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Nachbehandlung elektrisch erzeugter Oxydschichten auf Aluminium und
seinen Legierungen Die elektrolytisch auf Aluminium und Aluminiumlegierungen erzeugbaren
Oxydschichten werden technologisch häufig als Korrosionsschutzschichten und für
elektrische Isolationszwecke verwertet. Im ursprünglichen Zustand sind die Oxydschichten
allerdings porig und adsorptiv, so daß die das Grundmetall gegenüber angreifenden
Flüssigkeiten, die von der Schicht aufgesogen werden und so bis zum Grundmetall
vordringen und dort die Verbindung zwischen Metall und Oxydhaut lösen können, nicht
in allen Fällen schützen. Um den Schutz- und Isolationswert der Schicht möglichst
voll auszunutzen, werden daher die Oxydschichten vielfach noch in der Weise nachbehandelt,
daß deren Dichtigkeit in irgendeiner Weise erhöht wird. So werden die Schichten
vielfach mit flüssigen Tränkungsmitteln, wie Harzen, Lacken, Ölen, Wachsen, Fetten
o. dgl:, nachträglich behandelt. Bei anderen Nachbehandlungsverfahren wird eine
Nachverdichtung der Schicht dadurch erzielt, daß das gebildete Oxyd in eine andere
Modifikation überführt wird, womit eine Umlagerung und unter Umständen ein Wachstum
der Oxydkristalle hervorgerufen und damit eine Schließung der Poren herbeigeführt
wird. Eine derartige Nachverdichtung wird z. B. durch Eintauchen der Gegenstände
in kochendes Wasser oder Abblasen mit Dampf erreicht. Es gibt schließlich noch eine
Reihe von Nachbehandlungsverfahren, bei denen durch chemische Umsetzung in der Oxydschicht
anorganische Stoffe, z. B. Salze, ausgeschieden werden. Diese anorganischen Stoffe
sollen wiederum porenfüllend wirken und infolge Erhöhung ihrer Dichte den Schutzwert
der Schicht vergrößern.
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Alle diese Nachbehandlungsverfahren ergeben entweder noch keine vollkommene
Verdichtung der Oxydschicht oder, wo die Ausfüllung der Poren vollkommen ist, wie
z. B. bei der Behandlung mit gewissen synthetischen Wachsen oder Lacken, sind die
Füllstoffe selbst chemisch oder thermisch den jeweiligen technischen Erfordernissen
gegenüber nicht widerstandsfähig genug.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbesserung der Nachbehandlungsverfahren,
bei denen durch nachträgliche chemische Umsetzungen anorganische Stoffe in der Oxydschicht
erzeugt werden. Die Verbesserung dieser Verfahren gestattet die Verwendung solcher
Schichten u. a. auch als Korrosionsschutzschichten, die gleichzeitig in hohem Maße
elektrisch isolierend wirken. Es fehlte bisher an einer Isolationsschicht für elektrische
Wicklungselemente, die hohe Isolations- und Durchschlagswerte bei gleichzeitiger
Anwesenheit von Feuchtigkeit aufwies. Viele der anorganischen Verbindungen, die
nach
den bisher bekannten Nachbehandlungsmethoden 551n .Oxydschichten: niedergeschlagen
werden, sind nicht gänzlich;wasserunlöslich. Die meisten weisen überdies keine elektrische
Isolationsfähigkeit auf, so daß also derartig nachbehandelte Schichten als Korrosionsschutz-
und gleichzeitig Isolationsschichten nicht verwertet werden können.
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Die vorliegende Erfindung betrifft Nachbehandlungsverfahren, bei denen
elektrisch nicht leitende Oxyde oder Oxydhydrate in der Oxydschicht niedergeschlagen
werden. Es läßt sich gerade mit diesen Stoffen eine vollkommene Verdichtung der
Oxydschichten erreichen: Infolge ihrer schweren Löslichkeit und nichtleitenden Natur
sind diese Stoffe besonders zur Nachfüllung solcher Schichten geeignet, die als
Korrosionsschutz und gleichzeitige elektrische Isolation verwertet werden sollen.
So lassen sich z. B. gewisse Metalloxyde oder auch Metalloxydhydrate, wie Magnesiümoxyde
oder auchAlurriiniumoxyde selbst .oder Aluminiumhydroxyde, nachträglich in der;GOxydschicht
niederschlagen, weiterhin Oxyde von Metalloiden, wie Siliciumdioxyd usw.
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Einen Niederschlag von Kieselsäure in der Schicht kann man in der
Weise. erzielen, daß man die Schicht zunächst mit Wasserglas tränkt. Das Wasserglas
wird dann durch Nachbehandlung mit Säuren, z. B. Essigsäure oder verdünnte Salpetersäure,
die die Oxydschicht selbst. nicht zu stark angreifen, zersetzt, d. h. es ritt eine
chemische Umsetzung des Wasserglases innerhalb der Schicht ein, bei der sich einerseits
Kieselsäure bildet, die in der Schicht verbleibt, anderseits Natriumazetat oder
Natriumnitrat, das sich dann herauslöst. Um Aluminiumoxyd in der elektrisch erzeugten
Oxyd schicht niederzuschlagen, wird der oxydierte Gegenstand in eine schwache Sodalösung
getaucht, sodann erwärmt, in heißes Wasser getaucht und wieder erwärmt und getrocknet.
