DE3124522A1

DE3124522A1 - Verfahren zur stromlosen einfaerbung poroeser materialien

Info

Publication number: DE3124522A1
Application number: DE19813124522
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Phys. Dr. 7758 Daisendorf Dietrich; Werner Dipl.-Phys. 7777 Salem Scherber
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier GmbH
Priority date: 1981-06-23
Filing date: 1981-06-23
Publication date: 1983-01-05
Also published as: DE3124522C2

Description

Verfahren zur stromlosen Einfärbung poröser Materialien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stromlosen, metallischen Einfärbung von porösen Materialien wie Keramiken, Gläser oder porös anodisierte Metalle.
Bekannt ist das Einfärben von porös anodisiertem Aluminium auf dem Bausektor (Fassaden, Fensterrahmen, Paneele) oder im Apparatebau (farbig eloxierte Gehäuse, dunkel eloxierte Strahlungsabsorber).
Zum Einfärben poröser Schichten sind bisher zwei Verfahren gebräuchlich: 1, Tauchfärbung Die poröse Schicht wird in ein Bad mit organischen Farbstoffen getaucht, die in den Poren adsorbiert werden.
Nachteilig ist bei diesem Verfahren, dass sich die organischen Farbstoffmoleküle mit der Zeit zersetzen und ihre Farbwirkung verlieren. Beschleunigt wird dieser Alterungsprozess durch Einwirkung von Sonnenlicht.
2. Farbanodisieren (Schwarzanodisieren) Beim Zweistufenverfahren wird die poröse Schicht nach dem Anodisieren in eine Metallsalzlösung eingebracht U in den Poren elektrolytisch Metall abgeschieden.
Nachteile dieses Verfahrens: - Es können nur Schichten auf metallisch leitenden Grundsubstanzen eingefärbt werden; es besteht keine Möglichkeit, Keramiken oder Gläser einzufärben.
- Das Anwendungsspektrum ist sehr klein. Der Auswahl der Stoffe und den Eigenschaften der anodischen Schicht sind enge Grenzen gesetzt. Technisch verwertet wird nur das Einfärben von Aluminium mit Nickel, Kobalt oder Zinn.
- Die Anwendung erfordert grosse Sorgfalt, da dabei die anodisierte Schicht leicht verletzt werden kann, was zur Bildung von Lokalelementen und Korrosion führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beliebige poröse Materialien auf einfache Art und Weise einzufärben, wobei bei Metallen als Grundsubstanz die korrosionsschützende anodisierte Schicht nicht verletzt werden darf.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Material nur in seinen Poren durch Katalysatoren aktiviert wird und Metallionen in einem Tauchbad an den aktivierten Stellen chemisch reduziert werden, wobei sich das Metall in den Poren oder darüber hinauswachsend abscheidet und damit eine Metalldispersion entsteht. Durch Lichtstreuung an dieser Metalldispersion wird eine Färbung der Oberflächenschicht hervorgerufen.
Vorteile des Verfahrens: - Es können alle porös anodisierten Metalle eingefärbt werden, wie z.B. Al, Ti, Zn, Sn usw.
- Metallische Einfärbung beliebiger poröser nichtmetallischer Oberflächenstrukturen, wie z.B. Keramiken, Kunststoffe und Gläser - Anodische Schichten können aufgrund elektrochemischer Einwirkungen nicht beschädigt werden, es muss nicht so sorgfältig gearbeitet werden wie beim Farbanodisieren, die korrosionshemmende Schicht bleibt erhalten.
- Das Einfärben geht wesentlich schneller als das Farbanodisieren - Einsatz aller stromlos abscheidbaren Metalle wie Ni, Co, Au, NiCo-Legierungen, Cu usw.
- Höhere Beständigkeit, Lichtechtheit gegenüber organischen Substanzen.
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Weitere Vorteile, Anwendungsmöglichkeiten und Merkmale ergeben sich aus den Figuren, die nachfolgend beschrieben sind.
Es zeigen: Fig. 1 einen.Querschnitt durch eine poröse Schicht, die farbanodisiert wurde, Fig. 2 einen Querschnitt durch eine poröse Schicht, die erfindungsgemäss eingefärbt wurde, Fig. 3 und 4 Schritte einer möglichen Aktivierung.
In Fig. 1 wird ein Trägermaterial 1, z.B. eine Aluminiumplatte, gezeigt, das mit der porösen Schicht 2, z.B. Al203 bedeckt ist. Typisch sind Poren mit einer zylindrischen bis kegeligen Form. In Pore 3 befindet sich das kathodisch abgeschiedene färbende Metall 4 am unteren Ende.
Fig. 2 zeigt ebenfalls eine Pore 3 in der anodisierten Schicht 2 auf der Grundsubstanz 1. Erfindungsgemäss wurde die Pore an ihrem oberen Ende durch einen Katalysator 5 aktiviert, um den herum sich das färbende Metall 6 festsetzt.
Fig. 1 zeigt, dass sich beim Farbanodisieren das kathodische Metall 4 möglichst nahe an der leitfähigen Unterlage, also am Grund der Pore 3, abscheidet. Voraussetzung ist eine dünne Grenzschicht 7 und eine metallische Grundsubstanz 1. Bei einer typischen Schichtdicke von 20 Al203 auf Aluminium ist der typische Porendurchmesser ca. 100 nm und die Tiefe fast 20,um. Die Grenzschicht mißt nur ca. 20 nm. Bei unvorsichtigem elektrolytischen Metallabscheiden kann diese Grenzschicht verletzt werden und sich ein korrodierendes Lokalelement bilden.
