CH586757A5

CH586757A5 - Colouring aluminium or its alloys - by applying conversion layer and treating with alternating current in electrolyte contg. selenium dioxide or telluric acid

Info

Publication number: CH586757A5
Application number: CH1414473A
Authority: CH
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1973-10-03
Filing date: 1973-10-03
Publication date: 1977-04-15

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen einer korrosionsbeständigen, regelmässigen und guthaftenden Farbschicht, die für ein nachträgliches Auftragen eines Klarlackes gut geeignet ist, auf Gegenständen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

Es ist bekannt, dass anodische Aluminiumoxidschichten elektrolytisch gefärbt werden können. Dabei werden die Gegenstände in einem wässrigen Elektrolyten, der Metallsalze enthalten kann, mit Gleich- oder Wechselstrom behandelt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer regelmässigen Farbschicht auf Gegenständen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, welche korrosionsbeständig ist und gut haftet, wobei die Gegenstände nicht anodisch oxidiert worden sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf die zu färbende Oberfläche eine durch chemische Oxidation erhaltene Konversionsschicht aufgebracht wird, die in einem wässrigen Elektrolyten, der mindestens die Ionen einer Verbindung eines Elementes der Gruppe Vla des periodischen Systems enthält, mit Wechselstrom behandelt wird.

Eine Konversionsschicht besteht im einfachsten Fall aus Böhmit, welcher durch die oxidierende Einwirkung von kochendem Wasser oder Dampf auf die entfetteten Aluminiumgegenstände gebildet wird. Diese Böhmitschichten eignen sich jedoch im allgemeinen nur in beschränktem Ausmass für das vorgeschlagene elektrolytische Färbeverfahren; die Einlagerungen sind im Farbton unregelmässig und haften ausserdem nicht besonders gut.

Es ist deshalb vorteilhaft, Fremdionen in die durch chemische Oxidation erzeugten Konversionsschichten einzubauen.

Dies kann mit einem üblichen Verfahren geschehen, wie beispielsweise dem Chromatieren in alkalischem oder saurem Milieu und dem Phosphatieren. Die Konversionsschichten haben in der Regel eine Dicke von ungefähr 1 ,zum, sie sind farblos oder mehr oder weniger stark gefärbt und eignen sich vorzüglich zum erfindungsgemässen elektrolytischen Färben.

Die im wässrigen Färbebad gelöste Verbindung eines Elementes der Gruppe Vla besteht vorzugsweise aus Selendioxid oder Tellursäure, welche eine Konzentration von 5-80 g/l, insbesondere 25-50 g/l haben. Im weitern können noch 1-10 ml/l, vorzugsweise 1-5 ml/l HBF4 und/oder 1-20 g/l, vorzugsweise 5-15 g/l Cr03 zugegeben werden. Der pH des Bades liegt im sauren Bereich, insbesondere zwischen 1 und 5, er kann durch die Zugabe von Puffersubstanzen stabilisiert werden.

Das elektrolytische Färben mit Wechselstrom erfolgt bei Zimmertemperatur, mit einer Spannung von 5-50 V, vorzugsweise 7-20 V, bei einer Stromdichte von 0,5-5 A/dm2.

Der Farbton der elektrolytischen Schicht ist von mehreren Parametern abhängig, neben der chemischen Zusammensetzung des Elektrolyten spielen vor allem die Art der Konversionsschicht und der angelegte Wechselstrom eine Rolle.

Je nach dem gewünschten Farbton können die Spannung und/oder die Dichte des Wechselstromes entweder konstant gehalten oder variiert werden, insbesondere durch konti nuierliche oder stufenweise Steigerung der Spannung. Der angelegte Wechselstrom kann vom technischen Versorgungsnetz bezogen und unverändert transformiert werden; er kann aber auch modifiziert werden, indem er mit Gleichstrom über lagert oder in asymmetrischer Form erzeugt wird.

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich kratz und korrosionsfeste, gut haftende Farbschichten erzielen, deren
Spektrum von ocker über braunrot bis violett geht. Zur Erhöhung der Lebensdauer können gefärbte Aluminiumgegen stände mit einer Klarlackschicht versehen werden. Dies erlaubt eine bedeutende Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, weil pigmentierte Lacke viel teurer sind als klare.

Das Verfahren hat auch den Vorteil, dass es für alle chemisch oxidierbaren Aluminiumlegierungen angewendet werden kann. Es ist speziell zur Herstellung von Gegenständen, die in der Innenarchitektur verwendet werden, geeignet.

Beispiel I
Bleche aus einer Al-Legierung mit 1,8% Mg, 0,4% Fe,
0,4% Si, 0,1% Cr, 0,1% Mn, 0,05% Cu und 0,05% Ti werden vorerst entfettet, dann während 5 Min. in einer alkalischen
Lösung, die 5% Na2CO3 und 1,5% Na2CrO4 enthält, chromati siert. Nach dieser Vorbehandlung werden die Bleche in einen wässrigen Elektrolyten, in welchem 25 g/l SeO2, 10 g/l Cr03 und 5 ml/l HBF4 gelöst sind, getaucht. Die Behandlung im
Färbebad, das einen pH von 1-2 hat, dauert 5 Minuten; dabei wird ein Wechselstrom von 50 Hz angelegt. Die Spannung wird wie in der Tabelle I aufgeführt, von Blech zu Blech verändert, und die dabei resultierende Farbänderung untersucht, während alle andern Versuchsparameter unverändert bleiben.

