DE2339992A1

DE2339992A1 - Aluminium aetzverfahren

Info

Publication number: DE2339992A1
Application number: DE19732339992
Authority: DE
Inventors: Harold Vernon Smith
Original assignee: Pennwalt Corp
Current assignee: Pennwalt Corp
Priority date: 1972-08-09
Filing date: 1973-08-07
Publication date: 1974-02-21
Also published as: FR2195701A1; JPS4958036A; US3802973A; FR2195701B3; GB1414874A; NL7310964A; CA976065A

Description

Dlpi.-ίπσ. Dipl. r.3C. puDl.

DIETRICH L/iWINSKV 7. August 1973

PATl:! ITZ₁NvVALT
8München2l-Gotthardsir.81 ' 7587-lll/Gr

Telefon 56 17 62

Pennwalt Corporation Philadelphia, Pennsylvania 19102, Three Parkway (V.St.A.)

Aluminium Ätzverfahren.

Priorität vom. 9. August 1972 aus der U.S.A-Patentanmeldung Nr. 278 891 .

Das Äußere vieler Aluminiumprodukte wird oft durch Kratzer, durch Kennzeichen des Handels oder der Herstellung oder auch durch Oxydations- und Korrosionsvertiefungen beeinträchtigt. Viele dieser Produkte werden daher einer ätzenden Behandlung unterworfen, die ein gleichmäßiges, gefälligeres Äußere auf der Aluminiumoberfläche erzeugt, indem sie die Mängel auf der Oberfläche entfernt oder verdeckt.

Aluminiumhersteller, die Fertigprodukte erzeugen und die üblichen, verfügbaren Ätzverfahren verwenden, sind der Überzeugung, daß sie ihre Aluminiumprodukte 15 Minuten lang ätzen müssen, um die gewünschte Verbesserung des Äußeren zu erzielen. Solche verlängerte Behandlungen tragen erheblich zu den Kosten der Fertigprodukte für metallisches Aluminium bei, da große Mengen an Metall entfernt werden müssen und große Mengen an Ätzmitteln für Chemikalien durch das verlängerte Ätzen verbraucht werden.

Die üblichen Ätzlösungen für Aluminium verwenden im allgemeinen wässerige Alkalimetallhydroxyd-Lösungen und ein chelat-

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bildendes Agens. Die übliche Ätzlösung verwendet meist eine starke Natriumhydroxydlösung von etwa 15 bis 250 Gramm pro Liter und ein chelatbildendes Agens, um das gelöste Aluminium daran zu hindern, sich wieder als Natriumaluminat an der Metalloberfläche abzusetzen. Diese Ätzlösungen erzeugen im allgemeinen ein metallisches Äußere, das von Silber bis Silbergrau reicht. Zusätzlich zu der Silberfarbe besitzen solche Oberflächen ein hohes Reflexionsvermögen und erscheinen bisweilen glänzend. Weiterhin werden die geätzten Oberflächen nicht gleichmäßig in ihren Eigenschaften sein und kein gleichförmig gekörntes Äußeres besitzen. Die erhaltene Gesamtoberfläche kann die Preßformen und Preßmarken nicht verdecken,und auch Kratzer sind oft sichtbar.

'Die üblichen Ätzlösungen entfernen große Mengen von metallischem Aluminium von der Oberfläche, ohne dafür Sorge zu tragen, daß die Oberflächenmängel nicht in Erscheinung treten. ' Die Oberfläche, die durch eine Behandlung mit einer chelatbildenden Alkalilösung hergestellt wird, gibt eine geätzte Oberfläche, die etwas mehr befriedigt als das Rohmetall, das nur eine kleine Menge der Oberflächenmängel verdeckt.

Stark reflektierende Oberflächen kann man erhalten durch Anwendung einer Kombination hoher Nitrat- und niedriger Chloritkonzentrationen und zwar für die Herstellung einer Spiegeloberfläche gemäß der US-Patentschrift 2 673 1^3· Ähnliche aufhellende Wirkungen wurden nach der US-Patentschrift 2 671 717 bei der Anwendung hoher Nitratkonzentrationen erhalten.

Da die Nachfrage nach besserer Verdeckung von Oberflächenmängeln zunahm, wurde eine eisgrau geätzte Fertigverarbeitung durch verschiedene Zugaben von Phosphaten und/oder Fluoriden vorgesehen. Dies bedeutete eine Verbesserung gegenüber dem chelatbildenden Alkaliätzen, die jedoch keine breite Aufnahme fand, da sie die Unregelmäßigkeiten der Oberfläche nur ungenügend verdeckte. .

409808/1151.

Die weitere Entwicklung bei der Ätzung von Aluminium für Architekturzwecke, z.B. für Fenster, Türrahmen "und Vorhangwände, bestand in der Anwendung von Chromaten bei Ä'tzlösungen, wie sie in der US-Patentschrift 3 314 890 beschrieben sind. Diese Behandlung ergab eisgrau mattierte, geätzte Endprodukte mit guter Verdeckung von Oberflächenmängeln. Die Chromatätzung beseitigte auch das Problem der Galvanisierung.

Die oben genannten Ätzverfahren entfernten etwa 5 Gew.% des geätzten Metalls in Hinblick auf die langen Ätzcyclen, die von 10 bis 15 Minuten dauerten, während denen sie in Berührung mit dem Natriumhydroxyd waren. Dies bewirkt einen außerordentlich großen chemischen Verbrauch an Ätzlösungen, wobei ernste Probleme für die Verwendung der verbrauchten Lösungen auftreten, die große Mengen an gelöstem metallischen Aluminium enthalten.

