DE1446002A1

DE1446002A1 - Verfahren zum Anodisieren und gegebenenfalls Faerben von Aluminium und Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE1446002A1
Application number: DE19601446002
Authority: DE
Inventors: Deal Bruce Elmer; Larry Swanson
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1958-04-14
Filing date: 1960-12-07
Publication date: 1969-01-16
Also published as: DE1446461A1; DE1446002C3; US3098018A; GB850576A; NL128732C; FR81995E; DE1446002B2; FR78842E; USRE25566E; CH394755A; NL257650A; CH432974A; DE1145888B; NL123241C; NL280383A; NL238065A; CH380483A; NL131370C; BE597275A; FR1221531A

Description

Kaiser Aluminum & Chemical Corporation, Kaiser Center 500 lakeside Drive, Oakland, Californien 94604 (\.St.A.)

Verfahren zum Anodisieren und gegebenenfalls Färben von Aluminaum und Aluminiumlegierungen

Ea ist bereite ein neues Elektrolyseverfahren zur elektrochemischen Oxydation vor; Aluminium und seinen Legierungen zur Herstellung von anodisieren gefärbten Sohützilbereligen vorge-Buhlagen worden, die ein Gefälliges Aussehen, eine sehr gute Lichtbeständigkeit und gleichzeitig eine sehr gute Abriebjaev stänrlißkoit aufweisen« Die nnodisierten Oberflächen brauchen keiner feBonderten Parbungsbehandlung unterworfen werden·

ITach dem älteren Verfahren werden Aluminium und seine Legierungen der anodischen Oxydation in einer wäßrigen Lösung unt.arwcr.fen, die im wesentlichen Sulfosalicylsäure, Schwefelsäure und bzwo oder ein Metallsulfat enthält. Das Aluminium kann aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten der

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gleichen oder verschiedener Aluminiumlegierungen bestehen, die miteinander verbunden sindo

Im allgemeinen bestehen die Elektrolytbäder im wesentlichen aus einer wäßrigen Lösung mit etwa 5 bis 15 ßew<>-# SuIfosalicylsäura sowie Schwefelsäure und bzw«, oder einem Metallaulfat in einer Menge, dia 0,1 bis 212 15 QeWo-flS Sohwefeleäure entspricht. Vorzugsweise wird Schwefelsäure verwendet. Die Anodisierung kann mit Gleichstrom oder einer Kombination von Gleich- und Wechselstrom durchgeführt werden. Die bevorzugten Bereiche betragen für Sulfosalicylsäura 7 bis 15 Gew.-# und fUr Metallsulfat oder Schwefelsäure O₈3 bis 4 Gew.-# der Schwefelaäure enteprsehenden Meng®«

Die vorliegend® Erfindung betrifft nun ein© ¥®5C% te sprung bei diesem Verfahren zur Herstellung glaiehaeitlg von gefärbtem, abriebfesten Oxydschtitsubsrstigan auf Aluminima auf elektrochemischem Weg©, wean man auf eina Einheitlichkeit und Wiederholbarkelt der Farbe dar überzug® "besonderen Wert lagt®

Erfindungsgemäß werden die Oxydec3tatatib®5?s%0 bsi Badtemperaturen von z. Bo +13 bis 30⁰C hergestellt, was einen Vorteil gegenüber dem bisherigen Verfahren darstallt, das bei tieferen Temperaturen, Z₀B. -18° bis -1⁰O arbeitet, wodurch teüra Kühlanlagen notwendig waren.

