DE2721573B1 - Verfahren zum Reinigen von anodischen Oxidschichten auf Aluminium oder dessen Legierungen im Bauwesen - Google Patents
Verfahren zum Reinigen von anodischen Oxidschichten auf Aluminium oder dessen Legierungen im BauwesenInfo
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Description
Werkstoffe aus Aluminium oder dessen Legierungen, die im Bauwesen Verwendung finden sollen, werden
häufig mit anodisch erzeugten Oxidschichten versehen. Durch die Anodisierung werden dünne Schichten aus
Aluminiumoxid auf der Oberfläche ausgebildet, die im Herstellungsprozeß dann, meistens durch Behandlung
mit siedendem Wasser, verdichtet werden, so daß die Poren verschlossen sind. Die so behandelten
Aluminiumoberflächen sind sehr hart und gegen Witterungseinflüsse weitgehend geschützt. Daher gelangt
solches anodisiertes Aluminium in der Architektur wegen seiner hohen Schutzwirkung und des attraktiven
Aussehens, insbesondere bei Außenanwendungen, häufig zum Einsatz. Großflächige Aluminiumteile mit
anodisch oxidierter Oberfläche werden beispielsweise oft als Fassadenverkleidungen verwendet.
Obwohl die Wetterfestigkeit des anodisieren Aluminiums
sehr hoch ist, können jedoch trotz der großen Widerstandsfähigkeit der anodischen Oxidschicht Korrosionserscheinungen
auftreten, wenn die Teile längere Zeit, z. B. mehrere Jahre, besonders industrieller oder
verunreinigter städtischer Atmosphäre ausgesetzt waren. Die Oberflächen werden aufgerauht, bedecken sich
mit Korrosionsprodukten, und in den Poren der 5 Oberflächenschicht lagern sich Schmutz und Ruß an.
Solche Teile wirken unansehnlich, fleckig und streifig. Um eine weitere Zerstörung zu vermeiden und das
Aussehen wieder zu verbessern, müssen solche Oberflächen in gewissen Intervallen gereinigt werden. Die
ίο Häufigkeit der Reinigung hängt von der örtlichen Lage
der betreffenden Objekte und dem jeweiligen Verschmutzungsgrad ab.
Für die Reinigung und Pflege von anodisiertem Aluminium im Bauwesen werden neutrale Reinigungsmittel,
z.B. wäßrige Tensidlösungen oder organische Lösungsmittel, empfohlen. Hiermit können jedoch nur
leichte, lose haftende Verschmutzungen, die das Aussehen beeinträchtigen, entfernt werden. Ihr Reinigungseffekt
reicht zur Entfernung von aufgetretenen starken Verschmutzungen und zum Auffrischen von
teilkorrodierten Schichten nicht aus. In Fällen solcher stärkeren Verschmutzungen wird daher empfohlen, die
Oberflächen mit feinkörnigen Poliermitteln mechanisch abzureiben und so den Schmutz mit den Korrosionsprodukten
und einem Teil der Schicht abzutragen. Eine derartige Reinigung ist zwar wirksam, aber mühsam und
zeitaufwendig und dadurch sehr teuer.
Es besteht daher Bedarf an einer vereinfachten Arbeitsweise, die auch stärkere Verschmutzungen und
Korrosionsprodukte von anodischen Oxidschichten auf Aluminium oder dessen Legierungen zu entfernen
gestattet, ohne einen erheblichen mechanischen Aufwand zu benötigen. Bei der Bearbeitung des Problems
zeigten sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten. Übliche alkalische Reiniger, wie sie für die Behandlung von
Aluminium gebräuchlich sind, erwiesen sich, auch wenn sie Inhibitoren gegen den Angriff auf Aluminium
enthalten, als nicht anwendbar, da eine schnelle Zerstörung der Aluminiumoxidschicht eintritt. Auch
zahlreiche Versuche, übliche saure Reiniger zum Einsatz zu bringen, führten nicht zu der gewünschten und
erforderlichen Wirksamkeit, da die meisten Säuren eine nachteilige Lösung der Oxidschicht zur Folge haben
oder aber die sauren Lösungen nur einen unzureichenden Entfernungseffekt für die festhaftenden Verschmutzungen
und Beläge erwiesen. Von den anorganischen Säuren zeigte sich Flußsäure als besonders nachteilig.
Bereits bei Konzentrationen von 0,1% HF erfolgt eine starke Beschädigung der Oxidschicht. Organische
Säuren, wie Weinsäure, Zitronensäure oder Oxalsäure, die gelegentlich auch für die Reinigung von anodisiertem
Aluminium in Betracht gezogen worden sind, greifen zwar die Oxidschicht kaum an, waren jedoch in
der Reinigungswirkung unzureichend. Als saure, wenig angreifende Reinigerkomponenten wurden auch kurzkettige
Phosphorsäureester vorgeschlagen. Ohne mechanische Unterstützung entfernen aber auch solche
Mittel nur leicht anhaftende Verschmutzungen.
