DD235081A1

DD235081A1 - Verfahren zur elektrolytischen herstellung von aluminiumoxidschichten auf aluminium oder aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DD235081A1
Application number: DD27367685A
Authority: DD
Inventors: Juergen Hackerott; Siegrun Haubold; Kurt Krell
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1985-03-01
Filing date: 1985-03-01
Publication date: 1986-04-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Aluminiumoxidschichten auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Ziel der Erfindung ist die Senkung des apparativen Aufwandes bei der Bildung von 0,04 bis 0,15 mm dicken Oxidschichten. Es soll eine Substanz gefunden werden, die als Elektrolytzusatz die lokale Rueckloesung des Aluminiumoxides verhindert und die anodische Oxydation bei Badtemperaturen 15C und Endzellspannungen 50 V ermoeglicht. Erfindungsgemaess wird der Elektrolytloesung 0,5 bis 10 g/l Kaliumhexacyanoferrat (II) zugesetzt und die Anodisierung bei einer Badtemperatur von 15 bis 35C, einer anodischen Stromdichte von 1 bis 10 A/dm2 und einer Zellspannung von 16 bis 50 V durchgefuehrt. Die erfindungsgemaess erzeugten Oxidschichten dienen dem Verschleissschutz, der Absorption elektromagnetischer Strahlung und dekorativen Zwecken.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von 0,04 bis 0,15mm dicken Aluminiumoxidschichten durch anodische Oxidation in schwefelsauren Elektrolytlösungen bei konstanter Stromdichte.

Derartige Schichten werden auf den Oberflächen von Werkstücken, Substraten und Gebrauchsgütern aus Aluminium und Aluminiumlegierungen zum Zwecke des Verschleißschutzes, der dekorativen Wirkung und zur Absorption von elektromagnetischer Strahlung abgeschieden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösung

Es ist seit langem bekannt, Gegenstände aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch anodische Oxidation mit einer Schutzschicht zu versehen.

Zur Erzeugung tiefgefärbter, harter und abriebfester Oxidschichten bis zu etwa 150^m Dicke und mehr sind eine Reihe von Hartanodisierverfahren unter Verwendung 1-20%iger schwefelsaurer Elektrolytlösungen bekanntgeworden, die entweder mit konstanter Stromdichte und ansteigender Spannung, mit konstanter Spannung oder mit stufenweiser Erhöhung der Stromdichte arbeiten

(Galvanotechnik 1972, S. 122-131).

Ein gemeinsamer Nachteil all dieser Verfahren ist die anzuwendende niedrige Arbeitstemperatur von -26°C bis +7⁰C sowie die hohe Endspannung im Bereich von 60 bis 550V bei Abbruch der Elektrolyse.

Diese Arbeitsbedingungen müssen eingehalten werden, um die Rücklösung der gebildeten Oxidschicht in der Schwefelsäure zu verhindern bzw. das Anwachsen der Schichtdicke auf den gewünschten Betrag zu ermöglichen. Sie erfordern aber den Aufbau spezieller Hartanodisieranlagen mit aufwendigen Kühlaggregaten und arbeitsschutztechnischen Maßnahmen wegen der hohen Gleichspannung. Bekannt ist es, dem Schwefelsäure-Elektrolyten Glycerin, Methanol, Zucker, Dextrin u.a. chemische Stoffe zuzusetzen, um die Rücklösung der gebildeten Schicht während der Elektrolyse herabzusetzen. Diesbezüglich sind die erwähnten Elektrolytzusätze jedoch nur von geringer Wirksamkeit. Ihre hauptsächliche Wirkung äußert sich in der Möglichkeit, bei erhöhter Elektrolyttemperatur und niedrigerer Endspannung höhere Schichtdicken abzuscheiden.

