DE3917188C2

DE3917188C2 -

Info

Publication number: DE3917188C2
Application number: DE3917188A
Authority: DE
Inventors: Peter 5600 Wuppertal De Venn; Klaus-Dieter 4150 Krefeld De Bartkowski
Original assignee: Gebrueder Happich GmbH
Current assignee: Johnson Controls Interiors GmbH and Co KG
Priority date: 1989-05-26
Filing date: 1989-05-26
Publication date: 1993-02-18
Also published as: DE59002262D1; JPH0577755B2; DE3917188A1; US5102508A; EP0399172A2; EP0399172B1; EP0399172A3; JPH0313596A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen.

Aluminiumteile, wie Aluminium-Preß- oder Rollprofile, werden u. a. in der Baubeschlags- und Beleuchtungsindustrie oder insbesondere auch im Kraftfahrzeugbau bei z. B. Fenstereinfaßsystemen oder auch als Zierrahmen, Zierleisten u. dgl. eingesetzt. Dabei ist es auch bekannt, solche Teile aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen zu verwenden, die eine farbig eloxierte Oberfläche aufweisen.

In Wernick, Pinner, Zurbrügg, Weiner: "Die Oberflächenbehandlung von Aluminium", Eugen G. Leuze Verlag, Saulgau/Württemberg, 1969, Seiten 84 bis 87, sind verschiedene elektrolytische und chemische Polierverfahren beschrieben, die vor dem Eloxieren und Einfärben der Oberflächen angewendet werden können, um den Glanzgrad zu erhöhen. In der US-Patentschrift 38 18 566 ist das Herstellen von farbig eloxierten Aluminiumteilen beschrieben. Die Farbigkeit ergibt sich hier direkt beim Eloxieren der besonderen Legierungszusammensetzung, so daß nur ganz bestimmte Farben und Farbtöne erreichbar sind. Auch in der deutschen Offenlegungsschrift 35 22 117 wird das Herstellen von gefärbten oder weißlichen Aluminiumgegenständen beschrieben, wobei das Färben nach einem herkömmlichen Eloxierschritt durchgeführt wird und die Besonderheit aufweist, daß die Aluminiumgegenstände opak gefärbt, insbesondere opak weißlich gefärbt werden sollen.

Mit einem in der deutschen Offenlegungsschrift 31 15 118 beschriebenen Verfahren zum elektrolytischen Einfärben von Aluminium und von Aluminium-Legierungen lassen sich in einem einstufigen Verfahren nach dem Eloxieren verschiedene Farben und Farbtöne durch elektrolytisches Färben mit Metallsalz und Schwefelsäure, insbesondere mit Zinnsulfat erreichen.

Die bekannten Verfahren weisen den Nachteil auf, daß sie sich nur zum Herstellen von einigen bestimmten Farben und Farbtönen eignen und insbesondere nicht die Qualitätsanforderungen an die Lichtechtheit, die Korrosionsbeständigkeit und die Reibfestigkeit erfüllen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Erzeugen farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen aufzuzeigen, das den Anforderungen an die Lichtechtheit, die Korrosionsbeständigkeit und die Reibfestigkeit entspricht und eine Farbenvielfalt mit Farbabstufungen über

Gold-bronze,
Hell-dunkelbronze,
Grau-braun,
Grau-blau,
Anthrazit,
Hell-dunkelblau,
Blau-violett,

bei der Einfärbung der Teile zu erreichen gestattet und eine einfache Kontrolle der Einfärbeergebnisse und eine jederzeitige Reproduzierbarkeit der einzelnen Farbnuancen ermöglicht.

Die zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen sind im Anspruch 1 angegeben. Die Patentansprüche 2 bis 8 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden

a) die 1000 Std. Lichtechtheitsprüfung ohne Veränderung der Farbechtheit, ohne Veränderung der Farbpigmentierung nach dem Prüfverfahren Xenotest-Heißbelichtung 450 DIN 75202,
b) die 6 Zyklen Korrosionsbeständigkeit nach dem Prüfverfahren Kesternich DIN 50018 und
c) die 5000 Hübe-Prüfung der Reibfestigkeit ohne Veränderung der Oberfläche nach dem Prüfverfahren Veslick DIN 53339 erfüllt.

Die angegebenen Farbabstufungen und die Farbenvielfalt lassen sich in reproduzierbarer Weise erzeugen und das Einfärbeergebnis läßt sich einfach kontrollieren.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Beispiel einer Oberflächenbehandlung eines Teils zur Erzielung der geforderten Qualitätsmerkmale näher erläutert.

Ein Strangpreßprofil der Aluminium-Legierung AlMg 1 oder AlMgSi 0,5 wird mechanisch geschliffen und poliert. Ein Entfetten bzw. Reinigen wird in zwei Schritten vollzogen.