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Neue Unteflaejen mntjSAnAmrAJt

Weiterhin kann man je nach der Zusammensetzung und der Konzentration des verwendeten Elektrolyt« verschiedene Farbtöne herstellen. Diese Farben werden während dar Srseugung dee Oxydüberzuge im Elektrolytoad gebildet, und es werden kein· Farbstoffe bzw. Pigmente verwendet, Der Arbeltftewperaturbereloh von +13 bla 3O⁰CT ist bevorzugt,jedoch kann man towohl bei höheren als auoh bei niedrigeren Temperaturen arbeiten·

Je nach dem beim anodiaderten Gegenstand gewünschten Olanc oder der Fläohenhelle, d. h. den AusmaS &®t RUοSpiegelung, kann man das Metall verschiedenen Vorbehandlungen vor der Anodisierung unterwerfen. Wünscht mn H -^ftlsweiee hohen Glanz, so kann man dae Metall Polierbehandluiigen» £. B. auf meohanischem, ohernischom oder elektrochemlBchesi Weg· unterwerfen« Soll der Gegenstand ein mattes Äusefchen besltsen, so kann man das Metall einer geeigneten Xtsun&fi'behandlung unterwerfen. Beispiele fU? eine befriedigende Vorbehandlung und Anodisierung werden in folgenden gegeben» Die üblichen Spülungen mit Wasser nach den verschiedenen Arbeltevorgängen sind nicht eigene erwähnt.

1. Säuberung des Metalles mit Angriffβverzögerer enthaltendem alkallsoh reagierenden Reinigungsmittel, Ein Beispiel fUr ein derartiges Reinigungsmittel ist eine LOeung, dl· im Liter Wasser 40 g Natriumcarbonat, 20 g Trinatriue*-

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phosphat und 5 g Natriummetasilicat enthält. Sie Lösung kann bei einer Temperatur von etwa 71⁰C gehalten werden·

2a.Bei gewünschtem hohen Glanz dee Endproduktes wird das Metall beispielsweise nach dem im USA-Patent 2 719 761 beschriebenen Tauchverfahren behandelt _P ■ ·

boSoll das Endprodukt ein mattes Aussehen toesiteen, so wird das Material einer geeigneten Ätzbehandlung, e. B. durch Eintauchen in eine wäßrige Lösung, die 5 f> Natronlauge + 2 f Natriumfluorid enthält, bei etwa 71⁰O für 5 Minuten

ausgesetzt.
Spülen in 50 Vol.-jSiger Salpetersäure ο

Anodisierung für 1 bis 150 Minuten in eitlem Blektrolytbad, das im wesentlichen aus einer wäßrigen Lösung alt 5 bis 15 GeWo-# Sulfosalicylaäure und Schwefelsäure und bsswo oder Metallsulfaten in einer 0,3 "bis 4 Gew.-£ Schwefelsäure entsprechenden Men^t besteht, bei einer Temperatur von etwa +13° bis 30⁰C und einer Stromdichte Ton etwm 0,01 bis 0,11 A/om sowie bei einer Spannung von etwa 20 bis 120 Y. Eine gegebene Stromdichte wird am Anfang ausgewählt und annähernd eine Zeit lang konstant gehalten, bis die Spannung den vorbestimmten Höchstwert erreicht. Danach wird die restliche Zeit der anod lsi «read·« B*h*li0> ,,.

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lung bei der höchsten Spannung geführt, wobei die St ro Bestärke absinkt.

Gegenwärtig zieht man vor, bei einer Anfangestromdiohte la Bereich von 0,022 bis 0,033 A/cm zu anodisieren und Spannungen von etwa 25 bis 75 V anzuwenden· In bestimmten Fällen kann die Anodisierungsdauer langer als 150 Minuten betragen. Vorzugsweise arbeitet man bei einer Elektrolytbadtemperatur im Bereich von etwa 21 bis 30°0 und die Anodlelerungsdauer beträgt etwa 10 bis 60 Minuten.

Gegebenenfalls kann man die Oxydüberzüge einer üblichen Nachdiclitungsbehandlung unterziehen, z.B. durch Eintauchen für 10 bis 30 Minuten in 80 bis 100⁰O heißes Wasser, da«βinen pH-Wert von etwa 5 bis 6 aufweist ο

Die gegenwärtig bevorzugte abschließende Durohführungsform besteht in einem Eintauchen für 10 bis 25 Minuten In ein· wäßrige Lösung, die eine geringe M^nge eines Abdiohtungfmittels enthält, wie Sandoz Sandofix ALU, wobei dl· Löeung einen pH-Wert von etwa 5_t5 bis 6,0 besitzt und bei einer Temperatur von etwa 88 bis 100⁰C gehalten wird«