Diese Gefahr ist bei erfindungsgemässem Einfärben (nach Fig. 2) nicht gegeben, da das färbende Metall von der Grundsubstanz mehr als 10 um entfernt ist. Ausserdem wird keine metallische Grundsubstanz gefordert, da die Metallisierung stromlos erfolgt.
Die erfindungsgemässe Aktivierung kann folgendermaßen geschehen: 1. Die poröse Schicht 2 wird in ein Edelmetallbad getaucht und wieder herausgezogen. Auf der Oberfläche und im oberen Teil der Poren 3 haftet ein Edelmetallfilm 5, 9, wie es Fig. 3 zeigt.
2. Die auf der Oberfläche sitzenden Ionen 9 werden mit Wasser weggespült. Es bleibt eine Ionenverteilung 5, wie sie Fig. 4 zeigt, mit freier Oberfläche.
3. Beim anschliessenden Tauchen in eine Reduktionslösung werden die Ionen 5 reduziert und bleiben als Katalysatoren an gleicher Stelle haften, wie es Fig. 4 zeigt.
Die Aktivierung ist auch in der Reihenfolge 3. 2. 1. durchführbar. Eine Aktivierung mit organischen Katalysatoren ist ebenfalls möglich.
Nach dem stromlosen Einfärben der Schicht kann, analog zu herkömmlichen Einfärbeverfahren - die Korrosionsfestigkeit der Schicht gegenüber Umwelteinflüssen durch einen Sealvorgang verbessert werden.
Zwei Ausführungsbeispiele erläutern den Verfahrens ablauf.
Ausführungsbeispiel Nr. 1: Ein Aluminiumsubstrat wird gereinigt, in verdünnter Natronlauge gebeizt, in Wasser gespült, in Salpetersäure dekapiert und in Wasser gespült. Die so vorbehandelte Probe wird in 1%-iger Oxalsäure unter den folgenden Bedingungen mit Gleichspannung anodisiert: Badtemperatur 200 C Stromdichte 2,5 A/dm2 Spannung O O 85 V Expositionszeit 20 min.
Dabei entsteht eine dicke, poröse Oxidschicht, die sich mit den herkömmlichen elektrolytischen Verfahren nicht einfärben lässt. Dies ist jedoch mit dem erfindungsgemässen stromlosen Einfärbeverfahren möglich.
Hierzu wird die Probe - wie nachfolgend beschrieben - zuerst aktiviert: - Eintauchen der Probe in eine Zinnchloridlösung (20 g/l, 250 C)für 30 s - Spülen in Wasser - Eintauchen in eine Palladiumchloridlösung (0,5 gs i, 250 C) für 30 s - Spülen in Wasser - Um eine möglichst homogene Aktivierung zu erzielen, muss der gesamte Aktivierungsvorgang mindestens einmal wiederholt werden.
Die aktivierte Pro i wird in einem chemischen Vernickelungsbad mit der folgenden Grundzusammensetzung eingefärbt: NiCl2 30 g/l Natriumglykolat 50 g/l Natriumhypophosphit 10 g/l Die Abscheideparameter sind dabei: Badtemperatur 600 C Expositionszeit 40 s.
Das Ergebnis ist eine tiefschwarze Schicht tAbsorptionsvermögen 94 %), die nach dem Sealen für dekorative Zwecke eingesetzt werden kann. Durch Veränderung der Abscheideparameter können auch andere Farbtöne erzielt werden.
Ausführungsbeispiel 2: Die Aluminiumprobe wird wie bei Ausführungsbeispiel 1 screinigt und anodisiert, wobei jedoch die Anodisierzeit nur eine Minute beträgt.
Zur Aktivierung wird die Probe der folgenden Prozedur unterworfen: - Eintauchen der Probe in eine Palladiumchlorid- oder -sulfatlösung (0,5 g/l) für 30 s - Spülen in Wasser - Eintauchen der Probe in eine Hydrazinlösung (20 ml/l) für 30 s - Spülen in Wasser - Wiederholung des gesamten Aktivierungsvorgangs.
Die Einfärbung erfolgt mit einem Nickelbad: NiSo4 30 g/l NiCl2 2 g/l Natriumglykolat 50 g/l Natriumhypophosphit 10 g/l Badtemperatur 580 C Expositionszeit 150 s.
Das Ergebnis ist eine tiefschwarze Probe mit einem solaren Absorptionsvermögen.von 94 % und einem Wärmeemissionsvermögen bis 1000 C von 15 %, die als hocheffektive Solarabsorberschicht eingesetzt werden kann.
Die Zusammensetzung des Reduktionsbades und die Verweildauer darin ist in weiten Grenzen frei wählbar, es muss nur darauf geachtet werden, dass die Metallanlagerungen 6 nicht mit denen anderer Poren zusammenwachsen, da sonst die Färbung durch den Struktureffekt in eine durchgehende Metallisierung übergeht.
Leerseite

Claims

Patentansprüche: Verfahren zum stromlosen, metallischen Einfärben von porösen Materialien zu dekorativen, korrosionsschützenden und/oder strahlungsabsorbierenden Zwecken, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Poren in einer Oberflächenschicht durch Katalysatoren aktiviert werden und an den aktivierten Stellen in einem Tauchbad Metallionen chemisch reduziert werden, wobei sich das Metall in den Poren oder darüber hinauswachsend abscheidet und aufgrund der so entstandenen Metalldispersion die Einfärbung erfolgt.
2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysatoren Edelmetalle dienen, die durch Eintauchen der porösen Materialien in eine Edelmetallsalzlösung, anschliessendes Wegspülen der auf der Oberfläche sitzenden Ionen mit Wasser und nachfolgender Reduktion der Metallionen gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysatoren Edelmetalle dienen, die durch Eintauchen der porösen Materialien in eine Reduktionslösung, Spülen mit Wasser und nachfolgendes Eintauchen in eine Edelmetallsalzlösung gebildet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysatoren organische Substanzen dienen.