Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anodischen
Oxidation von Strukturelementen aus Aluminium- oder
Magnesiumwerkstoffen in einem phosphorsäurehaltigen
wäßrigen Elektrolyten.The invention relates to a method for anodic
Oxidation of structural elements made of aluminum or
Magnesium materials in a phosphoric acid
aqueous electrolytes.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 27 05 652 C2
bekannt geworden und wird vorzugsweise in der Luft- und
Raumfahrttechnik zur Vorbehandlung von Strukturelemen
ten aus Aluminium oder hochfesten Aluminiumlegierungen
angewandt, die durch eine Klebung miteinander verbunden
werden sollen oder die mit einer organischen,
metallischen oder anorganischen Beschichtung versehen
werden sollen. Die dabei auf der Werkstückoberfläche
erzeugte Oxidhaut dient dazu, die
Adhäsionseigenschaften dieser Oberfläche nachhaltig zu
verbessern, wobei angestrebt wird, eine möglichst
weiche, dünne, vor allem aber porige Oxidschicht zu
erzeugen, durch die die wirksame Oberfläche vergrößert
und eine möglichst große Zahl aktiver Zentren für die
Ausbildung von adhäsiven Bindungen geschaffen wird.Such a method is known from DE 27 05 652 C2
became known and is preferably in the air and
Space technology for the pretreatment of structural elements
made of aluminum or high-strength aluminum alloys
applied, which are connected by an adhesive
or with an organic,
metallic or inorganic coating
should be. The on the workpiece surface
generated oxide skin serves the
Adhesion properties of this surface lastingly
improve, striving for one if possible
soft, thin, but above all porous oxide layer too
generate through which the effective surface area increases
and the largest possible number of active centers for the
Formation of adhesive bonds is created.
Neben dem Anodisieren in phosphorsäurehaltigen wäßrigen
Elektrolyten werden in der Praxis auch Anodisierver
fahren zur Vorbehandlung von Werkstücken aus Aluminium
bzw. Aluminiumlegierungen eingesetzt, bei denen Elek
trolyten auf der Basis von Chromsäure oder Schwefel
säure verwendet werden. Die bei diesen Verfahren
erzeugten Oxidschichten können verdichtet werden und
sind dann auch als alleiniger Korrosionsschutz
geeignet.In addition to anodizing in aqueous phosphoric acid
In practice, electrolytes are also used as anodizers
drive for the pretreatment of workpieces made of aluminum
or aluminum alloys used in which Elek
trolytes based on chromic acid or sulfur
acid can be used. The one in these procedures
generated oxide layers can be compressed and
are then also the only corrosion protection
suitable.
Für Strukturelemente, die anschließend miteinander
verklebt werden sollen, werden in der Regel entweder
Elektrolyten auf der Basis von Chromsäure oder von
Phosphorsäure verwendet. Das Chromsäureanodisieren hat
dabei zwar den Vorteil, daß sich mit ihm hinsichtlich
der Morphologie und der Schichtdicke der Oxidschicht
nahezu optimale Oberflächen erzielen lassen, zugleich
ist dieses Verfahren aber relativ komplex und zeitauf
wendig in der Durchführung und in arbeitshygienischer
und ökologischer Hinsicht problematisch, da das
Arbeiten mit Chromsalzen und Chromsäure mit einem
erhöhten Gesundheitsrisiko verbunden ist. Ferner muß
dieses Verfahren bei erhöhter Temperatur durchgeführt
werden.For structural elements that then join together
are usually to be glued either
Electrolytes based on chromic acid or
Phosphoric acid used. The chromic acid anodizing has
while the advantage that with him regarding
the morphology and the layer thickness of the oxide layer
can achieve almost optimal surfaces, at the same time
this process is relatively complex and time-consuming
agile in implementation and hygienic
and ecologically problematic because that
Working with chromium salts and chromic acid with one
increased health risk. Furthermore, must
this process is carried out at elevated temperature
become.
