DE2022619C3

DE2022619C3 - Verfahren zum elektrolytischen Färben anodischer Oxidschichten auf Aluminium und seinen Legierungen

Info

Publication number: DE2022619C3
Application number: DE19702022619
Authority: DE
Inventors: Jos Grenoble Patrie (Frankreich)
Original assignee: Cegedur Societe de Transformation de lAluminium Pechiney SA
Current assignee: Cegedur Societe de Transformation de lAluminium Pechiney SA
Priority date: 1969-05-09
Filing date: 1970-05-08
Publication date: 1974-08-08
Also published as: GB1301577A; NL7006681A; LU60874A1; SE350986B; ES379423A1; DE2022619A1; AU1475870A; BE750144A; DE2022619B2; FR2041635A5; CH500289A; JPS4932413B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen gefärbter Oxidschichten auf Werkstücken aus Aluminium oder seinen Legierungen.

Das Färben von anodisch erzeugten Oxidschichten auf Aluminium oder seinen Legierungen mittels Wechselstrom in sauren Metallsalzbädem ist bereits bekannt. Bei der Elektrolyse des Bades entstehen gefärbte Metalloxide oder -hydroxide, die in die Poren der Aluminiumoxidschicht eingelagert werden und deren Festigkeit erhöhen. Anschließend wird die gefärbte Oxidschicht in siedendem, destilliertem Wasser, das Zusätze wie Nickel- oder Kobaltacetat enthalten kann, nachverdichtet. Zwar werden mit Hilfe dieser Arbeitsweise recht einheitliche Farbtönungen erzeugt; der Bereich der Färbungen war jedoch zunächst eng und beschränkte sich auf rote bis schwarze und mehr oder weniger tiefe Bronzetöne. Nach dem einstufigen aus der britischen Patentschrift 1 022 927 bekannten Verfahren lassen sich außer rosa, roten, schwarzen oder bronzenen Farbtönen, die man allgemein auf in schwefelsaurem Bad anodisch oxydiertem Aluminium erhält, auch blaue, gelbe oder grüne Mischfarbentöne erzielen, wenn die anodische Oxydation in oxalsaurem oder phosphorsaurem Bad erfolgt oder wenn zum Färben der Oxidschicht ein Chromalaunbad oder ein Bad verwendet wird, das ein Alkalipermanganat, Alkaliselenit oder Alkalitellurid enthält. Die Werkstücke werden bei diesem bekannten Verfahren in einem Bad mit pH-Wert 1 bis 6,5 und einer Salzkonzentration bis 15 g/l, allgemein bei Raumtemperatur oder wenig darüber bis zu 10 Minuten lang behandelt; die Stromdichte beträgt 10 bis 25 A/m², die Spannung 5 bis 25 V. Die Mischfarbentöne sind jedoch nur sehr schwer reproduzierbar.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, neue Farbtöne auf Aluminiumoxidschichten zu erzeugen, die bisher nicht erreicht wurden und die hauptsächlich im Bereich von schokoladefarben bis braun liegen und für Dekorationszwecke geeignet sind.

ίο Ausgehend von einem Verfahren zum elcktrolytischen Färben anodischer Oxidschichten auf Aluminium und seinen Legierungen durch Behandeln der anodisch oxydierten Werkstücke in sauren Metallsalzlösungen mit pH-Wert I bis 5, enthaltend I bis 500 g/l Salz bei einer Temperatur von 18 bis 50 C mit Wechselstrom einer Stromdichte von 0,1 bis 5 A/ dm² (effektiven) und einer Spannung von 5 bis 80 V während 5 Sekunden bis 5 Minuten und Nachverdichten der gefärbten Oxidschichten in siedendem

so Wasser mit gegebenenfalls üblichen Zusätzen wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß man das Färben in mehreren Stufen durchführt und nacheinander verschiedene Metallsalzbäder verwendet. Es hat sich gezeigt, daß man unter diesen Bedingungen unerwartete Farbtöne erhält, die sich nicht durch einfache Überlagerung derjenigen Töne erklären lassen, die mit den Metallsalzlösungen einzeln erhalten worden wären. So erhält man beispielsweise mit aufeinanderfolgenden Bädern, von denen eines Kupfersalze und das andere Nickelsalze enthält, schokoladefarbene Töne, während Kupfersalzbäder alleine Töne von rosa bis dunkelrot und sogar bis schwarz ergeben, wenn die Elektrolyse ausreichend lang fortgeführt wird und mit Nickelsalzbädern mehr oder weniger tief bronzene Farbtöne erhalten werden.

Im allgemeinen wird das Resultat durch Verwendung von nur zwei aufeinanderfolgenden Bädern erhalten. Die im Vergleich mit den bisher durch elektrochemische Methoden erhältlichen neuartigen Farbtöne sind gegenüber Korrosion und UV-Strahlung in gleicher Weise beständig wie die bisher bekannten Farbtöne. Außerdem ist die Zeit für die beiden Färbestufen sehr kurz, selbst wenn man intensive Färbungen erhalten will.