Um den ständig zunehmenden Bedarf an Aluminium für Architekturzwecke zu befriedigen, das nicht reflektiert und gleichzeitig frei ist von Oberflächenmängeln, polierten die Aluminiumhersteller zuerst mechanisch, das Aluminium, um Kratzer, Vertiefungen, Walzzeichen oder alle Oberflächenunregelmäßigkeiten zu entfernen. Bei diesem mechanischen Polieren erhielt man ein Aluminium mit unerwünschter, stark reflektierender Oberfläche. Da das mechanische Polieren durch Händarbeit durchgeführt wird, vergrößerte es die Kosten für die Herstellung von Aluminium erheblich. Eine Ätzbehandlung war zusätzlich erforderlich, um Oberflächen mit eisgrauer Mattierung zu erhalten, die schlecht reflektieren. Diese Kombination von Polieren und Ätzen ergab eine sehr gleichförmige, schlecht rellektierende, eisgrau-weiße Oberfläche, die den heutigen Anforderungen für Aluminium zur Verwendung in der Architektur entspricht. Jedoch bedeutete die kombinierte Polierung und Ätzung mit langen Behandlungszeiten einen großen Verlust an Aluminiummetall.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ätzung von nicht poliertem Aluminiummetall mit Alkalimetallhydroxyd-

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lösungen, wobei Aluminium für Architekturzwecke erhalten wird. Dieses ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine eisgraue und weißfarbene Oberfläche besitzt und frei ist von Unregelmäßigkeiten und anderen Mängeln. Die geätzte Oberfläche ist äußerlich gleichförmig und besitzt eine geringe Spiegelung_j und unter bevorzugten Ätzbedingungen ist die Oberfläche nicht spiegelnd. Dieses sehr gefragte Endprodukt wird ohne mechanische Polierung erhalten.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht in aufeinanderfolgenden Kurzzeit-Ätzbehandlungen, wobei als Ätzmittel wässerige Alkalimetallhydroxydlösungen angewandt werden, und es ; besteht darin, daß die erste Ätzbehandlung in Alkalimetallhydroxyilösungen stattfindet, die ein oder mehrere besondere Oxydationsmittel enthalten. Die. zweite Ätzbehandlung findet in herkömmlichen Alkalimetallhydroxyd Ätzlösungen statt.

'; Nach dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren ist nur eine erste

' Ätzung mit der Alkalilösung^die das Oxydiermittel enthält, sowie eine zweite Ätzung mit der üblichen Ätzlösung die gesamte j

; Ätzbehandlung, die erforderlich ist, um eisgraue, weiße schlecht-j ; reflektierende Alumuniumoberflächen zu erzeugen. Es können jedoch| ' auch zusätzliche Ätzcyclen, falls nötig, angewandt werden. Die ; ' gesamte Ätzzeit der beiden Ätzcyclen ist im allgemeinen niedriger; ^; als die Zeit, die für das einmalige Ätzen von Aluminiummetall gebraucht wird, das vor der Ätzung mechanisch poliert worden ist.

Die erste Ätzlösung enthält ein oder mehrere Oxydationsmittel in Lösung mit dem Alkalimetallhydroxyd. Die zweite oder nachfolgende Ätzbehandlung verwendet im allgemeinen die übliche wässerige Alkalimetallhydroxyd Ätzlösung und braucht das Oxydationsmittel der ersten Ätziilösung aus wirtschaftlichen Gründen < nicht zu enthalten. Jedoch können unter Berücksichtigung der ■ erhaltenen Oberfläche die zweite Ätzlösung ebenfalls ein oder mehrere Oxydationsmittel enthalten.

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Das in der ersten Ätzlösung angewandte Oxydationsmittel wird aus der Gruppe von Persulfaten, Peroxyden, Perboraten, Perjodaten, Chloriten, Chloraten, Perchloraten, Jodaten, Hypochloriten, Nitriten, Peroxyphosphaten und Bromaten gewählt. Das Oxydationsmittel wird in Konzentrationen von etwa 2 bis 120 Gramm pro Liter angewandt. Die Alkalimetallhydroxydkonzentration beträgt etwa 15 bis 50 Gramm pro Liter.

Spezielle chelatbildende Agentien sind für die Anwendung \ in der Ätzlösung erforderlich, die das Oxydationsmittel enthält. Sie bestehen aus einer oder mehreren Verbindungen aus der : Gruppe von Sorbitol, Gluconsäure, Glucoheptonsäure oder ihren ι Alkalimetallsalzen.

; Das erste Ätzverfahren, das das Oxydationsmittel anwendet, ' wird bei einer Temperatur von etwa 54°C bis etwa 9^⁰C durchge-, führt. Das bevorzugte Arbeitsgebiet liegt bei etwa 66°C bis etwa j 77°C. Im allgemeinen gilt, daß je höher die Arbeitstemperatur liegt, umso schneller die Ätzgeschwindigkeit verläuft. Die zweite oder nachfolgende Ätzung, die die übliche Ätzlösung anwendet, wird innerhalb eines Gebietes zwischen 49°C und 88°C durchgeführt. !

Zwischen den nachfolgenden Ätzbehandlungen wird das Alumini- ! um mit Wasser gespült und dann, falls erforderlich, mattiert, wie j

j in der US-Patentschrift 3 275 562 angegeben ist, um die Verun- j reinigungen der Oberfläche zu entfernen, die von dem Natrium- j hydroxyd nicht angegriffen wurden. Wenn die Mattierung unnötig ist, geht das Aluminiumwerkstück direkt zu der zweiten Ätzbehandlung und dem anschließenden Spülen mit Wasser. Das verbesserte₍ Ätzverfahren umfaßt die nachfolgenden oder mehrstufigen Ätzbe- j

Ihandlungen für Aluminium, wie Behandlung von nichtpoliertem j Aluminium mit (1) einer Ätzlösung, die ein Oxydationsmittel ent- j hält, (2) eine gebräuchliche Ätzlösung, (3) eine Ätzlösung mit

;einem Oxydationsmittel und schließlich (4) eine übliche Ätz- ;lösung.