Diese Problematik wird bei der Verwendung phosphor
säurehaltiger Elektrolyten zwar vermieden, jedoch sind
die beim Phosphorsäureanodisieren erzeugten Oxid
schichten in der Regel mechanisch instabil und auf eine
Ergänzung durch organische Beschichtungsstoffe ange
wiesen. Dies führt dazu, daß die mit diesen Verfahren
vorbehandelten Werkstücke aus Aluminium bzw. Aluminium
legierungen bis zum Aushärten des für die nachfolgende
Klebung verwendeten Primers nur berührungslos verar
beitet und inspiziert werden können.This problem is raised when using phosphorus
acidic electrolytes avoided, but are
the oxide generated during phosphoric acid anodizing
layers usually mechanically unstable and on one
Supplemented with organic coating materials
grasslands. This leads to those using these procedures
pretreated workpieces made of aluminum or aluminum
alloys until hardening for the subsequent
Adhesive used primer only contactless
can be processed and inspected.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich mit ihm
eine dem Chromsäureanodisieren ähnliche optimale
Oberflächenbeschaffenheit erzielen läßt, daß dabei aber
zugleich eine wesentlich einfachere Handhabung,
verkürzte Prozeßdauer und -kosten sowie einen wesent
lich verbesserten Umweltschutz bietet.The object of the invention is a method of
type mentioned in such a way that deal with him
an optimal one similar to chromic acid anodizing
Can achieve surface quality, but that
at the same time a much easier handling,
shortened process time and costs as well as a substantial
offers improved environmental protection.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan
spruchs 1. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene
Verwendung eines Mischelektrolyten aus Phosphor- und
Schwefelsäure wird dabei ein Verfahren geschaffen, mit
dem sich auf Werkstücken aus Aluminium und dessen
Legierungen Oxidschichten erzeugen lassen, die den
mittels Chromsäureanodisieren erzielbaren Oxidschichten
nicht nur hinsichtlich der Morphologie und Schichtdicke
vergleichbar sind, sondern die zugleich eine gute
Langzeitstabilität besitzen. Die mit dem Verfahren nach
der Erfindung herstellbaren Oxidschichten zeichnen sich
durch eine hohe Haftfestigkeit und Duktilität aus und
weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß sich durch eine Variation der
Prozeßparameter der gleiche Elektrolyt für die
Erzeugung einer verdichteten Eloxalschicht, als
Korrosionsschutz und für die Vorbehandlung bei einer
nachfolgenden Beschichtung oder Klebung verwenden läßt.
Es kann dabei in idealer Weise dem jeweils zu
bearbeitenden Werkstoff angepaßt werden. Vorteilhafte
Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung im
Hinblick auf eine Optimierung der Prozeßparameter sind
in den weiteren Ansprüchen angegeben.The invention solves this problem by a method
with the characteristic features of the patent
saying 1. By the provided according to the invention
Use of a mixed electrolyte made of phosphorus and
A method is created using sulfuric acid
on aluminum workpieces and their
Alloys can create oxide layers that the
oxide layers that can be achieved by chromic acid anodizing
not only in terms of morphology and layer thickness
are comparable, but also a good one
Have long-term stability. Those with the procedure after
Oxide layers that can be produced according to the invention stand out
due to high adhesive strength and ductility from and
have good corrosion resistance. A
Another advantage of the method according to the invention
consists in that a variation of the
Process parameters the same electrolyte for the
Generation of a compressed anodized layer, as
Corrosion protection and for pretreatment at a
subsequent coating or adhesive can be used.