Hierbei bildet sich in den Poren der elektrisch erzeugten Oxydschicht Alüminiumhydroxyd
durch die Reaktion der Soda mit dem Metall. Das gebildete Aluminiumhydroxyd wird
durch die thermische Nachbehandlung gealtert. Auf diese Weise gelingt es, die elektrisch
erzeugten Oxydschichten mit Aluminiumoxyd selbst nachzuverdichten und so außerordentlich
hoch isolierende Schichten, die gleichzeitig einen hohen Korrosionsschutzwert aufweisen,
zu erzeugen.
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An Hand von zwei Ausführungsbeispielen möge das Verfahren noch näher
erläutert werden.
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z. Ein Solenoid aus Aluminiumdraht; das mit einer elektrisch erzeugten
Oxydschicht versehen wurde, soll zwecks Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit zwischen
den einzelnen Windungen durch einen in den Poren der Oxydschicht erzeugten, nicht
leitenden, hochkorrosionsbeständigen, anorganischen Stoff nachverdichtet werden.
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Zu diesem Zweck wird die Spule zunächst in eine 5°/oige Sodalösung
von Zimmertemperatur getaucht. Die Spule wird sodann mit elektrischem Strom belastet
und auf diese Weise erwärmt so lange, bis keine Dampfentwicklung mehr zu beobachten
ist. Darauf wird die Spule in Wasser getaucht und wiederum elektrisch erwärmt, bis
sie vollkommen trocken ist. Zwischen den Windungen, besonders an solchen Stellen,
wo Fehlstellen in der Oxydschicht übereinander lagen, haben sich-durch diese Nachbehandlung
Ablagerungen von Aluminiumoxyd gebildet, die die Fehlstellen verstopfen und allgemein
eine Erhöhung der Durchschlagsfestigkeit zwischen den Windungen bewirken.
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Ein Aluminiumbehälter soll chemisch widerstandsfähig gegen die Einwirkung
von heißer, verdünnter Essigsäure gemacht werden. Der Aluminiumbehälter wird zu
diesem Zweck elektrolytisch oxydiert: Nach erfolgter Oxydation wird der Behälter
zunächst in warmem Wasser gespült und getrocknet. Darauf wird. er in eine Wasserglaslösung
von etwa 6o bis 70° getaucht. Es wird eine verhältnismäßig verdünnte Wasserglaslösung
verwendet, und zwar wird auf 2o Teile Wasser ein Teil Wasserglas gewählt. Nach der
Wasserglasbehandlung wird kurz in kaltem Wasser gespült, dann im Ofen getrocknet.
Daraufhin wird der Behälter in eine Lösung von Essigsäure von 6o bis 70°, verdünnt
im Verhältnis z :30, getaucht, anschließend nochmals gespült und dann endgültig
getrocknet. Durch diese Nachbehandlung hat sich in der Schicht Kieselsäure gebildet,
besonders in den Poren,. wodurch eine vollkommene Verdichtung der Schicht erzielt
worden ist. Der Behälter ist auf diese Weise gegenüber dem Angriff von Essigsäure
vollkommen widerstandsfähig geworden.
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Bei keinen der bisher bekannten Nachbehandlungs- und Verdichtungsverfahren
von OOxydschichten wird eine so völlige Verdichtung der Schichten erzielt, die unbedingt
nötig ist, um vor allem die höchste Durchschlagsfestigkeit zu erreichen. Es ist
bekannt, daß porige Isolationsstoffe, auch wenn diese selbst elektrisch hochisolationsfähig
sind, in der Elektrotechnik nur für uhtergeordnete Isolationszwecke gebraucht werden
können. Höchste Durchschlagsfestigkeit ist gewissermaßen das Kennzeichen für größere
Gleichmäßigkeit und Porenfreiheit des Isolationsmaterials. Es hat sich nun herausgestellt,
daß die laut vorliegender Erfindung erzeugten
Schichten so verdichtet
werden können, daß sie die höchste Durchschlagsfestigkeit aufweisen.
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Es gibt eine Reihe von Nachbehandlungsverfahren, durch die OXydschichten
mit organischen oder auch anorganischen Stoffen ausgefüllt werden können. Die organischen
Stoffe haben den Nachteil, daß sie gleichzeitig als Fremdkörper in der an sich mineralischen
Schicht enthalten sind und auf diese Weise stark qualitätsherabsetzend hauptsächlich
in bezug auf die thermischen Eigenschaften der Schichten wirken. Die bekannten anorganischen
Mittel sind fast alle Halbleiter und erhöhen zwar die Korrosionsbeständigkeit der
Schicht, wirken aber herabmindernd auf die elektrischen Eigenschaften. Dadurch,
daß die erfindungsgemäß hergestellte Schicht mit elektrisch nicht leitenden Oxyden
oder Oxydhydraten ausgefüllt wird, werden zunächst die thermischen und elektrischen
Eigenschaften der Schicht nicht ungünstig beeinflußt, da der chemische Charakter
der Füllmittel dem Charakter der Grundschicht am nächsten kommt. Überraschenderweise
hat sich auch herausgestellt, daß sich die Poren der Schicht mit derartigen Stoffen
dichter und vollkommener ausfüllen lassen als mit Stoffen, deren Struktur und Beschaffenheit
von der der Oxydschicht stark abweichen.