DE2450175A1

DE2450175A1 - Verfahren zum elektrolytischen einfaerben von aluminium

Info

Publication number: DE2450175A1
Application number: DE19742450175
Authority: DE
Inventors: Fritz Schneeberger; Walter Zweifel
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1973-11-09
Filing date: 1974-10-22
Publication date: 1975-05-15
Also published as: CA1030483A; NL7414354A; ATA896274A; FR2250835B1; NO137241C; FR2250835A1; AT331607B; CH581706A5; GB1466708A; NO744012L; DK580374A; DK150187C; NO137241B; DK150187B; US3912602A; IT1025421B; SE407084B; ES431704A1; BE821899A; SE7414014L

Description

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, ChippiS

Verfahren zum elektrolytischen Einfärben von Aluminium

Priorität:

9. November 1973/Schweiz Anmelde-Nr. 15 799/73

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrolytischen Einfärbung von anodischen Oxidüberzügen auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen mit Wechselstrom

Es ist bekannt, daß Oxidschichten auf Al und Al-Legierungen, welche beispielsweise nach dem GS-Verfahren hergestellt worden sind, durch anschließende Wechselstrombehandlung in sauren, wässrigen Metallsalzlösungen eingefärbt werden können. Durch die Ventilwirkung der Oxidschicht wird der Wechselstrom weitgehend gleichgerichtet, und in der Phase, ±n welcher das Werkstück kathodisch ist, findet durch Reduktion der Kationen eine Metallabscheidung in den Oxidporen statt.

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Für diese Metallabscheidung ist der pH-Bereich der Metallsalzlösung von entscheidender Bedeutung. Die dabei freiwerdenden Protonen wirken sich in einem stark sauren Breich, in welchem die Protonenkonzentration schon hoch ist, nur wenig aus. In einem schwach, sauren Bereich hingegen, in welchem die Protonenkonzentration um einige Zehnerpotenzen niedriger ist,

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ORIGINAL INSPECTED

haben die zusätzlichen Protonen eine bedeutende Auswirkung. Daher ist bei Elektrolyten mit Metallsalzen, deren Metalle aus schwach sauren Lösungen, z.B. im pH-Bereich zwischen ¹I und 6, abgeschieden werden, eine bedeutende pH-Verschiebung zu erwarten. Die Pufferwirkung der Borsäure reicht nicht aus, ein starkes Absinken des pH-Wertes zu vermeiden.

Die Zunahme an freier. Säure im Verlauf der Einfärbung erfolgt vor allem, wenn mit inerten Gegenelektroden, beispielsweise . aus Grafit, gearbeitet wird.

Dem Ungleichgewicht der Elektrodenreaktion ist man bisher begegnet, indem für die pH-Einstellung Ammoniumhydroxid oder allenfalls Alkalihydroxide verwendet worden sind. Das wirkt sich aber eher nachteilig aus, weil diese Zusätze in gewissen Elektrolyten zu Pitting, d.h. nadelstich- oder punktförmigen Fehlstellen, und lokalem Abplatzen der Oxidschichten führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einfärben von vorgängig anodisch oxidierten Gegenständen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch elektrolytisches Behandeln der Aluminiumoxidschicht mit Viechseistrom in einem sauren, wässrigen Elektrolyten, der farbgebende Metallsalze enthält, zu entwickeln, mit welchem schnell und reproduzierbar eine erhöhte Farbegalität erreicht werden kann. Damit sollen auch die erwähnten Mängel beseitigt werden. .;

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Elektrolyt mit einem Aminoalkoholzusatz versetzt wird. Dieser Zusatz kann zu einem bereits in Betrieb stehenden Elektrolyten gegeben werden, um den in Verlauf des Einfärbeverfahrens sinkenden pH-Wert zu korrigieren. Die Aminoalkohole werden kontinuierlich oder periodisch hinzugefügt, bis der gewünschte pH-Wert wieder erreicht ist.

Es ist vorteilhaft, bereits beim Ansetzen eines neuen Elektrolyten einen Aminoalkoholzusatz vorzunehmen. Die erwünschte Wirkung, kann jedoch nur erzielt werden, wenn mindestens 1 g/l, vorzugsweise mindestens 2 g/l eines Aminoalkohole hinzugefügt werden. Wenn durch diesen Zusatz der pH-Wert zu stark ansteigt, so kann er durch Zugabe von Schwefeisäure korrigiert werden.

Der Färbeelektrolyt kann alle bekannten Metallsalze enthalten, vorzugsweise die Ionen von mindestens einem der Metalle Ni, Co, Cu, Sn, Ag, Fe.

Die Aminoalkoholzusätze, insbesondere Mono-, Di- und Triäthanolamin, haben den Vorteil, dass einerseits der pH-Wert erhöht werden kann, andererseits günstigere Abscheidungsbedingungen für die Metallionen entstehen. So wird beispielsweise wegen der erhöhten Leitfähigkeit die Farbegalität der gefärbten Oxidschichten verbessert. Ein weiterer Verteil der Zusätze von Aminoalkoholen besteht darin,

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dass bei den üblich angewandten Färbezeiten eine. intensivere, dunklere Farbtönung erhalten wird. Für einen bestimmten Farbton benötigt man also eine kürzere Färbezeit und/oder die Viechseistromspannung kann reduziert werden. Ferner wird die Empfindlichkeit der Elektrolyte auf zufällige Verunreinigungen durch Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumioneh herabgesetzt, was sich derart äussert, dass bei üblichen Bedingungen, auch bei dunklen Farben, keine nadelstich- und punktförmigen Fehlstellen auftreten.