1. Alkalische phosphat- und borathaltige wäßrige Lösung pH-Wert 9

1.1 Saure phosphorsäurehaltige wäßrige Lösung, pH-Wert 1,1.

2. Nach dem Entfetten bzw. Reinigen wird das Profil elektrolytisch alkalisch geglänzt, um so eine ausreichend glänzende Oberflächenreflexion zu erreichen. Der Elektrolyt enthält:

Na₃PO₄ (Trinatriumphosphat)\|120 g/l
Na₂CO₃ (Dinatriumcarbonat)	330 g/l
AlPO₄ (Aluminiumphosphat)	10 g/l
Extrakte aus Buchenholz	5 m/l
Stromdichte	3 A/dm²
Betriebstemperatur	70-80°C
Expositionszeit	18 Min.

2.2 Nach dem Glänzen wird das so behandelte Aluminium in Wasser gespült. Dann wird in einer Chromsäure-Lösung 50 g/l CrO₃ bei 98°C und einer Expositionszeit von 3 Min. die Oxidschicht entfernt.

2.3 In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Aluminium in einer Natriumhydrogensulfit-Lösung gespült, um das 6wertige Chrom zum 3wertigen Chrom zu reduzieren.

3. Nach dem Glänzprozeß wird das Profil elektrolytisch unter Anwendung von Gleichstrom anodisiert. Der Elektrolyt enthält:

H₂SO₄ (Schwefelsäure)\|180 g/l
Al (Aluminium als Aluminiumsulfat)	8 g/l
Tenside (Netzmittel)	30 ml
Stromdichte	1,5 A/dm²
Betriebstemperatur	18-20°C
Expositionszeit	35 Min.
anodische Schichtdicke	12 µm

4. Im folgenden Verfahrensschritt des Färbeverfahrens wird das Profil in einem metallsalzhaltigem Elektrolyten unter Anwendung von Wechselstrom exponiert. Hierbei werden bei gleichen Betriebsbedingungen mit unterschiedlichen Expositionszeiten Farbtöne von Gold-bronze und Hell-dunkelbronze erreicht. Der Elektrolyt enthält:

SnSO₄ (Zinnsulfat)
15 g/l Sn (Zinn als Zinnsulfat)
H₂SO₄ (Schwefelsäure)	15 g/l
Oxicarbonsäure	30 ml/l
Betriebstemperatur	20-22°C
Stromdichte	1,5 A/dm²
pH-Wert	1,0

In der kathodischen Wechselstromphase wird Zinn durch elektrolytische Metallabscheidung in die Poren der Oxidschicht eingelagert.

Die Farbtöne Gold-bronze und Hell-dunkelbronze werden bei variablen Stromdichten und unterschiedlichen Expositionszeiten von 10 Sekunden bis 15 Minuten erreicht.

Soll das Profil einen Farbton außer dem zuvor beschriebenen erhalten, so wird die Expositionszeit bei der Metallabscheidung auf 10 bis 30 Sekunden begrenzt, wobei variable Stromdichten unterschiedliche Farbabstufungen ergeben.

Durch diese parametergesteuerte Metallabscheidung wird eine Grundfärbung erreicht, wobei die Adsorptionsfähigkeit der Oxidschicht weiterhin erhalten bleibt.

4.1 In einer weiteren Einfärbebehandlung wird die Adsorptionsfähigkeit der Oxidschicht genutzt, um die Grundfärbung durch chemische Einlagerung eines organischen Azofarbstoffes variabel zu verändern. Das chemische Farbbad enthält:

Azofarbstoff\|1 g/l
Fungizid	0,4 ml/l
pH-Wert	3,5-3,9
Betriebstemperatur	50°C
Expositionszeiten	90-180 Sekunden

Durch unterschiedliche Expositionszeiten im chemischen Farbbad werden die Farbabstufungen Grau-braun, Grau-blau, Anthrazit, Hell-dunkelblau, Blau-violett erreicht.

Bei dem Vorgang der Adsorption lagern sich Pigmentteile des Azofarbstoffes zusätzlich zum zuvor abgeschiedenen Metallsalz in die Poren der Oxidschicht ein und verändern so die Grundfärbung.

5. Verdichten
In zwei Verfahrensschritten wird die Oxidschicht als letzte Behandlungsstufe verdichtet und somit gegen äußere Einwirkungen geschützt.

Im ersten Verfahrensschritt wird das Profil in einer Lösung von 6% Kobalt-Fluorid, 30% Nickel-Fluorid in vollentsalztem Wasser bei 30°C etwa 10 Minuten lang vorbehandelt. Dabei reagiert die Oxidschicht mit dem Nickel-Fluorid und Wasser entsprechend nachstehendem qualitativen Ablauf:

Bei diesem ersten Verfahrensschritt wird eine beständige Vorverdichtung der Oxidschicht erreicht.