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Im anderen Falle kann der Ätzcyclus umfassen (1) eine Ätzung in einer Lösung mit einem Oxydationsmittel, (2) eine Ätzung in einer üblichen Ätzlösung und (3) eine Ätzung in einer üblichen Ätzlösung.

Nach der zweiten oder endgültigen Ätzbehandlung wird das Werkstück mit V/asser gespült, mattiert und nochmals mit V/asser gespült. Danach kann es zu einem Anodisierungs-Verfahren oder zu einem Farbbehandlungsverfahren gehen.

Sowohl die Ätzlösung mit dem Oxydationsmittel der ersten Ätzstufe als auch die übliche Alkalimetallhydroxyd Ätzlösung der zweiten oder nachfolgenden Stufe kann andere Zusätze enthalten, z.B. solche Mittel, die die Oberfläche von Aluminium verändern. Diese können sein oberflächenaktive Mittel, z.B. Fluoralkyle, wie sie in der US-Patentschrift 3 557 000 beschrieben sind und eine lange Lebensdauer für die Einrichtung des Bades gewährleisten. Entsprechend der vorliegenden Anmeldung und den genannten Ansprüchen bedeutet der Ausdruck Fluoralkyl ein Fluor enthaltendes oberflächenaktives Mittel, wie es in der US-Patent-

AIs schrift 3 557 000 offenbart und beansprucht wird./spezielle oberflächenaktive Mittel zur Verbesserung der Spülung und zur Verminderung des Dämpfens und Schäumens können Fluoride und Phosphate angewandt werden, die besondere Oberflächenwirkungen auf dem Aluminium erzeugen, vergl. die US-Patentschrift 2 653 861₁

Die neue Ätzbehandlung wird im allgemeinen bei Aluminium- j

legierungen angewandt, die Architekturzwecken dienen. Diese Le- '

gierungen sind im allgemeinen 6061, 6O62, 6O63, 6463 und KB 45 '

für Zwecke der Strangpressung, sowie 3003, 5005, 5052, 6O6I für j

die Ätzung von Blechen. Das Verfahren ist gleichfalls zufrieden- j

stellend bei anderen Aluminiumlegierungen, die im allgemeinen 1

nicht für Zwecke der Architektur angewandt werden, z.B. Legie- i

rungen, die gegen Korrosion sehr widerstandsfähig sind und in |

der Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet werden. ,

_· j -T-

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Das Aluminiummetall soll sorgfältig zum? Ätzen vorbereitet
werden, indem alle Einkerbungen, Ausstanzungen, Öle und Fette
entfernt werden. Dies erfolgt gewöhnlich durch Reinigung mit einem inhibierten, milden, alkalischen Reiniger. Das Aluminiummetall
wird dann mit Wasser gespült und durch Eintauchen oder Anwendung
von üprühmitteln mit einem inhibierten, sauren Desoxydiermittel
behandelt. Dann folgt eine weitere Wasserspülung, und das AIuminiummetall ist fertig für die Ätzung.

Die Alkalimetallhydroxyde werden in wässeriger Lösung in
! mehrfachen Stufenverfahren angewandt. Da sie geringe Kosten ver-
', Ursachen und ständig verfügbar sind, wird fast ausschließlich
ι Natriumhydroxyd für die Ätzung von Aluminium angewandt.

Die Konzentration des Alkalis in der ersten oder oxydie-■ renden Ätzlösung liegt im Bereich von etwa 15 bis 50 Gramm pro
! Liter, ausgedrückt als Natriumhydroxyd. Höhere Konzentrationen

von Alkali bewirken rasche Erschöpfung des Oxydationsmittels.
j Eine Konzentration von 30 bis 45 Gramm pro Liter wird als opti- ! 1 mal bevorzugt. j

I I

ϊη der zweiten oder konventionellen Ätzlösung befindet \ sich die Alkalikonzentration in dem Bereich von etwa 15 bis etwa j

j 200 Gramm pro Liter, ausgedrückt als Natriumhydroxyd. ·

I i

i ;

I I

I Die Ätzverfahren der vorliegenden Erfindung werden im all-! j gemeinen durch Eintauchen der Werkstücke in die Ätzlösung durch- j j geführt, die in einem Stahltank enthalten ist. Die Tanks sind j

i " t

; mit Schlangen zum Heizen und/oder Kühlen des Ätzbades ausge- >

rüstet. Eine Rührung des Bades ist erwünscht, um eine gleich- j

mäßige Konzentration der Ätzlösung aufrecht zu erhalten, beson- ■

ι ders an'der Fläche des Werkstückes. Eine gute Ventilation ist

erforderlich, um die Laugedämpfe und das Nebenprodukt Wasser- ;

stoff zu vertreiben. ;

■ - 8 - j

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Das Verfahren zum Ätzen von Aluminium, das eine nachfolgende oder stufenweise Ätzbehandlung anwendet, ist als Eintauch- oder Sprühverfahren anwendbar. Im allgemeinen wird das Eintauchverfahren angewandt.

Meist wird die erste Ätzbehandlung, die das Oxydationsmittel enthält, fortgesetzt, bis eine eisgraue, weiß scheinende Oberfläche erhalten wird und eine ebene Fläche mit Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche entsteht. Die zweite Ätzbehandlung wird dann solange fortgesetzt, bis die Aluminiumoberfläche gleichförmig erscheint und eine niedrige Spiegelung besitzt. Gleichzeitig werden nahezu alle Unregelmäßigkeiten der Oberfläche entfernt, und die Aluminiumoberfläche eisgrau und weiß. ist. Die Zeit für jede Ätzbehandlung beträgt etwa eine bis vier Minuten. Jedoch wurden auch Ätzbehandlungen von einer bis sechs Minuten angewandt. Wenn zwei aufeinanderfolgende Ätzbehandlungenvon jeweils zwei Minuten bei dem Verfahren angewandt werden, so lassen sich diese vier Minuten Ätzdauer mit einer Ätzdauer von 10 bis 15 Minuten vergleichen, wenn man die üblichen Ätzverfahren und Lösungen auf Aluminiummetall anwendet,das vorher mechanisch poliert worden ist.

