DE2162674B2 - Verfahren zum verdichten von anodischen oxidschichten auf aluminium- oder aluminiumlegierungen - Google Patents
Verfahren zum verdichten von anodischen oxidschichten auf aluminium- oder aluminiumlegierungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von anodischen Oxidschichten auf Aluminium oder
Aluminiumlegierungen in wäßrigen Lösungen mit einem pH-Wert von 5—6 bei Temperaturen zwischen 900C
und der Siedetemperatur, wobei das Auftreten von störenden Aluminiumhydroxidbelägen (Sealingbelägen)
auf den Oberflächen verhindert wird.
Auf Aluminiumoberflächen werden zum Zwecke des Korrosionsschutzes vielfach anodisch erzeugte Oxidschichten
aufgebracht. Diese Oxidschichten schützen die Aluminiumoberflächen vor den Einflüssen der
Witterung und anderer korrodierender Medien. Ferner werden die anodischen Oxidschichten auch aufgebracht,
um eine härtere Oberfläche zu erhalten und damit eine erhöhte Verschleißfestigkeit des Aluminiums zu erreichen.
Durch die Eigenfarbe der Oxidschichten bzw. ihre teilweise leichte Einfärbbarkeit lassen sich besonders
dekorative Effekte erzielen.
Für das Aufbringen von anodischen Oxidschichten auf Aluminium sind eine Reihe von Verfahren bekannt.
Beispielsweise erfolgt die Erzeugung der Oxidschichten mit Gleichstrom in Lösungen von Schwefelsäure
(Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren).
Häufig werden jedoch auch Lösungen organischer Säuren, wie insbesondere Sulfophthalsäure bzw. Sulfanilsäure
oder aber diese im Gemisch mit Schwefelsäure verwendet.
Diese anodisch aufgebrachten Oxidschichten erfüllen aber nicht alle Anforderungen im Hinblick auf den
Korrosionsschutz, da sie eine poröse Struktur aufweisen. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, die
Oxidschichten nachzuverdichten. Diese Nachverdichtung wird vielfach mit heißem bzw. siedendem Wasser
vorgenommen und als »Sealing« bezeichnet. Hierdurch werden die Poren verschlossen und damit der
Korrosionsschutz erheblich erhöht.
Bei der Nachverdichtung anodisch aufgebrachter Oxidschichten werden aber nicht nur die Poren
verschlossen, sondern es bildet sich auch auf der gesamten Fläche ein mehr oder weniger starker
samtartiger Belag, der sogenannte Sealingbelag. Dieser besteht aus hydratisiertem Aluminiumoxid und ist nicht
griffest, so daß der dekorative Effekt der Schicht hierdurch beeinträchtigt wird. Ferner vermindert er die
Haftfestigkeit bei der Verklebung solcher Aluminiumteile und fördert durch die vergrößerte effektive
Oberfläche spätere Verschmutzung und Korrosion. Aus diesen Gründen war es bisher notwendig, den Belag von
Hand mechanisch oder auf chemischem Wege zu entfernen.
Es ist bereits bekannt, von verdichteten und mit Sealing-Belag behafteten Oberflächen durch eine
Mineralsäurenachbehandlung diesen Belag wieder abzulösen. Bei diesem Verfahren ist somit ein weiterer
Behandlungsschritt notwendig, und es erfordert außerdem eine sehr sorgfältige Nachbehandlung mit der
Mineralsäure, um eine Schichtschädigung auszuschließen, Weiterhin gehört es zum Stand der Technik, zur
Verhinderung von Sealing-Belägen eine Nachverdichtung mit Lösungen durchzuführen, die Nickelacetat und
Ligninsulfat enthalten. Nachteilig bei dieser Arbeitsweise ist u. a. das Vergilben der erhaltenen Oxidschichten
unter Lichteinfluß. Schließlich sind auch schon Verfahren beschrieben, bei denen zur Verhinderung der
Sealing-Beläge eine Heißwasserverdichtung unter Zuisatz bestimmter Polyacrylate oder bestimmter Dextrine
erfolgt. Diese Verfahren haben sich gut bewährt. In manchen Fällen, insbesondere bei nicht sorgfältiger
Arbeitsweise, können jedoch Auftrockungsrückstände hinterbleiben. Diese sind unerwünscht. Sie lassen sich
jedoch durch eine Nachspülung leicht entfernen.
Es wurde nun gefunden, daß man die bisherigen Arbeitsweisen weiter verbessern kann, wenn man sich
des nachstehend beschriebenen Verfahrens zum Verdichten von anodischen Oxidschichten auf Aluminium
oder Aluminiumlegierungen durch Behandlung mit wäßrigen Lösungen mit einem pH-Wert von 5—6 bei
Temperaturen zwischen 900C und der Siedetemperatur
bedient. Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Verdichtung mit Lösungen durchführt,
die 0,0005 bis 0,05 g/l Zitronensäure, Weinsäure, Gallussäure oder Zuckersäure oder deren wasserlösliche
Alkali-, Ammonium- oder Erdalkalisalze enthalten.