Die erfindungsgemäße Behandlung ist auf Aluminium und seine Legierungen anwendbar. Die Oberflächen können so vorbehandelt werden, daß man eine matte oder eine glänzende Färbung erhält. So erhält man beispielsweise eine matte Oberfläche mit Hilfe eines Beizverfahrens, bei dem man das Werkstück 10 Minuten mit einer Lösung aus 50 g Soda je 1 bei 50ⁿC behandelt, worauf man mit laufendem Wasser spült und das Stück dann in Salpetersäure von 36° Be einbringt und wieder unter laufendem Wasser spült.

Das glänzende Aussehen läßt sich entweder durch mechanisches Polieren oder durch chemische oder elektrolytische Glänzbehandlung erreichen.

Die anodische Oxydation kann auf übliche Weise erfolgen, wobei man in Elektrolyten mit 50 bis 200 g/l Schwefelsäure, Chromsäure oder einer ähnlichen Säure arbeitet und entweder Gleich- oder Wechselstrom verwendet. Man erhält dann Überzüge, deren Dicke zwischen 1 und 50 μΐη liegt.

Die Oxidschichten werden durch aufeinanderfolgende Behandlung in Metallsalzlösungen gefärbt. Zur Erzeugung eines schokolade- oder kastanienfarbenen Tones verwendet man ein Kupfersalzbad und ein Nickelsalzbad. Ein violetter Farbton wird erhalten,

wenn man das Werkstück zunächst in einem Silbersalzbad und anschließend in einem Nickelsalzbad behandelt. Wird zunächst ein Silbersalzbad und anschließend ein Kupfersalzbad angewandt, so erhält man einen grünlichbraunen Farbton. Ein kastanienbrauner Farbton läßt sich erzeugen, indem das Werkstück in einem Kupfersalzbad und dann in einem Silbersalzbad behandelt wird.

Die Konzentrationen der Lösungen an Metallsalzen liegen zwischen 1 und 500 g/l, vorzugsweise zwischen 5 und 100 g/l; sie enthalten gewöhnlich eine verdünnte Säure (Schwefelsäure, Borsäure), so daß ihr pH-Wert zwischen 1 und 5 liegt.

Die Gegenelektroden der Bäder bestehen ,ius dem Metall des betreffenden Salzes (Kupfer, Nickel usw.) oder aus rostfreiem Stahl.

Die Behandlung wird mit Wechselstrom durchgeführt, und die Stromdichte kann zwischen 0,1 und 5 A/dm² variieren und liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 1 A/dm²; die Spannung liegt zwischen 5 und 80 V, vorzugsweise zwischen 7 und 30 V.

Die Temperatur der Elektrolyten kann zwischen 18 und 50 C liegen und wird meistens zwischen 18 und 25^cC gehalten; die Behandlungsdauer beträgt 5 see bis 5 min und liegt vorzugsweise zwischen 10 see und 2 min.

Die gefärbten Schichten werden 20 bis 45 min lang mit siedendem destilliertem Wasser, das Zusätze, wie Nickelacetat, enthalten kann, nachverdichtet.

Beispiel 1

Ein Blech aus A5-Aluminium mit einem Aluminiumgehalt von 99,5%, das eine satinierte Oberfläche aufwies und im Schwefelsäurebad mit 20μ anodisiert worden war, wird einer Wechselstrombehandlung unterworfen, und zwar zunächst bei 20"C unter einer Spannung von 9 V 15 see lang in einem Bad mit 20 g/l Kupfersulfat und 5 g/l Schwefelsäure und anschließend 2 min bei 30 C und 0,4 A/dm² in einem Bad mit 100 g/l Nickelsulfat, 30 g/l Ammoniumsulfat und 25 g/l Borsäure.

Nach 30 min langem Nachverdichten mit siedendem, destilliertem Wasser ist ein einheitlicher schokoladefarbener Ton erreicht, der gegenüber Korrosion und Ultraviolettstrahlen beständig ist.

Beispiel 2

Ein Blech aus A-G-0,6-Aluminiumlegierung mit einem Gehalt an 0,6% Magnesium, das elektrolytisch auf Glanz gebracht und mit 10 μ in einem Schwefel-Säurebad anodisiert worden war, wird eingefärbt, und zwar durch Wechselstrombehandlung in einem Bad mit 20 g/l Nickelsulfat, 15 g/l Ammoniumsulfat und 30 g/l Borsäure, wobei 30 see lang bei 27⁰C mit einer Stromdichte von 0,4 A/dm² gearbeitet wurde, worauf das Blech bei 22°C in einem Bad mit 15 g/l Kupfersulfat und 20 g/l Schwefelsäure 20 see unter 0,8 A/dm² gehalten wurde.

Nach 35 min langem Nachverdichten in siedendem, destilliertem Wasser mit 0,5 g/l Nickelacetat ist ein einheitlicher schokoladefarbener Ton erhalten, der gegenüber Korrosion und Ultraviolettstrahlen beständig ist.

Beispiel 3

Ein Profilstück aus A-GS-Aluminiumlegierung mit 0,5% Silicium und 0,5% Magnesium, das mechanisch poliert und in einem Schwefelsäurebad auf 15 μ anodisiert worden war, wird 10 see lang bei 25 °C mit Wechselstrom von 9 V in einem Bad behandelt, das 20 g/l Kupfersulfat und 20 g/l Schwefelsäure enthält, worauf es 2 min und 45 see bei 32"C mit 11 V in einem Bad behandelt wird, das 75 g/l Nickelsulfat, 10 g/l Ammoniumsulfat und 30 g/l Borsäure enthält.

Nach 40 min langem Nachverdichten in siedendem,

destilliertem Wasser erhält man einen einheitlichen, tiefkastanienbraunen Ton, der gegenüber Korrosion und Ultraviolettstrahlen beständig ist.

Beispiel 4

Ein Blech aus A5-Aluminium (99,5% Al) mit einem Satinglanz, das auf 12 μ anodisiert ist, wird durch Wechselstrombehandlung gefärbt, und zwar 30 see bei 20 C unter 8 V in einem Bad, das 0,15 g/l Silbersulfat und 5 g/l Schwefelsäure enthält und anschließend bei

30^cC 1 min unter 0,4 A/dm² in einem Bad, das 50 g/l Nickelsulfat, 20 g/l Ammoniumsulfat und 20 g/l Borsäure enthält.

Nach 30 min langem Nachverdichten mit siedendem, destilliertem Wasser erhält man einen einheitliehen violetten Ton, der gegenüber Korrosion und Ultraviolettstrahlen beständig ist.

Beispiel 5

Ein Blech aus A-G-0,6-Aluminiumlegierung mit 0,6% Magnesium und einem satinierten Aussehen, das in einem Chromsäurebad auf 8 μ anodisiert worden war, wird gefärbt durch Wechselstrombehandlung, und zwar zunächst 1 min bei 22 C unter 8 V in einem Bad mit 5 g/l Silbersulfat und 20 g/l Schwefelsäure und anschließend 2 min bei 20"C unter 9 V in einem Bad mit 10 g/l Kupfersulfat und 10 g/l Schwefelsäure.

Nach 30 min langem Nachverdichten in siedendem, destilliertem Wasser erhält man einen grünlichbraunen Ton, der gegen Korrosion und Wettereinflüsse beständig ist.

Beispiel 6

Ein Profilslück aus A-SGM-Legierung mit 1% Silicium, 1 % Magnesium und 1 % Mangan, das mechanisch poliert, chemisch mit Glanz versehen und in einem Schwefelsäurebad mit Wechselstrom auf 5 μ anodisiert worden war, wird gefärbt durch Wechselstrombehandlung, und zwar zunächst 45 see bei 19° und 0,8 A/dm² in einem Bad mit 20 g/l Kupfersulfat und 10 g/l Schwefelsäure und anschließend 1 min bei 20⁰C unter 0,4 A/dm² in einem Bad mit 2 g/I Silbersulfat und 10 g/l Schwefelsäure.

Nach dem Nachverdichten mit siedendem, destilliertem Wasser, das 1 kg/1 Nickelacetat enthält, erhalt man einen hellkastanienbraunen Farbton, der gegen Korrosion und Ultraviolettstrahlen beständig ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrolytischen Färben anodischer Oxidschichten auf Aluminium und seinen Legierungen in sauren Metallsalzlösungen mit pH-Werten 1 bis 5, enthaltend 1 bis 500 g/l Salz bei einer Temperatur von 18 bis 50 °C mit Wechselstrom einer effektiven Stromdichte von 0,1 bis 5 A/dm² und einer Spannung von 5 bis 80 V während 5 see bis 5 min, dadurch gekennzeichnet daß das Färben nacheinander in mehreren, verschiedene Metallsalze enthaltenden Bädern durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines schokolade- oder kastanienfarbenen Tones ein Kupfersalzbad und ein Nickelsalzbad verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines violetten Tones das Werkstück zunächst in einem Silbersalzbad und anschließend in einem Nickelsalzbad behandelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines grünlichbraunen Tones das Werkstück zunächst in einem Silbersalzbad und anschließend in einem Kupfersalzbad behandelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines kastanienbraunen Tones das Werkstück zunächst in einem Kupfersalzbad und dann in einem Silbersalzbad behandelt wird.