Wenn eine befriedigende Oberflächenbedingung erzielt worden ist, so ist es für die praktische Anwendung des Ätzbehandlungsverfahrens erwünscht, die Ätzdauer nach und nach zu reduzieren und die Ergebnisse jeder Ätzzeitverkürzung auf die Metalloberfläche zu beobachten. Die Ätzdauer wird in dem ersten ! Ätzbad auf diese Weise reduziert, bis eine Oberfläche erhalten wind, die noch annehmbar ist. Dies.wäre die Minimalzeit für das Ein- ! tauchen in die erste Ätzlösung. Eine möglichst geringe Eintauch- j zeit in die erste Ätzlösung mit dem Oxydationsmittel ist er- ■ wünscht, da diese die teuerste Ätzlösung ist, die ergänzt werden muß.

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Die Quellen der Oxydationsmittel, die bei der ersten oder oxydierenden Ätzlösung zur Ätzung von nicht poliertem Aluminium angewandt werden, sind folgende:

für Persulfate ,

für Peroxyde für Perborate für Perjodate für Chlorite für Chlorate

für Perchlorate für Jodate für Hypochlorite

für Nitrite

für Bromate für Peroxyphosphate -

Ammoniumpersulfat, Natriumpersulfat und Kaliumpersulfat;

Wasserstoffperoxyd und Natriumperoxyd; Natriumperborat und Kaliumperborat; Natriumperjodat und Kaliumperjodat; Natriumchlorit und Kaliumchlorit; Natriumchlorat, Kaliumchlorat und Ammoniumchlorat;

Natriumperchlorat und Kaliumperchlorit Natriumjodat und Kaliumjodat; Natriumhypochlorit, Kaliumhypochlorit und Calciumhypochlorit; Natriumnitrit, Kaliumnitrit und Ammoniumnitrit;
Kaiiumb romat; und
Kaliumperoxydiphosphat.

Das Oxydationsmittel in der Alkalimetallhydroxydlösung wird in einer Konzentration von etwa 2 bis 120 Gramm pro Liter angewandt. Etwa 2 Gramm pro Liter beträgt die minimale Konzentration des Oxydationsmittels, das eine annehmbare äußere Oberfläche gewährleistet. Dies wird durch Beobachtung festgestellt und/oder durch Messung der totalen und diffusen Reflexion mit einem Photo-Volt-Reflektometer.

Ein bevorzugter Konzentrationsbereich für das Oxydationsmittel beträgt etwa 30 bis 60 Gramm pro Liter. Bei dieser Konzentration ist die Reflexion des geätzten Aluminiums im allge- :meinen nicht spiegelnd. Bit Konzentrationen, die höher liegen jals 120 Gramm pro Liter _t werden keine erhöhten Vorteile beobachtet

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- ίο -

Wenn Nitrite bei der ersten Ätzlösung angewandt werden, ist es erwünscht, aber nicht erforderlich, daß Nitrat in einer Konzentration von etwa 5 Gew. % des Nitritgehaltes vorliegt. Das Nitrat wird zugegeben als eine Verbindung von Natriumnitrat, Kaliumnitrat und Ammoniumnitrat. Eine bevorzugte Konzentration des Alkalimetallnitrites beträgt 5 bis 25 Gramm pro Liter Wasser.

Das Oxydationsmittel kann dem Bad in Form eines Pulvers oder einer wässerigen Lösung zugegeben werden.

Beim Betrieb der Ätzbäder ist es erwünscht, die erste ! oder oxydierende Ätzlösung alle zwei Stunden zu analysieren, um ; die Konzentration des Oxydationsmittels und die Konzentration des Alkalihydroxydes zu ermitteln. Wiederauffüllungen erfolgen entsprechend den Analysenangaben. Das chelatbildende Agens wird in Kombination mit dem Alkalihydroxyd geliefert, und eine getrennte Analyse für das Agens ist nicht erforderlich.

Die zweite oder übliche Ätzlösung sollte mindestens alle vier Stunden analysiert werden, und die Wiederauffüllung des Ätzmittels sollte entsprechend den Analysen erfolgen. In dieser Ätzlösung wird das chelatbildende Agens üblicherweise in Kombination mit Alkalihydroxyd geliefert.

Die chelatbildenden Agentien, die wirksam und verträglich mit der ersten Ätzlösung sind und das Oxydationsmittel enthalten, sind Sorbitol, Gluconsäure und Glucoheptonsäure und ihre Alkalimetallsalze. Diese chelatbildenden Agentien werden in Konzentrationen angewandt, die in der Technik allgemein bekannt sind, und bewegen sich im Bereich von 0,5 bis 15 Gramm pro Liter. Als allgemeine Regel kann als Minimalbeitrag für das chelatbildende Agens mit etwa 2 Gew.# des Alkalimetallhydroxydgehaltes gerechnet werden.

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- li -

Bei der üblichen und nichtoxydierenden Ätzlösung kann als chelatbildendes Agens jedes Agens angewandt werden, das zur Hintanhaltung der Ausfällung von Tonerde während der Ätzung vorteilhaft ist. Solche Agentien sind z.B.Sorbitol, Gluconsäure, Glucoheptonsäure, Mannit, Ascorbinsäure, Sorbose, Tannin, Äthylendiamin-tetra-essigsäure, Natriumchromglucosat, Diglycolsäure, Pikolinsäure, Asparaginsäure, Dithiooxamid, d-Gluconsäurelacton und L-Rhamnose. Diese chelatbildenden Agentien werden in Konzentrationen angewandt, die in der Technik allgemein bekannt sind. Sie liegen meist im Bereich von 0,5 bis 15 Gramm pro Liter. Als allgemeine Regel kann die geringste Menge des chelatbildenden Agens mit 2 % des Gehaltes an Alkalimetallhydroxyd errechnet werden.