So ist es z. B. möglich, durch einen Zusatz von ca. 50g Glycerin pro Liter 10%iger Schwefelsäure die zur Erreichung einer Schichtdicke von 140μττι notwendige Endspannung von 80 auf 40 V herabzusetzen (Plating 1972, S. 643-644). Das Verfahren erlaubt jedoch nur bei besonders intensiver Elektrolytbewegung, die Temperatur auf 18°Czu erhöhen. Eine Erniedrigung der Elektrolyttemperatur führt aber zu kleineren Poren in der Schicht und damit zu einer mangelhaften Einfärbbarkeit der Schichten in Lösungen von organischen Farbstoffen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, den apparativen Aufwand bei der Erzeugung 0,04 bis 0,15 mm dicker, verschleißfester, farbiger und in wäßrigen Lösungen organischer Farbstoffe einfärbbarer Aluminiumoxidschichten auf Aluminium und Aluminiumlegierungen zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Substanz zu finden, die es bei Zugabe zum schwefelsauren Elektrolyten durch weitgehende Unterdrückung der lokalen Rücklösung des gebildeten Aluminiumoxids gestattet, bei der anodischen Abscheidung von Aluminiumoxidschichten der oben beschriebenen Qualität mit einer Badtemperatur der Elektrolytlösung von ^15°Cund einer Endzellspannung S 50 V zu arbeiten.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Aluminiumoxidschichten auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen, bei dem in einer wäßrigen schwefelsauren und mit chemischen Zusätzen versehenen Elektrolytlösung als Anode geschaltete Gegenstände aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bei konstanter Gleichstromdichte und unter Anstieg der ZeI!spannung zur Bildung dicker Oxidschichten an ihrer Oberfläche anodisch oxidiert werden, erfindungsgf-iäß dadurch gelöst, daß die schwefelsaure Elektrolytlösung mit 0,5 bis 10g Kaliumhexacyanoferrat (II) pro Liter Lösung versetzt wird und die anodische Oxidation bei einer T3i..peraturder Elektrolytlösung von 15 bis 35°C, einer anodischen Stromdichte von 1 bis 10 A/dm² und einer Zellspannung von 16 bis 50 V durchgeführt wird.

Die Ausbildung einer dicken Aluminiumoxidschicht bei anodischer Oxidation wird durch die von den Poren dieser Oxidschicht ausgehende Rücklösung des Aluminiumoxids in der Schwefelsäure begrenzt. Besonders schädlich wirkt sich die bisweilen an eng begrenzten Bezirken der Oberfläche einsetzende verstärkte Rücklösun ~ aus, die in der Regel den Abbruch der Elektrolyse erzwingt und vielfach die Zerstörung der zu beschichtenden Teile zur Folge hat.

Es stellte sich heraus, daß durch Zusatz von Kaliumhexacyanoferrat (II) zum schwefelsauren Elektrolyten eine Blockierung solcher Poren stattfindet, was wahrscheinlich auf eine teilweise Oxidation des Kaliumhexacyanoferrat (II) zu Kaliumhdxacyanoferrat (III) mit nachfolgendem Freiwerden von dreiwertigen Eisenionen, die ihrerseits mit überschüssigem Kaliumhexacyanoferrat (II) einen Niederschlag von schwer löslichem Berliner Blau in der Pore bilden, zurückzuführen ist. Diese Annahme wird durch die besonders bei erhöhten Elektrolyttemperaturen auftretende Blaufärbung der Schichten gestützt. Auf Grund dieser Tatsache ist es möglich, ohne die Gefahr der spontanen örtlichen Rücklösung der Aluminiumoxidschicht saugfähige, weiter einfärbbare, verschleißfeste, dicke Aluminiumoxidschichten auf Aluminium und Aluminiumlegierungen abzuscheiden.

-2- 736 76

Ausführungsbeispiele

Nachstehend soll die Erfindung anhand von vier Beispielen näher erläutert werden. Beispiel 1:

Ein Werkstück aus Aluminium, daß mit einer Strahlungsabsorbierenden, verschleißfesten Oxidschutzschicht versehen werdensoll, wird zunächst zwecks Reinigung und Entfettung der Oberfläche in bekannter Weise einer Vorbehandlung unterzogen, die die Arbeitsschritte

—'Beizen in 20%iger Natronlauge,

— Spülen,

— Beizen in 5%iger Flußsäure,

— Spülen,

— Beizen in 30%iger Salpetersäure,

— Spülen

umfaßt. Anschließend wird das Werkstück zur Durchführung der anodischen Oxidation in eine Elektrolytlösung getaucht, welche pro Liter Lösung 100g Schwefelsäure, 50g Glycerin und 5g Kaliumhexacyanoferrat (II) enthält.