Es wurde nun gefunden, daß eine wirksame und zerstörungsfreie Reinigung von anodischen Oxidschichten auf Aluminium oder dessen Legierungen in vorteilhafter Weise derart erhalten werden kann, indem auf die Oberflächen eine wäßrige Lösung, die 0,1 bis 10 Gew.-% saure fluorkomplexe Verbindung der Gruppe III und/oder IV des Periodensystems der Elemente und mindestens 0,1 Gew.-% in der Lösung lösliches und stabiles Tensid enthält und einen pH-Wert im Bereich von 0,8 bis 3 aufweist, bei Umgebungstemperatur in
Es wurde nun gefunden, daß eine wirksame und zerstörungsfreie Reinigung von anodischen Oxidschichten auf Aluminium oder dessen Legierungen in vorteilhafter Weise derart erhalten werden kann, indem auf die Oberflächen eine wäßrige Lösung, die 0,1 bis 10 Gew.-% saure fluorkomplexe Verbindung der Gruppe III und/oder IV des Periodensystems der Elemente und mindestens 0,1 Gew.-% in der Lösung lösliches und stabiles Tensid enthält und einen pH-Wert im Bereich von 0,8 bis 3 aufweist, bei Umgebungstemperatur in
dünnem Film aufgetragen und nach einer kurzen Einwirkungszeit mit Wasser abgespült wird.
Die Anwendungskonzentration der fluorkomplexen Verbindung in der Lösung richtet sich nach dem Grad
der Korrosion der anodischen Schicht, der Art der vorhandenen Verschmutzung und der Anwendungstechnik. Beim Auftrag der Lösung, z. B. durch Bürsten,
können verdünntere Lösungen Anwendung finden als z. B. beim leichten Abwischen mit der Lösung. Im
allgemeinen haben sich Gehalte an fluorokomplexer Verbindung von 4 bis 6 Gew.-% (gerechnet als freie
Säure) bewährt. Es sollte darauf geachtet werden, daß die Behandlungslösung keine freie Flußsäure enthält, da
auch kleine Mengen hiervon den Angriff der Lösung auf die Aluminiumoxidschicht erhöhen würden.
Als fluorokomplexe Verbindungen der Gruppe IH oder IV des Periodensystems der Elemente können
beispielsweise Fluorborate, -aluminate, -Silikate, -titanate oder -zirkonate als Säuren oder Salze einzeln oder im
Gemisch zur Herstellung der Lösung verwendet werden. Vorzugsweise wird eine Behandlungslösung
angewendet, die komplexes Fluorsilizium enthält.
Es ist erforderlich, daß die Behandlungslösung einen pH-Wert im Bereich von 0,8 bis 3 aufweist. Bei der
Herstellung der Lösung kann man daher von den verdünnten Säuren ausgehen, gegebenenfalls durch
Teilneutralisation mit alkalischen Mitteln den gewünschten pH-Wert erhalten oder die entsprechenden
Salze in Lösung bringen und die Lösungen dann mit anorganischen Säuren auf den erforderlichen pH-Wert jo
bringen. Im letztgenannten Fall kann vorteilhaft Schwefelsäure verwendet werden.
Eine wesentliche Komponente der Behandlungslösung ist auch das Tensid. Dieses muß in der Lösung
löslich und stabil sein. Es können anionenaktive, nichtionogene oder kationaktive Mittel angewendet
werden. Besonders bewährt haben sich beispielsweise nichtionogene Produkte von Alkyl- oder Alkylarylpolyglykoläthern
mit einem Anteil von mindestens 15 Athylenoxid-Gruppen. Der Gehalt an Tensid in der
Lösung muß mindestens 0,1 Gew.-% betragen, um eine gute Benetzung und Eindringung der fluorokomplexen
Verbindungen an den behandelten Oberflächen zu gewährleisten. Im allgemeinen empfiehlt es sich, Tensid
nicht in geringeren Mengen als die fluorokomplexe Verbindung einzusetzen.
Die Reiriigungslösungen werden bei Umgebungstemperatur
auf die anodisierten Oberflächen in dünnem Film aufgetragen. Dies kann beispielsweise durch
Aufsprühen, zweckmäßigerweise aber durch Bürsten, Aufwalzen oder im Handwischverfahren geschehen. Im
allgemeinen wird der Auftrag der Lösung so bemessen, daß auf die Oberflächen pro m2 höchstens 1 Liter,
"orzugsweise höchstens 300 ml, Lösung während einer Einwirkungszeit von höchstens 5 Minuten angewendet
wird.
Nach kurzer Einwirkungszeit der Lösung wird dann mit Wasser abgespült. Die Dauer der Einwirkung ist
nicht besonders kritisch, sollte aber im allgemeinen 5 Minuten nicht übersteigen, da die Lösung bereits in
kurzer Zeit sehr wirksam ist.
Es war überraschend, daß es auf die angegebene Weise möglich ist, auch stark verschmutzte und
ankorrodierte anodische Oxidschichten schnell und wirksam zu reinigen, ohne daß ein meßbarer Angriff auf
die anodische Oxidschicht eintritt. Dies Ergebnis war keineswegs zu erwarten, da Vorschläge bekannt waren,
beispielsweise Kieselfluorwasserstoffsäure zur Beseitigung von Oxidschichten vor dem Schweißen anzuwenden
oder hydrolysierbare Fluoridsalze zum Glanzbeizen von Aluminium zu benutzen. Man mußte daher davon
ausgehen, daß solche Stoffe sich für den vorgesehenen Zweck nicht eignen würden.
