluorwasserstoffsäure, HF, oder in Form von Alkalimetallfluoriden, wie z. B. Kaliumfluorid, KF, saurem Kaliumfluorid, KHF2, Natriumfluorid, NaF, saurem Natriumfluorid, NaHF2, oder Ammoni umfluorid, NE, zugegeben werden. Vorzugsweise wird das Fluorid als Kaliumfluorid KF zugegeben. Das Fluoridion F- soll im Bad in einer Menge von 0,68 g/l, vorzugsweise 2 g/l, vorliegen.

Dem erfindungsgemässen wässrigen Bad kann Borsäure, H3BO3, zugegeben werden. Andere Quellen für das Boration BO33-, welche die erforderliche Löslichkeit zur Erzeugung von Borationen haben, können ebenfalls verwendet werden. Typische andere Materialien sind die Phosphoborate, wie z. B. Natriumphosphoborat, Kaliumphosphoborat oder Ammoniumphosphoborat. Das Boration, BO33-, soll im Bad in einer Menge von 0,5-50 g/l, vorzugsweise 2g/l, anwesend sein. Die bevorzugte Quelle für Borat ist Borsäure.

Des Auflösen der genannten Komponenten im wässrigen Bad ergibt normalerweise einen elektrometrischen pH von 0,8-1,6, typischerweise 1,2. Gegebenenfalls kann der pH durch Zugabe von Säuren, wie z. B.

Salpetersäure oder Fluorwasserstoffsäure, oder durch Zugabe von Carbonaten, wie z. B. Natriumcarbonat, in diesem Bereich gehalten werden. Normalerweise ist es nicht nötig, den pH zu modifizieren, da gefunden ist, dass der pH gewöhnlich durch Auflösen der angegebenen Bestandteile im Wasser erreicht wird.

Es kann erwünscht sein, ein Gemisch herzustellen, welches zum Ansetzen eines erfindungsgemässen wässirigen Bads in Wasser gegeben wird (oder ein Konzentrat herzustellen, welches zur Herstellung eines erfindungsgemässen wässrigen Bads verdünnt wird). In typischer Weise enthält ein solches Gemisch das folgende, wobei alle Teile in Gewichtsteilen ausgedrückt sind:
Komponente Menge g/l bevorzugte
Menge g/l
Chromsäure CrO3 2-12 6
Phosphation PO43- 0,6-6 1,4
Fluoridion F- 0,6-8 2
Boration BO33- 0,5-50 2 wobei das Gemisch bei Einbringung in ein I.iter Wasser ein Bad mit einem elektrometrischen pH von 1,e1,6 bildet.

Das bevorzugte Gemisch, welches in ein wässriges Bad eingebracht werden kann, um ein für die Zwecke der Erfindung geeignetes Bad herzustellen, enthält folgendes:
Komponente Menge g/l bevorzugte
Menge gil
Chromsäure CrO3 2-12 6
Phosphorsäure H3PO4 0,62-6,2 1,5
AlkalimetallfLuorid KF1-12 3
Borsäure H5BO5 0,5-50 2 wobei das Bad einen elektrometrischen pH von 0,8-1,6, vorzugsweise 1,2, besitzt.

Das obige trockne Gemisch kann als nasses Konzentrat gehandhabt oder gelagert werden. Dieses Konzentrat wird durch Zusatz einer zur Auflösung der Bestandteile ausreichenden Menge Wasser hergestellt, Die Menge an Konzentrat, die dann zur Herstellung eines erfindungsgemässen Bads mit den gewünschten Konzentrationen der einzelnen Bestandteile mit Wasser verdünnt wird, wird dann in Gramm pro Liter (g/l) ausgedrückt.

Das Metall, welches im Bad gemäss der Erfindung behandelt werden kann, kann handelsübliches Aluminium mit einer Reinheit von nahezu 100 /o oder eine Aluminiumlegierung sein, in der Aluminium der Hauptbestandteil ist, d. h. eine Aluminiumlegierung, die mindestens ungefähr 40 O/o Aluminium und insbesondere 80-90 o/o Aluminium enthält. Metalle, wie z. B.