Tabelle I Spannung (¯) Farbe
7 V orangebraun
9 V bräunlichrot
10 V bräunlichrot
15 V braunrot
20 V braunrot
Beim elektrolytischen Färben ist es also von Vorteil, mit konstanten Wechselstromspannungen zu arbeiten, sonst können bei nacheinander behandelten Al-Gegenständen merkliche Farbunterschiede entstehen.

Beispiel 2
Al-Bleche mit der gleichen Legierungszusammensetzung wie in Beispiel 1 werden in zwei gleiche Teile, A und B, getrennt. Die Teile A werden wie in Beispiel 1 vorbehandelt.

Die Teile B werden nur in einer alkalischen Soda-Phosphat lösung entfettet.

Zur elektrolytischen Färbung wird ein wässriges Bad,das
50 g/l H2TeO4 und 2,5 ml/l HBF4 enthält verwendet. Je 1
Muster A und B wird während 5 Min. in den Elektrolyten, der einen pH von 34 hat, getaucht und unter Wechselstrom gesetzt:
Tabelle II
Muster Spannung (X) Farbe
A 15 V violettschwarz
B 15 V hellgrauschwarz
A 20 V lilaschwarz
B 20 V hellgrauschwarz
Neben der Spannung hat also auch die Art der Konversions schicht einen Einfluss auf das Aussehen der Farbschicht.

Beispiel 3
Gegenstände aus einer Al-Legierung mit 1,5% Mg, 0,3 % Fe, 0,2% Si und 0,1% Mn werden unmittelbar nach der Entfettung mit einer 5 O/o Na2CO3-Lösung in ein wässriges
Färbebad, das 70 g/l SeO2, 5 ml/l HBF4, 10 g/l CrO3 und
5-10 g/l H3BO3 enthält, gehängt und während 5 Min. mit
Wechselstrom, der eine Stromdichte von 1 A/dm2 hat, behan delt. Beträgt die angelegte Spannung 15 V, so wird die Ober fläche orangebraun gefärbt, mit einer Spannung von 30 V wird sie braunocker.

Beispiel 4
Gegenstände mit der gleichen Legierungszusammensetzung wie in Beispiel 3 werden nach dem Entfetten mit einer alkalischen Chromatlösung vorbehandelt, dann in einen wässrigen Elektrolyten mit 15 g/l H2Te04 und 10 g/l Cr03 gehängt und ein Wechselstrom mit einer Spannung von 30 V und einer Stromdichte von 1 A/dm2 angelegt. Nach 5 Min. Behandlungsdauer sind die Schichten braunoliv.

Werden jedoch unter sonst gleichen Bedingungen zusätzlich 2,5 ml/l HBF4 zum Färbebad gegeben, so sind die erhaltenen Schichten lilagrau.

Beispiel 5
Gegenstände aus einer Al-Legierung mit der Zusammensetzung von Beispiel 3 werden nach der Entfettung nach einer der in Tabelle III beschriebenen Vorbehandlungen mit einer Konversionsschicht versehen und dann während 5 Min. in einem Elektrolyten, der 40 g/l SeO2, 10 g/l CrO3 und 5 ml/l HBF4 enthält, unter Verwendung eines Wechselstromes von 10V gefärbt.

Tabelle 111 zeigt den Einfluss des Vorbehandlungsbades, das zur Konversionsschicht führt, auf das Aussehen der gefärbten Schicht.

Tabelle 111 Zusammensetzung des Vorbehandlungsbades Aussehen der Schicht nach der
Einfärbung 150 g/l ZnS04 7H20 mennige bis lachs
10 g/l (NH4)2S208 312 g/l NH40H
40 Min.bei75 C 150 g/l CdS048/3H20 rotorange
10 gll (NH4)2S208 bis mennige 310 g/lNH40H
45 Min. bei 70" C
8,0 g/l CrO3,2,5 g/l HF (100%) bräunlichrot
3,2 gll TiCl3 bis lilarot
2 Min. bei 30 C
0,46 g/l CrO3,0,29 g/l K2ZrF6 orange bis
2 Min. bei 70" C helllachsfarben 10 g/l CrO3,2,5 g/l (NH4) F- HF
5 g/l K3Mn(CN)6
3 Min.

bei 20 C 10 gll Cr03, 1 gil (NH4)2S208 orange-braun
1 g/l(NH4)F.HF 30 sec. bei 22 C

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zum Aufbringen einer korrosionsbeständigen, regelmässigen und gut haftenden Farbschicht, die für ein nachträgliches Auftragen eines Klarlackes gut geeignet ist, auf Gegenstände aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass auf die zu färbende Oberfläche eine durch chemische Oxidation erhaltene Konversionsschicht aufgebracht wird, die in einem wässrigen Elektrolyten, der mindestens die Ionen einer Verbindung eines Elementes der Gruppe VIa des periodischen Systems enthält, mit Wechselstrom behandelt wird.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselstrom mit einer Dichte von 0,5-5 A/dm2 und einer Spannung von 5-50 V angelegt wird.

2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechselstrom mit einer Spannung von 7-20 V angelegt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt 5-80 g/l Selendioxid oder Tellursäure enthält und einen pH von 1-5 hat.

4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt 25-50 g/l Selendioxid oder Tellursäure enthält.

5. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zusätzlich 1-10 ml/l HBF4 enthält.

6. Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt 1-5 ml/l HBF4 enthält.

7. Verfahren nach Unteranspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zusätzlich 1-2g/l CrO3 enthält.

8. Verfahren nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt 5-15 g/l CrO3 enthält.

9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Fremdionen in die Konversionsschicht eingebaut werden.