Die beste Art, die vorliegende Erfindung durchzuführen, geht aus folgenden Beispielen hervor: Bei diesen Versuchen wurden verschiedene Reihen für die Ätzung angewandt, wobei die Zusammensetzung der Ätzlösung und die Behandlungsdauer variiert wurden. Die Ätzergebnisse wurden gemessen mit einem Photo-Volt-Reflectometer, Modell 610. Die Totalreflexion wurde gemessen als pro~ zentualer Anteil der Reflexion, die erhalten wurde, indem man das Reflektometer bei 100 auf die Skala setzte, wobei man gereinigtes, desoxydiertes, aber nichtgeätztes Aluminiummetall anjwandte. Eine Totalreflexion bei 70 würde eine Abnahme der Totalreflexion um 30 % bedeuten.

Die diffuse Reflexion wurde gemessen, indem man den oberen Teil des Photo-Volt-Reflektometers bei 25 der Skala einstellte, wenn die Reflexion von dem gereinigten, desoxydierten, aber nicht

jgeätzten Aluminiummetall abgelesen wurde. Bei diesem Ablesen erscheint die Oberfläche des Aluminiums leicht eisgrau, leicht weiß und verdeckt die Oberflächenmängel schlecht. Jedes Ablesen um stellt eine Zunahme der diffusen Reflexion dar. Diese Zunahme entspricht der Zunahme der Anzahl der Korrosionsvertiefungen auf tiem Aluminiummetall, die durch das Ätzverfahren bewirkt werden, feline diffuse Reflexion von 30 stellt ein Minimum der diffusen

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Reflexion dar, die einem annehmbaren Betrag entspricht, wie er für Zwecke der Architektur Anwendung findet. Bei einer diffusen Reflexion von 30 werden die Mängel der Oberfläche gut verdeckt, und das Aluminium erscheint gleichmäßig, eisgrau und mäßig weiß in der Farbe. Gemäß der vorliegenden Anmeldung bedeutet der Ausdruck "niedrige Spiegelung", daß die Metalloberfläche eine diffuse Reflexion von 30 oder darüber besitzt, wenn sie - wie ober angegeben - gemessen wird. Jede diffuse. Reflexion über 30 stellt gleichfalls eine zufriedenstellende Ätzung dar. Bei einer diffusen Reflexion von etwa 45 sind praktisch alle Oberflächenmängel verdeckt, und die Aluminiumoberflache erscheint eisgrau und gleichförmig.

Bei allen diesen Versuchen wurde das Aluminiummetall für die Ätzung hergestellt, indem es in einem inhibierten, mild alkalischen Reiniger gereinigt, mit Wasser gespült, in einem inhibierten, sauren Desoxydiermittel behandelt, dann wieder mit Wasser gespült und schließlich geätzt wurde. Die gleiche Aluminiumlegierung und das gleiche chelatbildende Agens wurden angewandt, um Vergleichsergebnisse zu sichern. Nach dem Ätzen wurde das Metall mit Wasser gespült, mit inhibierter Säure mattiert, wieder mit frischem Wasser gespült und in der Luft getrocknet. Die geätzte Oberfläche wurde dann sofort besichtigt und mit dem Reflektometer geprüft.

Versuch 1

Dieser Versuch stellt eine gewöhnliche Ätzbehandlung mit einer gewöhnlichen Ätzlösung dar.

Aluminiumstränge wurden 8 Minuten bei Jl⁰C in einer wässerigen Lösung geätzt, die 29,4 Gramm pro Liter Natriumhyäroxyd ' und 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol enthielt. Die totale Reflexion betrug 69,9 und die diffuse Reflexion 25- Die Oberfläche erschien :leicht eisgrau und leicht weiß. Die Metallmängel waren nur leicht verdeckt. Die Oberfläche war für Architekturzwecke nach heutigen • Ansprüchen nicht brauchbar. _ ι ·* _

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Versuch 2

Dieser Versuch offenbart die Wirkung der Ätzbehandlung in mehreren Stufen oder in aufeinanderfolgenden Behandlungen mit kurzer Zeit, wobei die üblichen Alkalimetallhydroxyd Ätzlösungen in beiden Stufen angewandt wurden.

Aluminiumstränge wurden zuerst 4 Minuten bei 71°C in einer wässerigen Lösung geätzt, die 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd und 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol enthielt. Die Presslinge wurden mit Wasser gespült, mattiert und dann 4 Minuten bei 71°C mit einer zweiten Ätzlösung durch Eintauchen in Berührung gebracht, die 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd und 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol enthielt.

Die totale Reflexion betrug 60,I₁ und die diffuse Reflexion war 27>5. Das Metall erschien leicht eisgrau, weißer als in Versuch 1 und verbarg die Mängel der Oberfläche leidlich. Die Ätzbehandlung befriedigte nicht für die Herstellung von Aluminium j für Zwecke der Architektur.

Versuch 3

Dieser Versuch stellt eine gewöhnliche Ätzbehandlung dar, wobei die Ätzlösung durch Zugabe von Natriumchromat und einem oberflächenaktiven Mittel abgeändert wurde, das einen wirksameren Alkaliverbrauch vorsieht und die Lebensdauer des Bades verlängert.

