DD299596A7

DD299596A7 - Elektrolyt zur erzeugung schwarzer konversionsschichten auf leichtmetallen

Info

Publication number: DD299596A7
Application number: DD33100489A
Authority: DD
Inventors: Juergen Schmidt; Martin Heppner; Anja Hasse; Dorith Schmidt; Ullrich Bayer; Peter Kurze; Thomas Schwarz; Joachim Schreckenbach; Hans-Juergen Kletke; Annette Klaus
Original assignee: Jenoptik Carl Zeiss Jena Gmbh Werk Entw. Wiss.-Techn. Ausruestungen,De; Tu Chemnitz,De
Priority date: 1989-07-19
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1992-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen gesundheits- und umweltfreundlichen zyanidfreien Elektrolyt, der gleichzeitig die Erzeugung schwarzer Konversionsschichten auf Leichtmetallen, vorzugsweise Titan, mittels ANOF-Verfahren realisiert. Die erzeugte haftfeste Schicht ist voellig roentgenamorph und zeichnet sich durch ein nahezu gleiches optisches Absorptions- und thermisches Emissionsvermoegen aus. Das wird dadurch erreicht, dasz der Elektrolyt aus einer ammoniakalischen Loesung von Kaliumdihydrogenphosphat - KH2PO4; Kaliumchromat - KCrO4 besteht. Durch den Verzicht auf Fluoridionen und den Einsatz von Acetationen wird die Homogenitaet der optisch schwarzen Schicht gewaehrleistet. Die beschichteten Leichtgewichtswerkstoffe garantieren eine optimale Anwendung auch unter speziellen Einsatzbedingungen.{Konversionsschicht, schwarz; Elektrolyt, zyanidfrei; ANOF-Verfahren; Schicht, roentgenamorph; Verzicht; Fluoridionen-Acetationen; Einsatz; Homogenitaet; Titan; Einsatzbedingungen, speziell}

Description

PS	Werkstoffe	Farbe der Schicht
DD 257275	Al, Ti, Ta, Zr, Nb	weiß/transparent
		oderopakt/matt
DD 203079	Zr	kein Hinweis auf Farbe
DD 160749	Ta	kein Hinweis auf Farbe
DD 205458	Nb	kein Hinwels p.of Farbe
DD 142360	-AI₂O₃	kein Hinwels auf Farbe
DD 221762	Al	schwarz
DD 229163	Al	grau-schwarz

All diesen Beispielen ist zu eigen, daß sie Elektrolytlösungen verwenden, die insbesondere Fluoride als NaF oder NH«F, Dihydrogenphosphate als NaH₂PO₄, Tetraborate als Borax Na₂B₄O₇ und Chromate sowie Fremdzusätze enthalten. Die Patentschriften DD 89769, SU 197540, US 3928112 beschreiben die Möglichkeiten der Passivierung in wäßrigen bzw. nichtwäßrigen Medien. Nachteilig dabei ist, daß sie meist nur im Mehrstufenprozeß durchführbar ist und der Aufwand daher sehr hoch ist. in der PS-DD156003 wird ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Titanium und -Legierungen dargestellt. Hierbei wird die Möglichkeit der Einlagerung von nichtmetallischen (Karbide, Oxide) und metallischen Komponenten als Dispersionsschichten mittels fluoridhaltigen ANOF-Elektroiyten beschrieben. Diese Lösung zeichnet sich jedoch durch eine schlechte Löslichkeit der Komponenten im Elektrolyten und alle anderen Nachteile von Dispersionsschichten (inhomogenes Gefüge) aus. Die Möglichkeit der Schwarzfärbung wird nicht beschrieben. Die Patentschrift DD 236978 beschreibt solarselektive Absorberschichten, die aus dunkelgefärbten, chromdotierten Oxidschichten auf Ventilmetallen, wie Ti, Ta, Zr, Nb, Al bestehen. Diese werden mittels eines Elektrolyten, der ebenfalls Fluorid als NH₄F und NaF, Dihydrogenphosphat als NaH₂PO₄, Tetraborat als Borax Na₂B₄O₇ und Chromat als Na₂CrO₄ enthält, unter anodischer Oxidation unter Funkenentladung erzeugt. Hervorgerufen durch einen derart rauhen Oberflächenstruktureffekt, daß daraus Mehrfachreflektionen resultieren, so daß die einfallende Strahlung ihre Energie in Form von Wärme an die Absorberschicht abgibt und diese auf den Kollektorkörper übertragen wird, wird im Verhältnis zur optischen Absorption α eine sehr geringe thermische Emission ε erzielt. Damit entfällt eine optimale Anwendung unter den hler vorliegenden speziellen Einsatzbedingungen.

Die DD-PS 257 275 beschreibt dekorative Überzüge u. a. auf Titanwerkstoffen, die mittels ANOF-Verfahren und einem Elektrolyten, bestehend aus NaF, NaH₂PO₄, Na₂B₄O₇ und Kaliumhexacyanoferrat-IQ (Fe(CNI₆)) hergestellt werden. Diese Lösung birgt auf Grund des zyanidhaltigen Elektrolyten große Gefahren hinsichtlich Gesundheits- und Umweltschutz in sich und die schwarze Farbe wird lediglich durch den Einsatz des Hexacyanoferrats erzielt, was ähnlich dem schwarzen Eisen-Aluminium-Spinell ein Titan-Spinell bildet.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung liegt in der Bereitstellung eines kostengünstigen, schadstoffarmen Elektrolyten zur Erzeugung optisch schwarzer Schichten auf Lichtmetallen oder deren Legierungen, speziell Titan, wobei die mit ihnen beschichteten Werkstoffe eine optimale Anwendung unter speziellen Einsatzbedingungen gewährleisten.