It can ideally do this in each case
machining material to be adjusted. Beneficial
Developments of the method according to the invention in
With a view to optimizing the process parameters
specified in the further claims.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Aus
führungsbeispiels näher erläutert werden, wobei die
Figur in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den zeitlichen
Ablauf des Anodisiervorgangs wiedergibt. Das für eine
nachfolgende Klebung oder eine Beschichtung, beispiels
weise mit einer organischen Substanz, vorzubereitende
Werkstück aus einer hochfesten Aluminiumlegierung wird
zunächst einem Reinigungs- und Aktivierungsschritt mit
einem handelsüblichen Reinigungsmittel sowie einem
oxidierenden sauren Rad, beispielsweise aus Salpeter
säure (HNO3) unterzogen, wobei es nach jedem dieser
Schritte jeweils mit Wasser abgespült wird. An
schließend wird das Werkstück in einen wäßrigen
Elektrolyten gebracht, der eine Konzentration von
jeweils etwa 100 g/l Schwefelsäure (H2SO4) und
Phosphorsäure (H3PO4) aufweist, so daß diese beiden
Komponenten in einem Mischungsverhältnis von etwa 1 : 1
vorliegen. Die Badtemperatur beträgt etwa 27°C.The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment, the figure showing the time sequence of the anodizing process in a voltage-time diagram. The workpiece made of a high-strength aluminum alloy, which is to be prepared for a subsequent adhesive or coating, for example with an organic substance, is first subjected to a cleaning and activation step with a commercially available cleaning agent and an oxidizing acidic wheel, for example from nitric acid (HNO 3 ), where it is rinsed with water after each of these steps. Then the workpiece is placed in an aqueous electrolyte, which has a concentration of about 100 g / l sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and phosphoric acid (H 3 PO 4 ), so that these two components in a mixing ratio of about 1: 1 are available. The bath temperature is around 27 ° C.
Das zu oxidierende Werkstück wird mit dem Pluspol einer
Gleichstromquelle verbunden, während als Kathode eine
Elektrode aus Reinaluminium, Blei oder einem hoch
legierten Stahl verwendet wird.The workpiece to be oxidized becomes one with the positive pole
DC source connected, while as a cathode
Pure aluminum, lead or a high electrode
alloy steel is used.
Wie in der Figur dargestellt, wird die angelegte
Spannung über einen Zeitraum von etwa drei Minuten (t1)
von Null auf einen Wert zwischen 15 und 20 Volt erhöht.
Dieser Spannungswert wird anschließend für etwa 15 Minu
ten konstant gehalten, bevor die Spannung abgeschaltet
wird. Das Werkstück wird dann dem Bad entnommen und der
auf seiner Oberfläche verbleibende Rückstand des
Elektrolyten wird innerhalb von etwa zwei Minuten ab
gespült.As shown in the figure, the applied voltage is increased from zero to a value between 15 and 20 volts over a period of about three minutes (t 1 ). This voltage value is then kept constant for about 15 minutes before the voltage is switched off. The workpiece is then removed from the bath and the residue of the electrolyte remaining on its surface is rinsed off within about two minutes.
Die auf diese Weise erzeugte Oxidschicht besitzt eine
Dicke von etwa 3 bis 3.5 Mikrometern, ist von hoher
Duktilität und weist ein hohes Porenvolumen und damit
eine Vielzahl aktiver Zentren für die Ausbildung
adhäsiver Bindungen auf. Ein Salzsprühtest mit einer
Auslagerung nach DIN 50021 bestätigt die gute Langzeit
beständigkeit dieser Schicht.The oxide layer produced in this way has one
Thickness of about 3 to 3.5 microns is high
Ductility and has a high pore volume and therefore
a variety of active centers for training
adhesive bonds. A salt spray test with one
Outsourcing according to DIN 50021 confirms the good long-term
resistance of this layer.
Im Rahmen der Erfindung ist es dabei selbstverständlich
auch möglich, durch die Variation einzelner Prozeßpara
meter, wie Konzentration, Temperatur, Spannung oder
Stromdichte eine für den jeweiligen Anwendungsfall
optimale Konstellation zu erzeugen. Auch kann das in
der Figur gezeigte Spannungs-Zeit-Profil durch ein
entsprechendes auf den Werkstoff und die Prozeßpara
meter abgestimmtes Stromdichte-Zeit-Profil ersetzt
werden. Neben Aluminium und dessen Legierungen kann es
auch zur Vorbehandlung von Strukturelementen aus
anderen Werkstoffen, beispielsweise Magnesium oder
dessen Legierungen, verwendet werden.In the context of the invention, it goes without saying
also possible by varying individual process parameters
meters, such as concentration, temperature, voltage or
Current density one for the respective application
to generate the optimal constellation. This can also be done in
the voltage-time profile shown by a
corresponding to the material and the process para
meter-adjusted current density-time profile replaced
become. In addition to aluminum and its alloys, it can
also for the pretreatment of structural elements
other materials, such as magnesium or
its alloys are used.