Aluminiumstränge wurden 8 Minuten bei einer Temperatur von 71°C in eine wässerige Lösung eingetaucht, die 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd, 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol, 0,0015 Gramm pro Liter Pluoralkyl als oberflächenaktives Lösungsmittel !gemäß der US-Patentschrift 3 557 000 sowie 0,0525 Gramm pro Liter Natriumchromat enthielt.

j Die Oberfläche zeigte eine Totalreflexion von 25,5 und eine

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diffuse Reflexion von 30,0. Die Oberfläche erschien eisgrau, mäßig weiß und verbarg Oberflächenfehler ziemlich gut. Die geätzte Oberfläche wurde als Grenzwert bei der Verwendung für Zweck der Architektur angesehen.

Versuch 4

Dieser Versuch zeigt die Ergebnisse zweier Ätzungen bei 4 Minuten, wobei dazwischen mit Wasser gespült, mattiert und danach nochmals mit Wasser gespült wurde, im Vergleich zu einer 8 Minuten Ätzung in den Lösungen, wie sie im Versuch 3 angewandt werden. Die Temperatur betrug Jl⁰C bei jeder fitzung.

Nach der Ätzung in zwei Stufen zeigte die Oberfläche des Aluminiums 20,0 bei totaler Reflexion und bei diffuser Reflexion 32,5. Die Oberfläche erschien eisgrau, etwas weisser als im Versuch 3 und verdeckte die unregelmäßigkeiten der Oberfläche gut. Diese Oberfläche war für Zwecke der Architektur noch brauchbar.

Versuch 5

Bei diesem Versuch wurde das metallische Aluminium aufeinanderfolgenden Ätzbehandlungen unterworfen, wobei die erste Ätzlösung eines der erfindungsgemäßen Oxydationsmittel enthielt.

Aluminiumstränge wurden in eine wässerige Lösung getaucht, die 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd, 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol, 45 Gramm pro Liter Natriumnitrit und 0,9 Gramm pro Liter Natriumnitrat enthielt. Es wurde eine Temperatur von 71°C \ vier Minuten lang angewandt. Die Stränge wurden mit Wasser ge- I spült, mattiert, nochmals mit Wasser gespült und dann in einer j Ätzlösung geätzt, die 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd, 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol, 0,0015 Gramm pro Liter Pluoralkyl

ι als oberflächenaktives Mittel und 0,0525 Gramm pro Liter Natrium- \ chromat enthielt. Die Temperatur betrug 71°C, die Versuchsdauer j vier Minuten.

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Nach der Spülung und Trocknung betrug die totale Reflexion weniger als 1,0 und die diffuse Reflexion 45,0. Die Oberfläche erschien eisgrau und weiß und verbarg die Oberflächenmängel sehr gut. Es wurde keine Spiegelung bei der Reflexion beobachtet. Die geätzte Oberfläche eignete sich vorzüglich für Zwecke der Architektur.

Versuch 6

Bei dieBem Versuch wurde Natriumgluconat als chelatbildende Mittel verwendet. Aluminiumstränge wurden zuerst in eine Ätzlösung getaucht, die 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd, 0,6 Gramm pro Liter Natriumgluconat, 45 Gramm pro Liter Natriumnitrit und 5»0 Gramm pro Liter Natriumnitrat enthielt» Der Versuch wurde bei 71°C ausgeführt, die Versuchsdauer betrug vier Minuten.

Das Aluminiummetall wurde dann in einer zweiten Lösung geätzt, die 29,4 Gramm pro Liter Natriuiahydroxyd, 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol, 0,0015 Gramm pro Liter Pluoralkyl als oberflächen aktives Mittel und 0,0525 Gramm pro Liter Natriumchromat enthielt. Die Versuchsdauer betrug vier Hinuten, die Temperatur 7i°r

Die totale Reflexion war 9,0 und die diffuse Reflexion 38. Die Metalloberfläche erschien eisgrau und weiß und zeigte keinerlei Mängel.

Versuch 7

Bei diesem Versuch wurde das Matriumglucoheptonat durch das Natriumgluconat des Versuchs 6 ersetzt und gab folgende Ergebnisse:

Die totale Reflexion zeigte 4 und die diffuse Reflexion 44. Die Metalloberfläche erschien eisgrau und sehr weiß und verdeckte Oberflächenmängel ausgezeichnet. _ ig _

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Versuch 8

Dieser Versuch zeigt die Minimalkonzentration an Oxydationsmittel, wenn man eine diffuse Reflexion von 30 erhalten will, die als das Minimum für Zwecke der Architektur angesehen weif-

den kann. j

Jedes Oxydationsmittel wurde bei 71°C vier Minuten lang ι in einer Natriumhydroxydlösung mit 29,4 Gramm pro Liter, 0,6 i Gramm pro Liter Sorbitol getestet. Die zweite Ätzlösung ent- | hielt 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd, 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol, 0,0015 Gramm pro Liter Pluoralkyl als oberflächenaktives Mittel und 0,0525 Gramm pro Liter Natriumchromat. Das Eintauchen des Werkstückes betrug 4 Minuten, die Temperatur 71°C.