Stahl, die eine Aluminiumoberfläche aufweisen, die beispielsweise durch Verdampfungsabscheidung niedergeschlagen worden ist, können ebenfalls verwendet werden.

Typische Aluminiumlegierungen, die behandelt werden können, sind solche, die verschiedenee Anteile anderer Metalle enthalten, wie z.B. Kupfer, Chrom, Zink, Nickel, Magnesium, Silicium und Mangan. Eine typische Aluminiumlegierung ist beispielsweise die, die im Handel mit Aluminiumlegierung Nr. 1100 bezeichnet wird, welche 90 /o Aluminium enthält.

Eine weitere typische Aluminiumlegierung ist beispielsweise diejenige, die im Handel mit Aluminiumlegierung Nr. 5052 bezeichnet wird, und die folgende Zusammensetzung besitzt: Io
Aluminium 97,25
Magnesium 2,5
Chrom 0,25
Im folgenden seien noch einige weitere typische Aluminiumlegierungen angegeben:
Nr. 5080
Aluminium 94,05
Mangan 0,45
Magnesium 4,0
Silicium 0,4
Eisen 0,50
Kupfer 0,10
Chrom 0,25
Zink 0,25
Nr. 2024 %
Aluminium 92,05
Magnesium 1,5
Chrom 0,1
Kupfer 4,5
Eisen 0,5
Silicium 0,5
Mangan 0,6
Zink 0,25
Bei der Beschichtung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen werden diese vorzugsweise vorher gereinigt. Das Reinigen kann darin bestehen, dass man das Aluminiummetall oder die Aluminiumlegierung einer Dampfentfettung unterwirft, wobei typischerweise Trichloräthylen verwendet wird.

Das Metall oder die Metallegierung wird dann vorzugsweise weiter in einer wässrigen alkalischen Lösung behandelt, typischerweise durch Eintauchen in eine wässrigen Lösung mit einer Konzentration von 0,5-5 /o, beispielsweise 0,5 0/0 an Natriumhydroxyd, Natriumorthophosphat, Natriumcarbonat oder Gemischen daraus.

Vorzugsweise wird das auf diese Weise gereinigte Metall in Wasser mit einer Temperatur von 20-60 C, beispielsweise 600 C, 5 bis 20 Sekunden lang, beispielsweise 10 Sekunden lang, gespült, um im wesentlichen das gesamte Alkali zu entfernen.

Das auf diese Weise behandelte Aluminiummetall, welches in Form eines Bandes oder einer Platte oder vorzugsweise auch in Form eines endlosen Bandes vorliegen kann, kann dann in ein erfindungsgemässes wässriges Belagbad eingetaucht oder kontinuierlich hindurchgeführt werden. Das Aluminiummetall wird vorzugsweise 1-60 Sekunden, beispielsweise ungefähr 16 Sekunden, eingetaucht, währenddessen die Lösung auf einer Temperatur von annähernd 20-800 C, vorzugsweise 650 C, gehalten wird. Während des Eintauchens in das wässrige Bad, kann dieses gerührt werden.

Gegebenenfalls kann das Bad auf das Aluminiummetall auch aufgebürstet oder aufgespritzt werden.

Während der Berührung mit dem wässrigen Bad wird das Aluminium mit einem neuartigen Belag beschichtet, der in typischer Weise ein Belaggewicht von 40-200 mg/m2, beispielsweise 55 mg/m2, besitzt. Es ist eine Eigenheit, dass sich der erhaltene Belag durch das weitgehende Fehlen einer Farbe auszeichnet und normalerweise durchsichtig ist. In den meisten Fällen kann bei einer Betrachtung der Oberfläche des Aluminiums überhaupt kein Belag festgestellt werden. Es wird oftmals auch gefunden, dass der Glanz und die Farbe des Aluminium auch nach der Aufbringung des Belags unverändert vorhanden ist.