Als Lösungen eignen sich z. B. solche, die im Liter Wasser 5 g Nickelaoetat, 1 g Kobaltacetat, 5g Borsäure und 5 g entzückertes CaloiumlignOBulfonat oder 5 g Niokel*o«tat, 1 g

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Kobaltacetat, 8 g Borsäure und 1 g des Kondensation·produkte» von Naphthalinsulfonsäure mit Formaldehyd enthalten·

Zur Prüfung der überlegenen Eigenaohafton der erflndungegemäfi hergestellten Anodisierungsüberzüge wurden die nachstehende geschilderten Versuche durchgeführt·

Sie ausgezeichnete farbige Herstellung der erfindungegemäß hergestellten üxydüberzüge wurde an den Aluminiumlegierungen 1100, 3003, 5005, 5052, 5086, 5357, 6061 und 6063 geprüft, die folgende chemische Zusammensetzung, in # aufweisenο

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Die verwendeten Proben lagen in Porm von Bleehsn oder Strangpreßetücken vor. Die Bleche besaßen eine Größe von etwa 930 cm bis 1,21 χ 2,43 m. Die verwendeten StrangpreßstUoke verschiedener typischer Quersohnivtefornen waren bie eu etwa 3 m lang. Die Ergebnisse dieser Versuch· sind in Tabelle II zusammengestellt. In dieser Tabelle ist ditf Beetiohnung dor Legierung, die Farbe, die Arbeitsbedingungen, d, fa. die Anfanges tromdiohte. die durohsohnittliohe Zeit toi· au« Erreichen der maximalen Spannung * die Maximale Spannung und die geeaate

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Tabelle II

Legierung

Farbe

Anfangeatrora« Zeit bis zur Errei- Maxiaale Gesamte Anodidichte, A/cm chutig der maximalen Spannung, Bierungedauer, ■ Spannung, Min. Volt Min.

5005 plattiert Bit 5005 Blech	berneteingrau	0,026	20
5005 plattiert alt 5005 Blech	holskohlenbraun	0,026	35
^3003 plattiert ült 3003 Blech	taubengrau	0,026	10
3403. plattiert *& 3003 Blech**	holekohlengrau	0,026	20
5406 Blech	Bohwarz	0,026	25
9Ü Blech	grau	0,026	15
$0? Bleoh	hellbraun	0,086	20
S557 Bltoh	braun	0,026	30
ίΟβ3-Τ9 Stra&x-	bernetein	0,026	20

:- hellbraun

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Die In Tabelle II «usammengesteilten Verouohe wurden wie folgt durchgeführt!

Die P_robe wird durch Eintauchen für 5 Minuten unter Rühren in eine 40 g natriumcarbonat. 20 g Trinatriuiiphosphat und 5 g Hatulummetasilicat pro Liter enthaltende wäBrige Lösung gereinigt, die bei einer Temperatur von etwa 71⁰O gehalten wurde« Hierauf wurde mit kaltem Wasser gespült, dann in einer 5'^igen Natronlaugelöaung 5 Minuten bei 71⁰C geätzt, hierauf wird mit kaltem Wasser gespült, anschlieBend 2 Minuten lang bei Raumtemperatur in 50 Vol.-^ige Salpetersäurelö-3ung eingetaucht, erneut mit kaltem Wasser gespült und hierauf in einem Elektrolytbad anodisiert, dae 10 Gew.-# Sulfoaalicylsäure, 0,5 Gew.-$ Schwefelatome, den lest Wasser enthielte Das Ano&lsierungebad wurde bei einer Temperatur Ton 25⁰O gehalten» Sei jedem Versuch begann di© Modlsierung mit einer Sti'oadishte von 0,026 A/cm der eingetauchten Oberfläohe^und die Anodieierung wurde bei dieser Stromdichte Solang« fortgesetzt, bis die Zellenspannung die vorbestimmten, in der Tabelle II unter "maximaler Spannung" angegebenen Werte für. die Jeweilige Legierung und die Farbe ejqreioht·· Wenn diese vorbestiinmte "maximalo Spannung" erreicht war, wurde die Anodisierung bei dieser Spannung während der verbleibenden, im voraus gewählten Gesamtanodisierungszeit fortgesetst«, Während dieser verbleibenden Zwlsohenseit sank die Stroastärke« Im Anschluß an die Anodisierung wurde mit kalten