Die Konzentration des Oxydationsmittels in der ersten Ätzlösung wurde geändert, bis eine diffuse Reflexion von 30 nach den beiden Ätzbehandlungen erhalten wurde. Die Ergebnisse sind j in Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Oxydiermittel Konzentration in Gramm pro Liter

Natriumnitrit 2,0

Ammoniumpersuifat 3*0

Natriurachlorat 2,1

Kaliumperoxydiphosphat 2,35

Wasserstoffperoxyd 2,0

Kaliumperoxyd 2,05

Natriumchlorit 2,1

Caleiumhypochlorit 3,5

Kaliumbromat 2,15

Natriumperborät 2,05

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Versuch 9

In dieser Versuchsreihe wurde die obere Konzentration der j

Oxydationsmittel im ersten Ätzbad geprüft. Bei jedem Versuch .! wurde das Aluminiumwerkstück vier Minuten lang bei 71°C einer : zweiten Ätzung in dem zweiten Ätzbad unterworfen, wie in Versuch j 8 beschrieben ist. Tabelle II zeigt die Zusammensetzung der ersten;

oder oxydierenden Ätzlösung und die Beobachtungen, die auf der | Metalloberfläche nach der zweiten Ätzung gemacht wurden. ^;

	45,Og/Ltr.	Oberflächenbeobachtung
Tabelle II	29,4g/"	Total Reflexion weniger als 1
Zusammensetzung erstes Bad	0,6g/"	Diffuse Reflexion 41
Natriumnitrit	45,Og/"	Eisgrau, sehr weiß, sehr gut
j Natriumhydroxyd	29,4g/"	Total Reflexion 23
Sorbitol	0,6g/"	Diffuse Reflexion 4l
Wasserstoffperoxyd	45,Og/"	Eisgrau, sehr weiß sehr gut
iNatriumhydroxyd	29,4g/"	Total Reflexion 32
Sorbitol	0,6g/"	Diffuse Reflexion 38,5
N at riumchlorit	45,Og/"	Leicht eisgrau, weiß, gut
INatriumhydroxyd	29,4g/"	Total Reflexion 58
j Sorbitol	o,6g/"	Diffuse Reflexion 36
i Calciumhyprochlorit	80,0g/"	Leicht eisgrau, leicht weiß, ziemlich gut
Natriumhydroxyd	29,4g/"	Total Reflexion 13,5
Sorbitol j ■	0,6g/"	. Diffuse Reflexion 49
Natriumnitrit		Eisgrau, weiß, ausge zeichnet
Natriumhydroxyd		- 18 -
Sorbitol

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Tabelle II (Portsetzung)

Natriumnitrit

Natriumhydroxyd

Sorbitol

120,0g/Ltr. 29,4g/" . 0,6g/"

Total Reflexion 13,0 Diffuse Reflexion 49

Eisgrau, sehr weiß, ausgezeichnet

Natriumchlorat

Natriumhydroxyd

Sorbitol

Natriumperborat
Natriumhydroxyd
Sorbitol

j Kaliumperoxydiphosphat

Natriumhydroxyd
Sorbitol

Versuch 10

120,0g/"

29,4g/"

0,6g/"

100,0g/"

29,4g/"

0,6g/"

120,0g/"

29,4g/"

0,6g/¹¹

Total Reflexion 54,0 Diffuse Reflexion 28,5 Eisgrau, weiß, ziemlich gut'

Total Reflexion 24,5 Diffuse Reflexion 37,0

Eisgrau, weiß, gleichförmig, gut

Total Reflexion 51,0 Diffuse Reflexion 33,5

Ziemlich eisgrau, weiß gleichförmig, ziemlich gut

I Dieser Versuch zeigt den Arbeitsbereich einer Alkalimetall- ; hydroxydkonzentration im ersten Ätzbad, das das Oxydationsmittel enthielt.

Die Konzentration von Ätznatron wurde in dem ersten Ätzbad variiert, während die Konzentration des Oxydiermittels die gleiche war (20 Gramm-pro Liter) wie zu Beginn jedes Versuches. Der Verbrauch an Oxydationsmittel wurde nach vier Minuten der Ätzung bei 71°C gemessen. Bei Konzentrationen von 60,0 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd und darüber war der Verbrauch an Oxydationsmittel für einen wirtschaftlichen Betrieb viel zu hoch. Die Ergebnisse sind in Tabelle III enthalten.

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Tabelle III Bad Zusammensetzung

Gramm Oxydationsmittel verbraucht pro Gramm Aluminium, das durch Ätzen entfernt

Natriumnitrit Natriumnitrat Natriumhydroxyd Sorbitol

N at riumnit rit Natriumnitrat Natriumhydroxyd Sorbitol

Natriumnitrit Natriumnitrat Natriumhydroxyd Sorbitol

Versuch

20,0g/Ltr.

1,0g/" 33,7g/"

0,7g/"

20,0g/"

1,0g/" 92,2g/"

1,8g/"

20,0g/" 1,0g/"

41,758/" 0,83g/"

20,0g/"

1,0g/» 60,0g/"

1,2g/"

20,Og/"

1,0g/» 15,0g/"

0,5g/"

5,3

21,0

9,5

13,5

3,6

Diese Versuche zeigen praktisch anwendbare Temperaturen in dem ersten Ätzbad mit dem Oxydationsmittel. Das Aluminium wurde in· den ersten Bad vier Minuten lang geätzt und zwar bei variierenden

-" 20 Α0 98 0 87Ϊ15 1

Konzentrationen und Temperaturen, denen eine zweite Ätzung folgte Danach wurde mit Wasser vier Minuten lang gespült und zwar bei einer Temperatur von 71⁰C. Das Bad enthielt 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd, 0,6 Gramm pro Liter Sorbitol, 0,0015 Gramm pro Liter Pluoralkyl als oberflächenaktives Mittel und 0,0525 Gramm pro Liter Natriumchromat. Die Ergebnisse sind in Tabelle IV angege ben.