In den nachstehenden Beispielen wird die vorgeschlagene Arbeitsweise erläutert.
Eine 5 Gew.-% Natriumsilicofluorid enthaltende
wäßrige Lösung wurde mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 1,5 eingestellt und dann 10 Gew.-%
Nonylphenolpolyglykoläther mit 15 Äthylenoxidgruppen zugegeben. Die Lösung wurde bei Umgebungstemperatur
auf anodisch oxidierte Aluminiumbleche (Dicke der Schicht 20—26μΐτι) aufgetragen, 5 Minuten
einwirken gelassen und mit Wasser abgespült. Die Bleche wurden dann mit Preßluft getrocknet.
Aus Proben vor und nach der Behandlung wurden metallurgische Schliffe hergestellt und die Dicke der
Oxidschicht durchgemessen. Zwischen den behandelten und nicht behandelten Schichten konnte kein Unterschied
festgestellt werden.
Zum Vergleich wurden der in Beispiel 1 angegebenen Lösung 0,2% Flußsäure (als HF) zugesetzt. Nach einer
gleichen Behandlung war die Oxidschicht zum Teil bis zum Grundmetall zerstört.
Um die Wirksamkeit der Lösung für korrodierte anodisierte Oberflächen zu zeigen, wurden anodisch
oxidierte Probebleche 10 Tage einer Korrosion nach ESS DIN 50021 (Besprühen mit 5%iger Natriumchloridlösung
unter Zusatz von 0,5% Eisessig) unterworfen. Die Schicht war dann mit weißen Ausblühungen und
Streifen bedeckt. Unter dem Rasterelektronenmikroskop konnte festgestellt werden, daß die Korrosionsprodukte eine dünne Schicht bilden, unter der die
anodische Oxidschicht intakt war.
Die korrodierten Oberflächen wurden dann, wie in Beispiel 1 angegeben, behandelt. Die Korrosionsprodukte
waren einwandfrei entfernt. Die anodische Oxidschicht war nicht angegriffen.
Eine Natriumsilikofluoridlösung wie in Beispiel 1, die jedoch mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 4
eingestellt worden war, ergab eine vollkommen ungenügende Reinigungswirkung auf den korrodierten
anodisierten Oberflächen. Negative Ergebnisse wurden auch mit verschiedenen Tensidlösungen, die kein
komplexes Fluorid enthielten, erzielt. Es war daher erforderlich, die festhaftenden weißen Ausblühungen
durch einen mühsamen Schleifprozeß zu entfernen.
Entsprechende Versuche, wie in den Beispielen 1 und 3, wurden unter Verwendung von anderen in Betracht
kommenden fluorokomplexen Säuren bzw. deren Salzen durchgeführt und mit anderen Säurelösungen,
z. B. Schwefelsäure, Salzsäure, Amidosulfonsäure, Zitronensäure,
verglichen. In allen Fällen zeigten die fluorokomplexe Verbindungen enthaltenden sauren
Lösungen deutliche Vorteile sowohl hinsichtlich der Reinigungswirkung als auch der Schonung der anodisierten
Oberfläche.
Claims (7)
1. Verfahren zum Reinigen von anodischen Oxidschichten auf Aluminium oder dessen Legierungen
im Bauwesen mittels wäßriger saurer, fluorhaltiger Lösungen, dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Oberflächen eine Lösung, die 0,1 bis 10 Gew.-°/o, vorzugsweise 4 bis 6 Gew.-%, saure
fluorkomplexe Verbindung der Gruppe III und/oder IV des Periodensystems der Elemente und mindestens
0,1 Gew.-% in der Lösung lösliches und stabiles Tensid enthält und einen pH-Wert im Bereich von
0,8 bis 3 aufweist, bei Umgebungstemperatur in dünnem Film aufgetragen und nach einer kurzen
Einwirkungszeit mit Wasser abgespült wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberflächen eine Lösung ohne
freie Flußsäure aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine saure Behandlungslösung
mit komplexen Fluorverbindungen des Bors, Aluminiums, Siliziums, Titans oder Zirkoniums einzeln
oder im Gemisch verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine saure Behandlungslösung,
die komplexe Fluorverbindungen des Siliziums enthält, angewendet wind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Behandlungslösung
durch Lösen einer fluorkomplexen Säure, gegebenenfalls deren Teilneutralisation mit alkalischen
Mitteln oder durch Ansäuern der Lösungen entsprechender Salze mit anorganischen Säuren,
vorzugsweise Schwefelsäure, auf den erforderlichen pH-Wert eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberflächen pro m2
höchstens 1 Liter, vorzugsweise höchstens 300 ml, der wäßrigen Lösung während einer Einwirkungszeit von höchstens 5 Minuten angewendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag der Lösung auf die
Oberflächen durch Bürsten, Walzen oder im Handwischverfahren vorgenommen wird.
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