Die Elektrolytlösung befindet sich beispielsweise in einem Aluminiumgefäß, das gleichzeitig als Katode dient und von außen durch fließendes Wasser gekühlt wird. Das Aluminiumwerkstück selbst wird als Anode geschaltet.

Die Anodisierung wird bei konstanter Gleichstromdichte von 6 A/dm² und ansteigender Zellspannung von 20 Volt Anfangsspannung auf 34 Volt Endspannung durchgeführt. Zur Gewährleistung einer konstanten Badtemperatur von 25°C wird die Elektrolytlösung während der Anodisierung außerdem durch Einleiten von Preßluft oder durch Rühren bewegt. Hierdurch wird auch eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Elektrolyten bewirkt. Nach einer Behandlungsdauer von einer Stunde ist die Werkstückoberfläche mit einer 40μΐη dicken, mittelblauen Oxidschicht bedeckt. Die Oxidschicht besitzt ein gutes Strahlungsabsorptionsvermögen und eine hohe Verschleißfestigkeit. Sie läßt sich in an sich bekannter Weise in einer wäßrigen Lösung eines organischen Aluminiumfarbstoffes einfärben.

Beispiel 2:

Ein ebenfalls aus Aluminium bestehender Gegenstand wird gemäß Beispiel 1 vorbehandelt und in einem glycerinfreien Elektrolytbad, bestehend aus 100g/l H₂SO₄ und 5g/l Kaliumhexacyanoferrat (II) an seiner Oberfläche anodisch oxidiert. Es wird jedoch mit einer Badtemperatur von 20°C und einer Stromdichte von 7 A/dm² gearbeitet.

Nach Istündiger Behandlungsdauer besitzt das Werkstück eine mittelblaue, abriebfeste, Strahlungsabsorbierende Oxidschicht von ebenfalls 40^m Dicke.

Beispiel 3:

Analog Beispiel 1 wird ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung, welches als bewegtes Bauteil in einem Gerät vorgesehen ist, nach entsprechender Vorbehandlung in einer aus 100g/l H₂SO₄ und 2,5g/l Kaliumhexacyanoferrat (II) bestehenden Elektrolytlösung an seiner Oberfläche anodisch oxidiert. Bei einer Badtemperatur von 35⁰C und einer Stromdichte von 7 A/dm² wird bei einer Behandlungsdauer von einer Stunde eine 70μΓη dicke, mittelblau gefärbte Oxidschicht gebildet, welche einen guten Verschleißschutz bietet.

Beispiel 4:

Ein Al-Werkstück wird gemäß Beispiel 1 vorbehandelt und in einer aus 100 g/l Schwefelsäure und 0,5 g/l Kaliumhexacyanoferrat (II) hergestellten Elektrolytlösung mit einer Temperatur von 20 bis 23⁰C bei einer Stromdichte von 6 A/dm²1,5 Stunden lang anodisiert. Es wird eine graublau gefärbte, verschleißfeste Oxidschicht in einer Dicke von 120μ,ιη abgeschieden.

Claims

-1- 736

Patentanspruch:

Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von Aluminiumoxidschichten auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen, bei dem in einer wäßrigen schwefelsauren und mit chemischen Zusätzen versehenen Elektrolytlösung als Anode geschaltete Gegenstände aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen bei konstanter anodischer Gleichstromdichte und unter Anstieg der Zellspannung zur Bildung dicker Oxidschichten an ihrer Oberfläche anodisch oxidiert werden, gekennzeichnet dadurch, daß die schwefelsaure Elektrolytlösung mit 0,5 bis 10g Kaliumhexacyanoferrat (II) pro Liter Lösung versetzt wird und die anodische Oxidation bei einer Temperatur der Elektrolytlösung von 15 bis 35°C, einer anodischen Stromdichte von 1 bis 10A/dm²und einer Zellspannung von 16 bis 50 V durchgeführt wird.