Tabelle IV Erste Ätzlösung mit Oxydationsmittel Zusammensetzung

Natriumchlorat
Natriumhydroxyd

Sorbitol

Natriumnitrit
Natriumhydroxyd

Sorbitol

Kaliumperchlorat
N at r iumhy drο xy d

Sorbitol

Kaliumjodat
Nat riumhydroxyd

Sorbitol

Temperatur C

45,Og/Ltr. 71°C
29,4g/"

0,6g/"

50,0g/" 29,4g/"

0,6g/» 55°C

2,0g/" 20,4g/"

0,6g/" 71°C

Metalloberfläche

Total Reflexion 32,C

Diffuse Reflexion 38,5

Leicht eisgrau, weil gut, gleichmäßig

Total Reflexion 39, fi

Diffuse Reflexion 33,5

Eisgrau, mäßig weiß gleichmäßig, ziemlich gut

2,0g/"	71°C	Total Reflexion 56,
29,4g/"		Diffuse Reflexion 30,0
0,6g/"		Leicht eisgrau, wei ziemlich gut

Total Reflexion 31,<

Diffuse Reflexion 37,5

Eisgrau, weiß, gleichförmig, gut

- 21 -

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Tabelle IV (Fortsetzung)

Kaliumperchlorat	45,Og/Ltr.	71°C
Natriumhydroxyd	29,4g/Ltr.
Sorbitol	0,6g/"
Natriumnitrit	24,Og/"	66⁰C
Natriumnitrat	1,0g/"
Nat riumhydroxyd	22,0g/"
Sorbitol	0,5g/"
Natriumchlorit	45,Og/"	94°C
Natriumhydroxyd	29,4g/"
Sorbitol	0,6g/»
Versuch 12

Total Reflexion 49,0 Diffuse Reflexion 31,0

Leicht eisgrau, weiß ziemlich gut

Eisgrau, sehr weiß gleichmäßig, ausgezeichnet, keine Spiegelung

Total Reflexion weniger als 1

Diffuse Reflexion 34,0

Eisgrau, weiß,, gut, gleichförmig

Dieser Versuch zeigt verschiedene Konzentrationen für die chelatbildende Verbindung in der ersten Ätzlösung mit dem Oxydationsmittel. Abgesehen von der chelatbildenden Verbindung enthielt die erste Ätzlösung 45,0 Gramm pro Liter Natriumchlorit und 29,4 Gramm pro Liter Natriumhydroxyd. Die erste Ätzung durch Eintauchen dauerte vier Minuten bei 71⁰C Nach der Spülung mit Wasser, Mattierung und einer zweiten Spülung mit Wasser wurde das Werkstück vier Minuten bei 71⁰C in der zweiten Ätzlösung gemäß Versuch 11 geätzt. Die Ergebnisse werden in Tabelle V angegeben.

- 22 -

409808/1 1 51

-	Tabelle V
Zusammensetzung der	1. Ätzlösung
Natriumchlorit	45,Og/Ltr.
Natriumhydroxyd	29,4g/"
Sorbitol	5,0g/"
Natriumchlorit	45,Og/"
Natriumhydroxyd	29,4g/"
Sorbitol	10,0g/"
Natriumchlorid	45,Og/"
Natriumhydroxyd	29,4g/"
Sorbitol	15,0g/" '

Metalloberfläche

Total Reflexion - weniger als 1

Diffuse Reflexion 36,0 Eisgrau, weiß, gleichförmig gut

Total Reflexion 2,0 Diffuse Reflexion 32,5

Eisgrau, weiß, ziemlich gut, gleichmäßig

Total Reflexion 3,5 Diffuse Reflexion 30,0

Eisgrau, weiß, ziemlich gut.

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Claims

^υ*ΕΤ 'ICH LtVVfWSiTV 7. August 1973

PAT- '^JIVr \\

7587-HI/fe

^Te'efon 56 17 62

Pennwalt Corporation Philadelphia, Pennsylvania 19102 ( V.St.A.)

Patentansprüche:

Verfahren zum Ätzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen zur Erzielung einer geätzten Oberfläche mit niedriger Reflexion, wobei man Aluminium oder Aluminiumlegierungen einer Anzahl von aufeinanderfolgenden ätzenden Behandlungen in wässerigen alkalimetallhydroxydhaltigen Ätzlösungen unterwirft, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall oder die Legierung zuerst durch Eintauchen des Metalls oder der Legierung in nichtpoliertem Zustand in einer Ätzlösung geätzt wird, die bei einer Temperatur im Bereich von 55°C bis 94°C gehalten wird und die pro j Liter Wasser

15 bis 50 g Alkalimetallhydroxyd,

0,5 bis 15 fr chelatbildendes Agens aus der Gruppe Sorbitol, Gluconsäure, GIucoheptonsäure und deren Alkalimetallsalze, sowie

2 bis 100g eines Oxydationsmittels aus der Gruppe Nitrite, Persulfate, Chlorite, Peroxyphosphate, Chlorate, Perchlorate, Peroxyde, Jodate, Hypochlorite, Perborate, Perjodate und Bromate

j enthält, wonach das geätzte Metall oder die Legierung gespült ' und einer oder mehreren weiteren Ätzbehandlungen unterworfen j wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ätzlösung als Oxydationsmittel 5 bis 120 Gramm pro Liter Natrium- Kalium-oder Ammoniumnitrit enthält.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ätzlösung ebenfalls ein Nitrat in einer Menge bis zu 5 Gew.?, bezogen auf das Gewicht des Nitrits, enthält.
|4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ätzlösung von 5 bis 25 Gramm pro Liter Alkalimetall- " nitrit und 1 bis 5 Gramm pro Liter Alkalimetallnitrat enthält.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der nachfolgenden Ätzungsstufen bei Temperaturen von 49° bis 88⁰C ausgeführt wird, wobei man wässeriges Alkalimetallhydroxyd und von 0,5 bis 50 Gramm pro Liter eines chelatbildenden Mittels anwendet.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzlösung, die mindestens in einer der nachfolgenden Ätzstufen angewandt wird, die gleiche Zusammensetzung besitzt, wie sie in Anspruch 1 für die Ätzlösung der ersten Stufe angegeben wird.

17· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der ersten Ätzbehandlung, jedoch vor jeder folgenden Ätzbehandlung₍das geätzte Metall oder die geätzte Legierung mattiert wird.

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