Die gefärbten Aluminiumgegenstände werden vorzugsweise, aber nicht ausschliessüch, für dekorative Zwecke und in der Aussenarchitektur eingesetzt.

Beispiel 1

Blechförmige Proben aus einer Aluminiumlegierung, welche aus 1,4 - 1,8* Mg, 0,4* Fe, 0,4* Si, 0,1 - 0,3* Mn, 0,1* Zn, 0,05* Cu, Rest Al mit üblichen Verunreinigungen, besteht, v/erden in Schwefelsäure anodisiert und anschliessend in einem wässrigen Färbeelektrolyten, der

80 g/l CoSO. . 7 HO

4o g/i NisoJ . 7 h;o

40 g/l Η,ΒΟ; ^d 1 g/l CdSO^

enthält, bei einer Temperatur von 20 - 25°C mit Wechselstrom behandelt. Gegenüber der Mitte einer Probenfläche wird einseitig ein Grafitstab mit 6 mm Durchmesser, in einem Abstand

von 8 cm, als Gegenelektrode benützt. '

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Beim Anlegen einer Spannung von 16 V/v während 120 see erhält man eine Färbung mit einem mittelbronzenen Ton. Auf der der Grafit gegenele.kt ro de abgewandten Fläche zeigen die Proben Farbunegalität in Form von dunklen Randflächen.

Werden die Proben unter gleichen Bedingungen während 15 min einem Wechselstrom von 16 V/v unterworfen, so zeigen sie eine schwarze Farbe. Wegen der tiefschwarzen Einfärbung sind keine Unregelmässigkeiten mehr festzustellen.

Beispiel 2

Rund 100 voranodisierte Proben mit einer Gesamtfläche von

1 m v/erden nacheinander in einem Elektrolyten gefärbt, wobei die Legierung der Proben, die Zusammensetzung des Elektrolyten, die geometrische Anordnung, und die Wechselstromspannung mit Beispiel 1 übereinstimmen. Im Verlauf des Einfärbens sinkt der pH von 4,7 auf 4,2; alle'Proben zeigen die in-Beispiel 1 erwähnte Farbunegalität.

Durch einen Zusatz von· 4 g/l Triäthanolamin zum Elektrolyten wird der pH wieder von. 4,2 auf 4,7 erhöht. Anschliessend werden wieder etwa 100 Proben gefärbt, indem Wechselstrom von 16 V angelegt wird. Nach nur 90 statt 120 see Behandlungszeit erhält man denselben mittelbronzenen Ton wie in Beispiel 1, alle Proben zeigen auf beiden Flächen einj regelmässige Einrifci· Im Verlauf des Einfärbens der 100 Proben sinkt der

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pH wiederum auf 4,2; er kann durch eine erneute Triäthanolaminzugabe wieder erhöht werden.

Für eine Schwarzfärbung der gleichen Intensität wie in Beispiel 1 ist eine Behandlungszeit von lediglich 10 statt 15 min erforderlich.

.Durch den Zusatz von Triathänolamin kann also nicht nur der ursprüngliche pH-Wert des Färbebades wieder hergestellt werden, es.ist auch eine Verkürzung der Färbezeit sowie eine Verbesserung der Farbegalität erreichbar.

Dieses Beispiel zeigt auch, dass die gefärbten Proben erst die gewünschte Farbegalität aufweisen, wenn Triäthonolamin zugegeben worden· ist. Bei einer wirtschaftlichen Anwendung des Verfahrens müssen daher schon vor dem Einfärben mindestens 1 g/l eines Aminoalkohols zugegeben v/erden.

Beispiel 3

Voranodisierte Proben mit derselben Legierungszusammensetzung wie in Beispiel 1 werden einem wässrigen Farbeelektrolyten, der 20 g/l SnSO₁. und 7 g/l H₃SO₁₁ enthält, was einen pH von 1,J» ergibt, bei 20-25°C mit Wechselstrom behandelt.

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Wenn der pH auf 1,3 gesunken ist, werden 3 g/l Monoäthanolamin zugegeben. Dadurch wird nicht nur der pH wieder auf 1,4 erhöht, auch die Farbegalität wird verbessert, und die Einfärbezeit verkürzt. Obwohl, abgesehen vom Monoäthanolaminzusatz, mit gleichen Bedingungen wie bei üblichen Verfahren gearbeitet wird, kann also ein bestimmter Farbton aus der erreichbaren Farbskala schneller und in besserer Qualität hergestellt werden.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum Einfärben von vorgängig anodisch oxidierten Gegenständen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch elektrolytisches Behandeln der Aluminiumoxidschicht mit Wechselstrom in einem sauren, wässrigen Elektrolyten, der farbgebende Metallsalze enthält, dadurch gekennze i chnet, daß der Elektrolyt mit einem Aminoalkoholzusatz versetzt wird.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Verlauf des Einfärbens sinkende pH-Wert durch einen Aminoalkoholzusatz korrigiert wird.

3) Verfahren"nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ansetzen eines neuen Elektrolyten mindestens 1 g/l eines Aminoalkohols zugegeben wird. „

4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 2 g/l eines Aminoalkohols zugegeben werden.

5) Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die Aminoalkoholzugabe vor dem Einfärben zu stärk erhöhter pH-Wert mit Schwefelsäure korrigiert wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aminoalkohole Mono-, Di- oder Triäthanolamin sowie Mischungen davon sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt die Ionen von mindestens einem der Metalle Ni, Co, Cu, Sn, Ag, Fe enthält.

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