-2- 299 596 Darlegung des Wesen· der Erfindung

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen fluorld- und zyanldfrelen Elektrolyten zu entwickeln, der gleichzeitig die Herstellung optisch schwarzer Schichten mit nahezu gleichem optischen Absorptions- und thermischen Emissionsvermögen realisiert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Elektrolyt zur Erzeugung schwarzer Konversionsschichten auf Leichtmetallen oder deren Legierung, vorzugsweise Titan, mittels anodischer Oxidation unter Funkenentladung dadurch gelöst, daß der Elektrolyt aus einer 2- bis 6-Vol.-%igen ammoniakalischen wäßrigen Lösung von 0,3 bis 0,6 mol/l Kaliumdihydrogenphosphat; 0,08 bis 0,3mol/l Kaliumchromat und Acetationen in Konzentrationen von 0,08 bis 0,Smol/f besteht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Lösung besteht darin, daß als Acetationen Kupferacetat verwendet wird. Die Vorteile der Lösung ergeben sich Im wesentlichen dadurch, daß ein Elektrolyt entwickelt wurde, der

- zyanidfrei und deher gesundheits· und umweltfreundlich ist

- durch den vollständigen Verzicht auf Fluorldionen und den Einsatz von Acetationen, die Homogenität der optisch schwarzen Schicht gewährleistet

- eine schwarze Konversionsschicht mit nahezu gleichen optischen Absorptions· und thermischen Emissionsvermögen iealisiert

- und damit eine optimale Anwendung auch unter speziellen Einsatzbedingungen garantiert.

AusfOhrungsbelsplele Beispiel 1

Ein in technischem Aceton entfettetes Objektivgehäuse aus einer Titanlegierung, hier speziell EMO Ti 110, wird in einem elektrolytischen Bad, bestehend aus einer 4,5-Vol.-%igen ammoniakalischen wäßrigen Lösung mit 0,5mol/l Kaliumdihydrogenphosphat- KH₂PO₄; 0,1 mol/l Kallumchromat-KjCfO«, und 0,35mol/l (CH₃COO)₂Cu als Anode geschaltet und bei einer Stromdichte von 0,045 A · cm'² unter Funkenentladung beschichtet.

Beispiel 2

Ein in technischem Aceton entfettetes Objektivgehäuse aus EMO Ti 110 wird mittels plasmachemischer anodischer Oxidation in einem Elektrolyten, bestehend aus einer 4,5-Vol.-%igen ammoniakalischen wäßrigen Lösung mit 0,3 mol/l KH₂PO₄; 0,08 mol/l K₂CrO₄ und 0,20mol/l Chromacetat- (CH₃COO)₂Cr, bei einer Stromdichte von 0.045A · cm"² beschichtet.

Beispiel 3

Ein in technischem Aceton entfettetes Objektivgehäuse aus EMO Ti 110 wird mittels anodischer Oxidation unter Funkenentladung in einem wäßrigen Elektrolyten, welcher aus einer 4,5-Vol.-%lgen ammoniakalischen Lösung mit 0,6mol/l KH₂PO₄; 0,3mol/l K₂CrO₄ und 0,5mol/l Cobaltacetat- (CH₃COO)₂Co besteht, bei elnor Stromdichte von 0.045A · cm"² beschichtet.

Man erhält in einem Einstufungsprozeß haftfeste, tiefschwarz gefärbte Konversionsschichten mit feinmattierten Oberflächenstrukturen und dadurch im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen von nahezu gleichem optischen Absorptions- und 'hermischen Emissionsvermögen. Die Schichten sind völlig röntgenamorph und zeigen ein Ideal optisches Isofropisches Verhalten bezüglich Reflexion der Strahlung; die Schichtdicken betragen größer 5μ. Durch den vollständigen Verzicht auf Fluoridionen und den Einsatz von Acetationen im Elektrolyten werden vollständig homogene optisch schwarze Schichten gewährleistet. Da ein zyanidfreier Elektrolyt eingesetzt wird, stellt diese Art der Beschichtung eine gesundheits- und umweltfreundliche Methode dar.

Claims

1. Elektrolyt zur Erzeugung schwarzer Konversionsschichten auf Leichtmetallen oder deren Legierungen, vorzugsweise Titan, mittels anodisoher Oxidation unter Funkenentladung, gekennzeichnet dadurch, daß der Elektrolyt aus einer 2- bis 6-Vol.-%igen ammonikalischen wäßrigen Lösung von 0,3 bis 0,6mol/l Kaliumdihydrogenphosphat; 0,08 bis 0,3mol/l Kaliumchromat und Acetationen in Konzentrationen von 0,08 bis 0,5mol/l besteht.

2. Elektrolyt nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Acetationen Kupferacetat verwendet werden.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Elektrolyte zur Erzeugung schwarzer feinmattierter Konversionsschichten als Funktionsflächen von Baugruppen aus leichtgewichtigpn Werkstoffen, speziell Titanwerkstuffen nach dem Verfahren der anodischen Oxidation unter Funkenentladung (ANOF). Diese Elekirolyte sind langzeitetabil und die mit Ihnen beschichteten Baugruppen gewährleisten eine optimale Anwendung auch unter speziellen Einsatzbedingungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik :

Aus der Fach- und Patentliteratur sind eine Anzahl Elektrolyte zur Erzeugung von Konversionsschichten mittels anodischer Oxidation unter Funkenentladung auf Leichtgewichtswerkstoffen, speziell auf Ventilmetallen wie Ti, Ta, Zr, Nb oder Al, bekannt. Es sei hler eine Auswahl solcher Beispiele nach der Art ihres eingesetzten Werkstoffes und der erzielten Farbe der Schicht aufgezeigt: