DE2034950A1

DE2034950A1 - Verfahren zum elektrochemischen Ein farben von Aluminium und Aluminiumlegie rungen

Info

Publication number: DE2034950A1
Application number: DE19702034950
Authority: DE
Inventors: Jos Grenoble Patne (Frankreich) P
Original assignee: Cegedur GP
Current assignee: Cegedur GP
Priority date: 1969-07-16
Filing date: 1970-07-14
Publication date: 1971-06-09
Also published as: ES381805A1; YU35629B; JPS4929057B1; FR2052100A5; US3704209A; DE2034950C3; NL7010441A; DE2034950B2; BE753511A; YU178870A; CA950854A; CH501735A; LU61335A1; GB1311972A

Description

Cegedur GP, Paris / Frankreich betreffend:

"Verfahren zum elektrochemischen Einfärben von Aluminium und

Aluminium! egierungen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum elektrochemischen Färben von Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen,

Es ist bekannt eine beständige Farbtönung bei durch Anodisation von Aluminium erzeugten Oxydschichten dadurch herzustellen, daß in den Poren der Schicht metallische Pigmente durch Einwirkung eines V7echselstroms in einem Elektrolysebad abgelagert werden, das eine Lösung von Metallsalzen enthält. Dabei wird eine der Elektroden durch das zu färbende Teil gebildet, während die andere als Hilfselektrode aus einem·inerten Stoff bestehen kann, beispielsweise aus Graphit oder nichtrostendem Stahl, oder diese Elektrode kann auch löslich seih, d.h. aus einem Metall bestehen, das dieselbe Beschaffenheit oder Eigenschaft aufweist wie das Kation des in dem Bad gelösten Salzes.

Helle Farbtönungen werden dabei durch eine kurze Elektrolysierdauer erhalten. Es ist jedoch schwierig, dabei eine sehr gleichmäßige und gut reprozierbare Farbtönung zu gewährleisten.

Dunklere oder gedeckte Farbtönungen werden ohne Schwierigkeiten

109824/2018

durch eine längere Elektrolysierdauer gewonnen. Diese längere Behandlungszeit wird jedoch vom wirtschaftlichen Standpunkt aus als nachteilig empfunden»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einfärben von Aluminium oder Aluminiumlegierungen anzugeben, dem die Nachteile bekannter Verfahren dieser Art nicht anhaften.

Die Erfindung ist bei einem Verfahren zum Färben von Stücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen mittels Wechselstrom in einer wäßrigen Metallsalzlösung, die durch Anodisation vorbehandelt wurden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wechselstrom eine Gleichstromkomponente geringerer Intensität als sie der wirksamen Komponente des Wechselstroms entspricht, überlagert wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich je nach der Polung der Gleichstromquelle eine Farbtönung erreichen, die im Vergleich zu der lediglich unter Anwendung von Wechselstrom erzielbaren Farbtönung, stärker oder Schacher ist»

Die Einfärbung mittels Wechselstrom bei überlagerter Gleichstromkomponente ermöglicht es in einem einzigen Arbeitsgang, Farbabstufungen von hell bis dunkel dadurch zu erhalten, daß einerseits die Richtung des Gleichstroms und andererseits die Gleichstromstärke im Verhältnis zur Stärke der Wechselstromkomponente geregelt werden. Es ist überdies nicht notwendig, daß der Gleichstrom stets genau konstant gehalten wird. Man erhält die gleichen befriedigenden Ergebnisse mit gleichgerichtetem, jedoch nicht geglättetem Strom.

Wird der einzufärbende Gegenstand mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle verbunden, so erhält man auf einfache Weise helle gleichmäßige und reproduzierbare Farbtönungen, so daß damit die für die Anwendung, im industriellen Maßstab unabdingbaren Voraussetzungen geschaffen sind. '

V/ird andererseits das zu färbende Objekt mit dem negativen

109824/2018

Pol der Gleichstromquelle verbunden, so läuft der Einfärbeprozeß sehr rasch ab. Dies ist insbesondere in wirtschaftlicher Hinsicht bei der Erzielung von dunklen Farbtönen von besonderem Interesse. " ■

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet darüber hinaus noch einen unerwarteten Vorteil: Der Prozeß der Zersetzung der Hilfselek-·. trode der dann eintritt, wenn lediglich Viechseistrom angewendet wird und den Nachteil hat, daß im Bad Metallionen angereichert werden und der pH-Wert verändert wird, dieser Zersetzungsprozeß wird in starkem Maße vermindert.

Bei Anwendung der Erfindung lassen sich alle zur Speisung von Elektrolysebädern mit Wechselstrom und überlagerter Gleichstromkomponente geieigneten elektrischen Einrichtungen verwenden.

Die einzige Figur zeigt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete vorteilhafte,jedoch nur beispielsweise zu verstehende Schaltungsanordnung, mit der sich eine genaue Reglung der einer Elektrolyseeinrichtung zuzuführenden Wechselstrom- und Gleichstromkomponenten erzielen läßt.

Der Wechselstrom wird über einen einstellbaren Wandler oder Transformator 1 zugeführt, dessen Primärwicklung an einem Abgriff liegt und dessen Selcundärwicklung eine Mittelanzapfung aufweist. Die beiden Enden der Selcundärwicklung sind jeweils mit einem oder mehreren in Reihe geschalteten zu behandelnden Stücke verbunden. Auf diese Weise werden gleichzeitig zwei oder zwei Reihen solcher Stücke eingefärbt.

Zwischen diesen beiden Elektroden ist die inerte oder lösliche Gegenelektrode angeordnet, die mit dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung unter Zwischenschaltung einer Diodenbrücke verbunden ist· Diese Brücke wird andererseits von einem einstellbaren Transformator oder Stromwandler 2 aus gespeist. Die beiden auf 'der Sekundärseite erzeugten Stromhalbwellen werden damit gleichgerichtet. Die AusganEsklemmen der Dioden brauchen nicht unbe-

dingt mit einem Filterkondensator verbunden zu sein. Die Hilfselektrode ist zwischen den beiden Speiseelektroden für Wechselstrom angeordnet. Über sie gelangt der gleichgerichtete Strom stets in gleicher Stromflußrichtung auf jede der Aluminiumelektroden. Anders ausgedrückt erhält diese Hilfselektrode von den Aluminiumelektroden um 180° gegeneinander phasenverschobene Ströme,.deren Summe sich zu Null ergänzt. Es ist zweckmäßig, die Hilfselektrode zwischen den beiden Aluminumelektroden anzuordnen, um jeden direkten Wechselstromdür.chgang zwischen den beiden letztgenannten Elektroden zu vermeiden.

Einstellwiderstände zur Einstellung des StromgleichgewicLts und zur Strombegrenzung sind ebenso wie Wechselstrom- und Gleichstrommeßgeräte in den einzelen Schaltkreisen vorgesehen. ZurBestimmung der Gleichstromrichtung in der Schaltung kann die Diodenbrücke mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Kommutator oder Umpolschalter umgepolt v/erden. Mit der soweit beschriebenen Schaltungsanordnung läßt sich jede der beiden Stromarten, d.h. der Wechselstrom und der Gleichstrom sehr genau regeln.

Die Erfindung ist zur Einfärbung von Aluminium und dessen. Legierungen nach der Anodisation anwendbar.

Wie bei bekannten Verfahren können die gefärbten Stücke einer nachträglichen Oberflächenbehandlung, etwa"einem Beizen oder einer Glanzbehandlung, unterzogen werden, je nachdem ob ein mattes oder glänzendes Aussehen der fertigen Stücke gewünscht wird.

Die vorhergehende Anodisationsbehandlung erfolgt in herkömmlj-cher Weise, beispielsweise im Schwefelsäure- oder Chromsäurebad unter bekannten Bedingungen, die zur Ausbildung eines porigen Aluminiumüberzugs führen, mit einer Porengröße von 1 bis 50 Mikron.

Die Einfärbung der anodisierten Stücke erfolgt in sauren Bädern, die Metallsalze in Lösung enthalten. Es können beispielsweise

10?824/?01P

Kupfer-, Nickel-, Kobalt-, Kadmium-, Silber-, oder Mangansalze verwendet werden. Die Hilfselektrode wird an den Gleich- oder gleichgerichteten Strom so angeschlossen, daß sie als Kathode geschaltet ist, wenn helle "Farben erzeugt werden sollen und wird als Anode geschaltet, wenn dunkle Farben gewünscht werden. Die Stromdichte auf den Aluminiumstücken wird auf Werte zwischen

2
0,1 und 1 A/dm eingestellt, wobei die Gleichstromintensität in der Größenordnung von 1/10 bis 1/2 der wirksamen Wechselstromkomponente eingestellt wird. Die Behandlungsdauer hängt von der Stromdichte ab und kann zwischen 10 Sekunden und 30 Minuten variieren, wobei vorzugsweise Behandlungsdauern von 1 Minute bis 10 Minuten angewendet werden.

Die so eingefärbten Stücke werden anschließend während 30 Minuten durch Eintauchen in kochendes Wasser passiviert, bzw. durch "Abdichten" inaktiv gemacht, dem evtl. 0,5 bis 2 g iTickelacetät pro Liter zugesetzt sein kann.

Die im folgenden aufgeführten Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung und sind in keiner Weise im einschränkenden Sinne zu verstehen.

Beispiel 1

Zwei Blechstücke"aus Aluminiumlegierung mit 0,6 % Magnesiumgehalt, die einer elektrolytischen Glanzbehandlung und Anodisation auf 20 Mikron in einem Schwefelsäurebad unterzogen wurden, werden in der oben beschriebenen Vorrichtung in ein Bad eingesetzt, das 15 g pro Liter mit Schwefelsäure angesäuertes Kupfersulfat enthält (pH = 1,2) und auf 20°C gehalten wird. Die Hilfselektrode besteht aus Kupfer und ist zwischen den Aluminiumblechstücken angeordnet und mit der positiven Anschlußklemme der Quelle des gleichgerichteten Stroms verbunden. Während einer Dauer von A Minuten wird

2 '

ein Wechselstrom von 0,6 A „«/dm hindurchgeschickt, dem ein Gleichstrom von 0,1 A/dm überlagert ist.

Es wird eine dunkelrote Farbtönung erhalten, die nach der Passivierung der Stücke gegen ultraviolette Strahlen und Korrosion widerstandsfähig ißt. «_A ^

109824/7018

Beispiel

Zwei Blechstücke aus Aluminiumlegierung mit einem Gehalt von 9915 % Aluminium, die mattiert und in einem SchwefelSäurebad auf eine Porengröße von 15 Mikron anodisiert wurde, werden werden in ein schwefelsaures Bad aus Kupfersulfat eingebracht, das dem Bad des Beispiels 1 entspricht und auf 2O⁰C gehalten wird, wobei die Gegenelektrode aus Kupfer besteht; Während einer

Dauer von 4 Minuten wird ein Wechselstrom von 0,6 A ~„/dm hindurchgeschickt, dem ein Gleichstrom von 0,2 A/dm überlagert ist, wobei die Hilfselektrode als Anode geschaltet ist.

Man erhält eine dunkelrote Färbtönung, die nach dem Passivieren der Stücke gegen Ultraviolettstrahlen und Korrosion widerstandsfähig ist.

Beispiel 3

Zwei Blechstücke aus Aluminiumlegierung mit einem Gehalt an 0,6 % Magnesium, die mattiert und in einem Schwefelsäurebad auf 10 Mikron anodisiert wurden,werden in ein schwefelsaures Bad von Kupfersulfat eingebracht, das dem Bad des Beispiels 1 entspricht und auf 20⁰G gehalten ist, wobei die Gegenelektrode aus nichtrostendem Stahl besteht. Während einer Dauer von

»4 Minuten wird ein Wechselstrom von 0,6 A _ff/di hindurchgeschickt, dem ein Gleichstrom von 0,3 A/dm überlagert ist. Die Hilfselektrode ist als Anode geschaltet.

Es wird eine schwarze Farbtönung erhalten, die nach dea* Passivierung der Stücke gegen Ultraviolettstrahlen und Korrision widerstandsfähig ist.

Beispiel 4

Zwei Blechstücke aus Aluminiumlegierung mit einem Aluminiumgehalt von 99,5 %, die einer chemischen Glanzbehandlung unterzogen und in einem Schwefelsäurebad auf 15 Mikron anodisiert wurden, werden in ein schwefelsaures Kupfersulfatbad eingebracht, das dem Bad des Beispiels. J entspricht und auf 20⁰C gehalten ist,

10982472018

203495α

wobei die Gegenelektrode aus nichtrostendem Stahl besteht. V/ährend 30 Sekunden Dauer wird ein Wechselstrom von 0,6 A_efi/dm hindurchgeschickt, dem ein Gleichstrom von 0,3 A/dm überlagert ist. Die Hilfselektrode ist als Kathode geschaltet.

Man erhält eine sehr helle kupferrote Farbtönung, die nach der Passivierung der Stücke gegen Ultraviolettstrahlen und Korrisior. widerstandsfähig ist.

Beispiel 5 ^: "

■Zwei Profilstücke aus Aluminiumlegierung mit einem Gehalt von 0,5 % Silicium und o,5 % Magnesium, die mechanisch poliert und in einem Schwefelsäurebad auf 18 Mikron anodisiert wurden, werde::. in ein Bad eingebracht, das 100 g/l Nickel sulfat, 25 g/l Borsäure-. 50 g/l Amoniumsulfat enthält und auf 2Q°C gehalten ist, wobei die Gegenelektrode aus Nickel besteht. Es wird ein."-Wechselstrom.

2
von 0,4 A _f„/di hindurchgeschickt, dem ein Gleichstrom von 0,1 A/dm überlagert ist. Die Behandlungsdauer beträgt A- Minuten, und die Hilfselektrode ist als Kathode geschaltet.

Es wird eine helle bronzene Farbtönung erhalten, die nach der Passivierung der Stücke gegen Ultraviolettstrahlen und Korrision widerstandsfähig ist.

Beispiel 6

aus
Zwei Profilstücke Aluminiumlegierung mit einem Gehalt von 0,5 % Silicium und 0,5 % Magnesium, die mattiert und in einem Schwefelsäurebad auf 12 Mikron anodisiert wurden, werden in ein Nickelsulfat-Borsäure-Amoniumsulfatbad eingebracht, das genau dem Bad des Beispiels 5 entspricht und auf 20⁰O gehalten ist, wobei die Gegenelektrode aus Nickel besteht. Es wird ein V/ech-. selstrom von 0,4 A «-/dm hindurchgeschickt, dem ein Gleichstrom von 0,5 A/dm überlagert ist. Die Behandlungsdauer beträgt 4 Minuten, und die Hilfselektrode ist als Anode geschaltet.

Es wird eine dunkelbraune Farbtönung erhalten, die nach dem

1098-21/7(118

sivieren der Stücke gegen Ultraviolettstrahlen und Korrision beständig ist.

Beispiel 7

Zwei Plättchen aus Aluminiumlegierung mit einem Gehalt an 0,6 % Magnesium, die einer chemischen Glanzbehandlung unterzogen wurden und in einem Bad mit einem Gehalt von 50 g/l Chromsäure auf 8 Mikron während einer Dauer von 50 Minuten unter einer Spannung von 50 V anodisiert wurden, wobei das Bad auf 50 C gehalten wurde, werden in ein schwefelsaures Bad von Kupfersulfat eingebracht, das dem Bad des Beispiels 1 entspricht und auf 20⁰C gehalten ist. Die Gegenelektrode besteht aus Kupfer. Es wird ein Wechselstrom von 0,6 A -„/dm hindurchgeschickt, dem ein Gleichstrom von 0,3 A/dm überlagert ist. Die Behandlungsdauer beträgt 2 Minuten, und die Hilfselektrode ist als Kathode geschaltet.

Man erhält eine kupfeprcse Farbtönung,- die nach der Passivierung der Blechteile während 30 Minuten in kochendem destilliertem Wasser gegen Ultraviolettstrahlen und Korrision widerstandsfähig ist.

10982W?018

Claims

DB. ΙΓίβ. F. -ATTESTU/ F TOPL. ING G Vt

DR.E.V.FK Β». ING. D. BEHRENS

8 KtKCHSK OO _ Q

ΒΟΠΤΒΙβΒΗβΤΗ. 8 ^J ~

P A T E N I A N S P R Ü CHE

ίΐ) ) Verfahren zum Partien von vorzugsweise durch Anodisation vorbehandelten Stücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch Elektrolyse mittels Wechselstrom in einer wäßrigen Metallsalzlösung, dadurch gekennzeichnet,· daß dem Wechselstrom eine Gleichstromkomponente geringerer Intensität als sie der wirksamen Komponente des Wechselstroms entspricht, überlagert wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erzielung heller, gleichmäßiger und reproduzierbarer Farbtönungen der zu färbende Gegenstand mit dem positiven Pol der Gleichstromquelle verbunden v/ird.
3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zu färbende Gegenstand zur Erzielung großer Einfärbgeschwindigkeit bei der Erzeugung dunklerer Farbtönungen mit dem negativen Pol der Gleichstrom quelle verbunden wird.
4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e nnzeichnet , daß das Färbebad eine wäßrige Lösung eines Salzes der Metalle Kupfer, Nickel, Kobalt, Kadmium, Silber oder Mangan ist, daß das Bad innerhalb eines Temperaturbereichs von 15 bis 3O⁰C,die effektive Wechselstromdichte innerhalb eines Bereichs von 0,1 bis 1 A/dm und die Stromdichte des Gleichstroms zi^ischen 1/10 und der Hälfte der Wechselstromdichte gehalten werden, daß die Behandlung wahrend 10 Sekunden bis zu 30 Minuten,vorzugsweise von A bis zu 10 Minuten lang durchgeführt wird und daß das eingefärbte Stück anschließend in kochendes Wasser eingebracht wird, dem gegebenenfalls 0,5 bis 2 g/l Nickelacetat zugesetzt sind.

10982 U 7018 _0R1GtNAL INSPECTED

Jo

Leerseite