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Wasser geepult und in einer Lösung naohgedioatet, die la Liter Wasser 5 g Hiokelaoetat, 1 g Kobaltaoetat, 5 g Borsäure sowie 5 g entzückertes OaloiuBlignoeulfonat enthielt. Die Temperatur betrug hierbei 90,5⁰O, die laöhdiohtungedauer 15 Minuten für Überzüge, die bei 15 bie 30 Anodisierung. hergestellt wurden und 20 Minuten ftor die bei 30 bis 45 Minuten dauernder Anodlsierung ereeugt wurden« Der pH-Wert der lösung betrug 5,7« Aniohlieleftd wurden die Proben in 49° warmem Wasser gespult und ge-■ trocknet.

Die gefärbten Aluminiumproben der Erfindung leiohnen sieh durch einen dichten AnodlaierungsÜbereug aus· Beispielsweise besitzen die in Tabelle II angegebenen Alumiriiumproben einen Oxydtlbersug, der mindestens etwa 3#^ *«/«· (20 mg jt 6,45 om²) ^wiee^{t# Der} Ozydtibersug ist in allgemeinen mindesten· 0,0127 mm stark. Weiterhin selgten lusätellohe Proben, die der gleichen anodislerenden Behandlung unterworfen Wrdta, ▼on Probe eu Probe die gleich gute Reprodueierbarkeii und auch eine gute Farbgleiohhelt«

Unter dei? Ausdruok Aluminium fallen sowohl Rein-Alumlnium, Aluminium teohnisoher Reinheit als auch Die in den Ansprüchen genannten ^-Zahlen bedeuten Gew. zogen auf das gesamte Blektrolytbad♦

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Claims

'Patentangjptiche ■

) Verfahren' ear Erzeugung glsieMISig g^ gx?£ AluffiiaiuBgegenetäaden- durch aaoäisola® Oxydation einer wäiSiigen Löaimg, tiwlGhe @1e|3 - fiswaatieolid sulfonsäure, ein Blet&llsfcifai; lod/sder Sphwefslaäus?« ent« Miltj dadurch £ekenneelobnet_9>d&S als Sl^ktzO^y*.®ts® . ■

proseni;

S oliwef ölsäure in einer O₉ 3 ble 4 folsäure ehtspr@cfeenä©a SiQug© aatMit und "&®r

darin "foai einer B&dt®mperatm* ^«n 15 - 3Q⁰O

durch Anwendung oinar Stroadiehte im Bereich von O₃Ot him O₉11 A/am mit ©inesp Ms au. eiseia H^ehstwort anwachsenden Spannung diessa Hüehartwertea mit äiißi,^®!⁵^ einem s^sit^a foil der Be!asäöil^agf33Äi,t "MlJP B^slelttlSÄ gewünschten Fart©, Mck® uns Qufi34tät

wird ο . - . '" '■-·■ . .'■'".'Λ "

c. Verfahrea naoh Anepsuofe 1_S dafi\i?e!i 'gskes&seiohiiet; während des erstens feile i@r B^faesdlung di« annähernd konstant, vorzugsweise bei @lnsa Vert im

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3. Verfahren flach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekenn-

aelohaet, daß die Spannung während dee Verfahren* !■ , - Bereich Ton lingefBhr 25 - 75 Volt liegt· . '

4· Verfahren nach den Aneprtteaen 14 J₉ d&duroh fekene-Belohnet _f daß der Elektrolyt eui einer $g»sjtftratar ton 21 bie 3O°0 gehalten wird· » ^ f

i>. verfahren na*h den Anej«pUohea 1-4, dadwrfta. ggfctnft*». Belohnet, daß die Oeeamtselt der anodisahen Oxydation etwa 10-60 Minuten betrügt«

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