Für die Durchführung des Verfahrens können die handelsüblichen Säuren oder ihre wasserlöslichen Salze
wie die entsprechenden Alkali-, Ammonium- und Erdalkalisalze verwendet werden. Hierbei werden die
Substanzen in Mengen von 0,0005—0,05 g/l — berechnet als freie Säuren — eingesetzt. Die Verwendung
größerer Konzentrationen hat sich als nachteilig erwiesen, da dann die Qualität der Verdichtung
gemindert ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß man die Verdichtung mit Lösungen
durchführt, die Zitronensäure in einer Menge von 0,0005-0,005 g/l enthalten. Anstelle der Zitronensäure
können auch deren lösliche Salze in äquivalenten Mengen eingesetzt werden.
Die Lösungen der erfindungsgemäßen Säuren bzw. Salze werden auf einen pH-Wert von 5—6 eingestellt.
Diese Einstellung kann mit Ammoniak bzw. Essigsäure erfolgen. Für den Ansatz der Lösungen ist es vorteilhaft,
wenn vollentsalztes bzw. destilliertes oder Kondenswasser verwendet wird.
Die Verdichtung mit den erfindungsgemäßen Lösungen wird bei Temperaturen zwischen 9O0C und der
Siedetemperatur durchgeführt. Im allgemeinen wird eine Temperatur von 98—1000C eingehalten. Die
Verdichtungszeit hält sich hierbei in dem üblichen Rahmen und beträgt etwa 1,5—3,5 Minuten^m
Schichtstärke der anodischen Oxidschicht.
Den Verdichtungslösungen können weiterhin auch noch für diese Zwecke an sich bekannte Zusätze wie
Nickel- oder Kobaltacetat in kleinen Mengen zugesetzt werden. Durch das neue Verfahren ist es möglich, die
Ausbildung von Sealingbelägen zu verhindern, ohne daß
die anodische Oxidschicht beeinträchtigt oder die Qualität der Verdichtung herabgesetzt wird. Eine
Nachspülung nach der Verdichtung oder ein Absprühen, um irgendwelche Rückstände von der Oberfläche zu
entfernen, sind nicht erforderlich. Das Aussehen der Oberfläche wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
nicht beeinflußt; es bleiben die Effekte erhalten, wie sie durch Vorbehandlung und Anodisation erzielt
wurden. Auch sind die Zusatzmengen äußerst gering.
Aus der deutschen Patentschrift 6 20 793 ist bereits ein Verfahren zur Behandlung von Aluminiumoxidschichten
mit Lösungen von Salzen schwacher Metallbasen bekannt. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Aluminiumoxidschichten bei Temperaturen über 400C mit solchen Lösungen schwacher
Metallbasen behandelt werden, welche einen pH-Wert zwischen 4,5 und 7,5 besitzen, so daß uurch Hydrolyse
eine im wesentlichen unlösliche Verbindung des Metalls, insbesondere Kobalt und Nickel, in dem Oxidüberzug
ausgefällt wird.
Durch diese andersartige Arbeitsweise wird der Anmeldungsgegenstand nicht berührt, denn bei diesem
bekannten Verfahren entstehen zusätzliche Beläge auf der Metalloberfläche, die nach der Zielsetzung des
Anmeldungsgegenstandes gerade verhindert werden sollen.
In den nachfolgenden Beispielen erfolgte die Bezeichnung der Aluminiumlegierungen gemäß DlN 1725. Die
Qualität der Oxidschichten wurde durch den sogenannten Testal-Wert nach DIN 50949 und durch den
Verlustfaktor d (Anotest-Gerät) nach DIN 50920 (Entwurf) bestimmt. Weiterhin wurde die Güte der
Verdichtung mittels des Grüntests nach DIN 50146 geprüft.
In üblicher Weise alkalisch entfettete und gebeizte Aluminiumprofile (AlMgSi 0,5), die im Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren
anodisch oxydiert waren (Schichtdicke 21 μπι), wurden mit einer Lösung von
0,0005 g/l Zitronensäure in vollentsalztem Wasser, die mit Ammoniak auf einen pH-Wert von 5,7 eingestellt
war, bei 1000C 60 Minuten verdichtet. Die Profile zeigten keinerlei Sealingbelag, die Schichtstärke betrug
nach der Verdichtung 21 μπι, der Testalwert war von über 300 auf 7,5 abgefallen, und der Verlustfaktor d
betrug 0,52. Der Grüntest zeigte eine einwandfreie Verdichtung an (Reflexionswert 96%, gemessen als
Streulicht unter Zwischenschaltung eines Rotfilters mit Adsorb tionsbereich 620—640 μηη).
Das gleiche Ergebnis wurde erzielt, wenn anstelle von Zitronensäure eine äquivalente Menge der sauren bzw.
neutralen Natrium-, Kalium-, Ammonium-, Magnesium-, Calcium- und Barium-Zitrate nach entsprechender
pH-Wert-Einstellung mit Ammoniak oder Essigsäure verwendet wurde.