Im zweiten Verfahrensschritt wird das Profil bei 70°C in vollentsalztem Wasser unter Zusatz eines Belagsverhinderers von 2 ml/l Triazin-Derivat 50 Minuten behandelt. Hierbei findet unter Bindung des Wassers eine chemische Reaktion statt (Al₂O₃ +H₂O = 2 AlO×OH). Die dabei eintretende Volumenzunahme der Schicht bewirkt einen Verschluß der Poren. Die Schicht ist jetzt gegen äußere Einflüsse geschützt.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen mit folgenden Verfahrensschritten:

a) die Teile werden vorbehandelt, indem sie durch Behandlung zunächst in einer alkalischen phosphat- und borathaltigen wäßrigen Lösung und sodann in einer phosphorsäurehaltigen wäßrigen Lösung entfettet bzw. gereinigt werden,
b) die Teile werden elektrolytisch anodisch/alkalisch geglänzt, indem sie in einem alkalischen, Trinatriumphosphat, Dinatriumcarbonat, Aluminiumphosphat und Buchenholzextrakt enthaltenden Elektrolyten mit Gleichstrom behandelt werden,
c) die Teile werden einer Zwischenbehandlung unterzogen, indem die Teile zunächst in Wasser gespült, dann in einer Chromsäurelösung exponiert und schließlich in einer Natriumhydrogensulfitlösung nochmals gespült werden,
d) die Teile werden anodisiert unter Anwendung von Gleichstrom in einem Schwefelsäure, Aluminium und Tenside (Netzmittel) enthaltenden Elektrolyten,
e) die Teile werden elektrolytisch und organisch eingefärbt, indem sie in einer ersten Stufe in einem Zinnsulfat, Schwefelsäure und Oxicarbonsäure enthaltenden Elektrolyten unter Anwendung von Wechselstrom exponiert werden und in einer zweiten Stufe in einem chemischen, einen Azofarbstoff und ein Fungizid enthaltenden Farbbad behandelt werden,
f) die Oxidschicht der Teile wird zweistufig verdichtet, indem sie in einer ersten Stufe in einer Kobalt- und Nickelfluorid enthaltenden wäßrigen Lösung mit vollentsalztem Wasser bei etwa 30°C vorbehandelt und in einer zweiten Stufe in vollentsalztem Wasser unter Zusatz eines Belagverhinderers in Form eines Triazin-Derivats bei einer Temperatur von etwa 70°C nachbehandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile zunächst in einer alkalischen phosphat- und borathaltigen wäßrigen Lösung mit einem pH-Wert 9 und sodann in einer sauren, phosphorsäurehaltigen wäßrigen Lösung mit einem pH-Wert 1,1 behandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im Verfahrensschritt b in einem alkalischen Elektrolyten der Zusammensetzung: Na₃PO₄ (Trinatriumphosphat)|120 g/l Na₂CO₃ (Dinatriumcarbonat) 330 g/l AlPO₄ (Aluminiumphosphat) 10 g/l Extrakte aus Buchenholz 5 m/l

bei einer Stromdichte 3 A/dm², einer Betriebstemperatur von 70-80°C und einer Expositionszeit von ca. 18 Minuten mit Gleichstrom behandelt werden.

4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in Verfahrensschritte in einer Chromsäure-Lösung mit etwa 50 g/l CrO₃ bei etwa 98°C etwa 3 Minuten exponiert und schließlich in der Natriumhydrogensulfit-Lösung nochmals gespült werden.

5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im Verfahrensschritt d) in einem Elektrolyten der Zusammensetzung: H₂SO₄ (Schwefelsäure)|180 g/l Al 8 g/l Tenside (Netzmittel) 30 ml

bei einer Stromdichte von 1,5 A/dm², einer Betriebstemperatur von 18-20°C und einer Expositionszeit von 35 Minuten behandelt werden.

6. Verfahren nach zumindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in der ersten Stufe des Verfahrensschritts e) in einem metallsalzhaltigen Elektrolyten der Zusammensetzung: SnSO₄ (Zinnsulfat) 15 g/l Sn (Zinn als Zinnsulfat) H₂SO₄ (Schwefelsäure) 15 g/l Oxicarbonsäure 30 ml/l

bei einer Betriebstemperatur von 20-22°C, einer Stromdichte von 1,5 A/dm² und einem pH-Wert 1,0 unter Anwendung von Wechselstrom exponiert werden.

7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in der zweiten Stufe des Verfahrensschritts e) in einem chemischen Farbbad der Zusammensetzung: Azofarbstoff|1 g/l Fungizid 0,4 ml/l pH-Wert 3,5-3,9

bei einer Betriebstemperatur von etwa 50°C und Expositionszeiten von 90-180 Sekunden behandelt werden.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im Verfahrensschritt f) in der ersten Verfahrensstufe in einer Lösung mit etwa 6% Kobalt-Fluorid und etwa 30% Nickel-Fluorid in vollentsalztem Wasser bei etwa 30°C etwa 10 Minuten lang vorbehandelt und in der zweiten Verfahrensstufe in vollentsalztem Wasser unter Zusatz eines Belagverhinderers von etwa 2 ml/l Triazin-Derivat bei einer Betriebstemperatur von etwa 70°C etwa 50 Minuten lang nachbehandelt werden.