Vorzugsweise wird das so behandelte Aluminium mit Wasser von 20-400 C, beispielsweise 200 C, während 5-20 Sekunden, vorzugsweise 10 Sekunden, gespült, worauf sich eine Spülung mit heissem Wasser von 60-900 C, beispielsweise 800 C, während 5-20 Sekunden, beispielsweise 10 Sekunden, anschliesst. Die Spülung mit dem heissen und mit dem kalten Wasser kann durch Spritzen, Tauchen usw. erfolgen.

Es wurde gefunden, dass das mit dem neuen Belag versehene Aluminium sich durch eine hohe Beständigkeit in korrosiven Umgebungen auszeichnet. Ein weiterer Vorteil des Belags besteht darin, dass er eine hohe Haftung am Aluminiumgrundmetall besitzt. Bei einem Versuch, welcher die aussergewöhnliche Haftung des Belags zeigt, wird eine Aluminiumplatte der Nr. 1100 halbiert. Eine Hälfte der Platte wird gemäss der Erfindung mit einem Belag versehen. Die beiden Stücke werden dann 15 Minuten in siedendes Leitungswasser getaucht. Am Ende dieses Zeitraumes wird gefunden, dass der nicht gemäss der Erfindung beschichtete Teil schwarz ist. Im Gegensatz hierzu besitzt der mit dem neuen Belag versehene Teil seinen ursprünglichen Glanz und seine ursprüngliche Farbe.

Es ist ein Vorteil, dass das mit dem neuartigen Belag versehene Aluminium gegenüber siedenden Flüssigkeiten extrem beständig ist. Es ist ebenfalls eine vorteilhafte Eigenschaft der Beläge, dass darauf weitere Beläge einschliesslich Lacke abgeschieden werden können, die eine extrem gute Haftung zeigen, auch unter den extremsten Temperaturbedingungen usw.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert. Alle Teile sind in Gewicht ausgedrückt, sofern nichts anderes angegeben ist.

Beispiel 1
In diesem Beispiel wurde eine Standardplatte aus der Aluminiumlegierung Nr. 1100 mit den Abmessungen von 12,7 cm X 7,6 cm X 0,2 cm in einer 0,5 0/obigen wässrigen Lösung eines alkalischen Reinigungsmittels während 30 Minunte bei 800 C gereinigt. Die Platte wurde 10 Minuten in Wasser von 60 C gespült.

Die auf diese Weise gereinigte Platte wurde dann in ein wässriges Bad folgender Zusammensetzung eingetaucht:
Komponente gll
Chromsäure CrO3 6
Phosphorsäure H3PO4 (85 0/zig) 1,5
Kalinunfluorid KF 3
Borsäure H3BO3 2
Das Bad hatte einen pH von 1,2. Die Platte wurde bei einer Temperatur von 60 C 15 Sekunden lang unter mildem Rühren eingetaucht. Sie wurde herausgenommen und 10 Sekunden in kaltem Wasser von 20 C gespült und dann 10 Sekunden in heissem Wasser von 800 C gespült. Die entnommene und gewaschene Platte trug einen Belag, der farblos und durchsichtig war. Die Farbe und der Glanz der Platte waren praktisch die gleichen wie diejenigen des unbehandelten Aluminiums.

Die Platte wurde 15 Minuten in siedendes Leitungswasser gehalten. Sie behielt ihren Glanz vollständig bei.

Beispiel 2
Eine gleiche Platte, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wurde gesäubert und gespült aber nicht in das erfindungsgemässe wässrige Belagbad eingetaucht. Sie wurde hierauf 15 Minuten in siedendes Leitungswasser gehalten. Es wurde festgestellt, dass die Platte ein unerwünschtes schwarzes Aussehen erhielt.