In üblicher Weise entfettete Aluminiumbleche (AlSiS),
die im Gleichstrom-Schwefelsäure-Oxalsäure-Verfahren anodisch oxydiert waren (Schichtdicke 12μιη),
ιο wurden mit einer Lösung von 0,002 g/l Weinsäure in
destilliertem Wasser, die mit Ammoniak auf einen pH-Wert von 5,8 eingestellt war, bei 98°C 40 Minuten
verdichtet. Die Bleche zeigten keinerlei Sealingbelag. Der Testalwert war von über 300 auf 14 abgefallen, der
Verlustfaktor d betrug 0,48 und auch der Grüntest zeigte eine einwandfreie Verdichtung an (Reflexionswert. 93%).
Praktisch die gleichen Ergebnisse wurden erzielt, wenn anstelle der Weinsäure eine äquivalente Menge
Mono- oder Di-Natrium-, Kalium-, Ammonium- und Magnesium-Tartrate bei entsprechender pH-Wert-Einstellung
mit Ammoniak oder Essigsäure verwendet wurde.
In üblicher Weise alkalisch entfettete und gebeizte Aluminiump-ofile (AlMg3), die nach einem Farbanodisier-Verfahren
anodisch oxydiert waren (Schichtdicke 30 μπι), wurden in einer Lösung von 0,01 g/l Monokaliumsalz
der d-Zuckersäure in vollentsalztem Wasser, die mit Ammoniak auf einen pH-Wert von 6,0 eingestellt
war, bei 1000C 80 Minuten verdichtet. Die Profile zeigten keinerlei Sealingbelag. Der Testalwert war von
über 300 auf 4,5 abgefallen und der Verlustfaktor d betrug 0,51.
Alkaliscn entfettete und gebeizte Aluminiumprofile (AlMgSiO,5), die im Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren
anodisch oxydiert waren (Schichtstärke 20—22 μπι),
wurden bei einem pH-Wert von 5,6 (eingestellt mit Ammoniak) in Lösungen, welche die nachfolgend
aufgeführten Chemikalien in den angegebenen Mengen enthielten, bei 1000C 60 Minuten verdichtet. Die
Ausbildung bzw. Verhinderung des Sealingbelages und die unterschiedliche Qualität der Verdichtung, gemessen
anhand des Testalwertes, des Verlustfaktors d und des Grüntestes (in % des Reflexionswertes), sind in der
Tabelle zusammengestellt. Nur bei Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungen in entsprechender
Konzentration tritt kein Sealingbelag und keine schädliche Beeinflussung der Nachverdichtung auf.
Substanz
Belag
Konzentration Testalwert Verlust- Grüntest
faktor
Zitronensäure
Weinsäure
Zuckersäure
Gallussäure
Gallussäure
verhindert
verhindert
verhindert
verhindert
verhindert
verhindert
verhindert
verhindert
verhindert
| 0,002 | 7,5 | 0,47 | 92% |
| 0,005 | 10,0 | 0,55 | 88% |
| 0,005 | 9,0 | 0,49 | 90% |
| 0,01 | 11,0 | 0,52 | 85% |
| 0,05 | 12,0 | 0,60 | 80% |
| 21 62 674 | 5 | »elan | ψ | 0,01 | 6 | Verlust | (irüniusi | |
| T | 0,005 | faktor | ||||||
| Forlscl/Ling | nicht verhindert | 0,01 | Testalwerl | |||||
| Substanz | nicht verhindert | Koii/enlration | 0,005 | |||||
| nicht verhindert | 0,005 | |||||||
| Bernsteinsäure | nicht verhindert | 0,05 | 0,002 | |||||
| Tricarballylsäure | nicht verhindert | 0,01 | 0,001 | |||||
| Milchsäure | nicht verhindert | 0,05 | - | |||||
| Glycerinsäure | nicht verhindert | 0,01 | 0,005 | |||||
| Gluconsüure | verhindert, SchichtschädiguiiB | 0,01 | 0,70 | 26% | ||||
| Salicylsäure | nicht verhindert | 0,05 | ||||||
| Dihydroxybenzoesäure | verhindert, Schichtschädigung | 0,05 | 17,0 | 0,65 | 22% | |||
| Dihydroxymaleinsaure | verhindert, Schichtschädigung | 0,01 | 0,73 | 25% | ||||
| Dihydroxymaleinsaure | - | 16,0 | ||||||
| Weinsäure | 0,1 | 20,0 | ||||||
| Zitronensäure | 0,1 | |||||||
Claims (2)
1. Verfahren zum Verdichten von anodischen Oxidschichten auf Aluminium- oder Aluminiumlegierungen
durch Behandlung mit wäßrigen Lösungen mit einem pH-Wert von 5—6 bei Temperaturen
zwischen 900C und der Siedetemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verdichtung
mit Lösungen durchführt, die 0,0005 bis ι ο 0,05 g/l Zitronensäure, Weinsäure, Gallussäure oder
Zuckersäure oder deren wasserlösliche Alkali-, Ammonium- oder Erdalkalisalze enthalten.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verdichtung mit Lösungen
durchführt, die Zitronensäure in einer Menge von 0,0005 bis 0,005 g/l enthalten.
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