Beispiel 3
Bei diesem Vergleichsbeispiel wurde eine Standarplatte in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 behan delt, mit dem Unterschied, dass das wässrige Belagbad keine Borsäure enthielt. Das Bad enthielt folgendes:
Komponente g/l
Chromsäure CrO3 6
Phosphorsäure H3PO4 (85 0/oil) 1,5
Kaliumfluorid KF 3
Es wurde gefunden, dass die behandelte Platte eine bläulichirisierende Farbe besass und nicht durchsichtig war. Dies ist unerwünscht.

Beispiel 4
In diesem Vergleichsbeispiel wurde eine Standardplatte in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 behandelt, mit dem Unterschied, dass das wässrige Belagbad die folgende Zusammensetzung besass:
Komponente g/l
Chromsäure CrO3 10
Phosphorsäure H3PO4 (75 /oig) 64
Natriumfluorid NaF 5
Es wurde festgestellt, dass die Platte glatt war aber keinen ungewöhnlichen Glanz aufwies. Die Farbe war grünlich-grau bis blass-grün. Dies war unerwünscht.

Beispiel 5
In diesem Beispiel wurde die Aluminiumlegierung 5052 verwendet. Das Verfahren wurde genau wie in Beispiel 1 ausgeführt, mit dem Unterschied, dass das wässrige Bad die folgende Zusammensetzung besass:
Komponente g/I
Kaliumdichromat K2Cr20, 9
Phosphorsäure H3PO4 (85 0/oil) 1,5 Kaliumfiuorid KF 3 BorsäureH3BO3 2
Es wurde gefunden, dass die behandelte Platte einen farblosen durchsichtigen Belag aufwies, Das Aussehen war im wesentlichen das gleiche wie das des unbehandelten Aluminiums, d. h. sie war glänzend und silbergrau. Sie behielt diese Eigenschaften bei, wenn sie 15 Minuten in siedendes Leitungswasser gehalten wurde.

Die weitere Aufbringung eines durchsichtigen organischen Belags auf das beschichtete Aluminium, erlaubt die Herstellung eines fest gebundenen und stark haftenden Belags, welcher gegenüber dem Angriff durch korrosive Umgebungen, wie sie beispielsweise in der Getränkeindustrie anzutreffen sind, hoch beständig ist.

Aus den Beispielen 1 und 5 geht hervor, dass es möglich ist, gemäss der Erfindung Aluminium mit einem farblosen durchsichtigen widerstandfähigen Belag herzustellen. Aus den Vergleichsbeispielen 3 und 4 geht hervor, dass keine farblosen und durchsichtigen Beläge erhalten werden können, wenn nicht gemäss den Lehren der Erfindung vorgegangen wird.

Claims

PATENTANSPRUCH

Wässriges Bad zur Beschichtung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bestandteile Chromsäure CrO3 2-12 Phosphation PO43¯ 0,66 Fluoridion F- 0,68 Boration BOs3- 0,5-50 enthält und einen elektrometrischen pH von 1,0-1,6 aufweist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Bad nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bestandteile g/l Chromsäure CrOs 2-12 Phosphation PO43¯ 0,6-6 Fiuoridion F- 0,6-8 Boration BO33- 2 enthält.

2. Bad nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bestandteile gil Chromsäure CrOs 6 Phosphation PO43¯ 1,4 Fluoridion F- 2 Boration BO33- 2 enthält.

3. Bad nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bestandteile g/l Chromsäure Cr03 2-12 Phosphorsäure HSPO4 0,62-6,2 Alkalimetallfluorid 2-12 Borsäure H3BO3 über 0,5-50 enthält.

4. Bad nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bestandteile g/l ChromsäureCrO8 2-12 Phosphorsäure H3PO4 0,62-6,2 Alkalimetallfluorid 2-12 Borsäure H3BO3 2 enthält.

5. Bad nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Bestandteile g/l Chromsäure CrO3 6 Phosphorsäure HSPO4 1,4 Alkalimetallfluorid 3 Borsäure H3BO3 2 enthält.