DE646736C

DE646736C - Verfahren zur Erhoehung der Reflexion glaenzender Aluminiumoberflaechen

Info

Publication number: DE646736C
Application number: DEA75162D
Authority: DE
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1934-02-10
Filing date: 1935-01-29
Publication date: 1937-06-21
Also published as: US2040618A; BE407434A; GB436154A; FR778018A

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
21. JUNI 19a7

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 646736 KLASSE 48 a GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Januar 1935 ab

ist in Anspruch genommen.

Man hat bisher verschiedentlich versucht, reflektierende Aluminiumoberflächen mit durchsichtigen Schutzüberzügen zu versehen, um ihr Reflexionsvermögen zu erhalten und sie starker Benutzung gegenüber widerstandsfähiger zu machen. Man hat auch versucht, solche durchsichtigen Schutzüberzüge durch anodische Oxydation in. verschiedenen Elektrolyten herzustellen, so z. B. in Schwefelsäurelösungen. Diese Versuche haben jedoch im allgemeinen zu keinem Erfolg geführt, weil die Oxydüberzüge, um einen wirksamen Schutz darzustellen, in einer Schicht von gewisser Dicke aufgetragen werden müssen; das macht sie mehr oder weniger durchscheinend oder trübe, wodurch das Reflexionsvermögen der behandelten Oberfläche beträchtlich verringert wird. Durchscheinen und Trübung des Oxydüberzuges werden offenbar durch Unreinheiten im Aluminium und Schmutz, Fett oder sonstige auf der Aluminiumoberfläche haftende Fremdstoffe verursacht.

Es wurde gefunden, daß durch Zusatz von

as Fluorwasserstoffsäure zu schwefelsauren Elektrolyten die normale Oxydationswirkung solcher Elektrolyten auf Aluminium als Anode so verändert werden kann, daß das Aluminium gleichzeitig Glanz erhält und mit einem Überzug versehen wird, und daß ein Aluminiumgegenstand durch anodische Behandlung in einem Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure enthaltenden Elektrolyten von auf der Aluminiumoberfläche befindlichen Unreinheiten und Fremdstoffen befreit werden kann, wobei zugleich ein dünner und ziemlich durchsichtiger Schutzüberzug auf der Oberfläche erzeugt wird. Auf diese Weise erhält man eine reflektierende Oberfläche von größerer Dauerhaftigkeit, die im allgemeinen erhöhtes Reflexionsvermögen besitzt. Des weiteren kann die so erzeugte, mit einem glänzenden Überzug versehene reflektierende Aluminiumoberfläche noch einer weiteren Behandlung durch anodische Oxydation unterworfen werden, was ihre Widerstandsfähig-.keit erhöht, ohne daß ihr Reflexionsvermögen nennenswert beeinträchtigt wird.

Die glänzende dauerhafte reflektierende Oberfläche, die man mittels' dieses Verfahrens erhält, kann auch gegebenenfalls mit anderen Arten von Schutzüberzügen, wie klaren Lack- oder Firnisüberzügen, versehen werden.

Durch Hinzufügen von Fluorwasserstoffsäure zum schwefelsauren Elektrolyten wird die normale Einwirkung der Schwefelsäure auf die Aluminiumoberfläche verändert, indem die Eigenschaft der Schwefelsäure, Oxydüberzüge zu bilden, herabgemindert wird und der Elektrolyt die Fähigkeit erhält, in und auf

der Aluminiumoberfläche befindliche Unreinheiten zu beseitigen. Diese Fähigkeit Unreinheiten zu beseitigen ist offenbar auf die Erhöhung der lösenden Wirkung des Elektrolyten zurückzuführen. Unter dem Einfluß: des dabei angewandten elektrischen Stromes; ist diese lösende Wirkung jedoch so gleichförmig, daß selbst wenn eine polierte, spiegelnde, reflektierende Aluminiumoberfläche entsprechend dieser Erfindung als Anode in einem eine kleine Menge von Fluorwasserstoffsäure enthaltenden schwefelsauren Elektrolyten behandelt wird, auch diese Oberfläche gereinigt wird und Glanz erhält; »5 zugleich wird das Reflexionsvermögen der Oberfläche erhöht entsprechend der Menge λΌη Unreinheiten und Schmutz, von der sie befreit wird; das Spiegelungsvermögen der Oberfläche wird dabei nicht wesentlich verändert.

Für die Zwecke dieser Erfindung kann die Fluorwasserstoffsäure durch entsprechende Mengen von Kieselfluorwasserstoffsäure und andere Fluorverbindungen, die, wie z. B. Fluoridsalze, in Lösung mit Schwefelsäure Fluorwasserstoffsäure ergeben, ersetzt werden.

Die kleinste Menge von Fluorwasserstoffsäure, die nötig ist, um den Schwefelsäureelektrolyten die gewünschten Eigenschaften zu verleihen, ist verschieden. Schon sehr kleine Mengen von Fluorwasserstoffsäure in der Schwefelsäure geben die gewünschten Eigenschaften in gewissem Maße. Im allgemeinen ist es jedoch wünschenswert, daß im Elektrolyten nicht weniger als 0,2% Gewichtsteile HF vorhanden sind. Wenn größere Mengen Fluorwasserstoffsäure vorhanden sind, so wird die Möglichkeit unmittelbarer chemischer Einwirkung des Elektrolyten auf die Aluminiumoberfläche größer und die Stromdichte des angewandten elektrischen Stromes muß erhöht werden, um diese unmittelbare chemische Einwirkung, die Unregelmäßig- +5 keiten auf der reflektierenden Oberfläche hervorrufen kann, zu verhindern. Es können also bei hohen Stromdichten höhere Konzentrationen von Fluorwasserstoffsäure angewandt werden; doch ist es im allgemeinen nicht ratsam, daß im Elektrolyten mehr als 1,5 °/₀ Gewichtsteile HF enthalten sind, da dann zur Erzielung befriedigender Ergebnisse sehr viel Strom verbraucht werden muß. Für die meisten Zwecke benutzt man am besten einen Elektrolyten, der zwischen 0,5 und 1,0% Gewichtsteile HF enthält.

Entsprechend dieser Erfindung können befriedigende Ergebnisse durch Hinzufügung von Fluorwasserstoffsäure zu Schwefelsäureelektrolyten, die 1 bis 60 % Schwefelsäure enthalten, erzielt werden. Man benutzt aber vorzugsweise Elektrolyten, die ungefähr 5 bis 35 % Schwefelsäure enthalten; sehr gute Ergebnisse werden auch mit Elektrolyten, die .25 % Gewichtsteile Schwefelsäure enthalten, ■.erzielt.

pie elektrolytische Behandlung erfolgt am ': besten bei einer Temperatur des Elektrolyten von etwas über Zimmertemperatur; es hat sich gezeigt, daß Temperaturen zwischen ungefähr 30⁰ und 70⁰ C am geeignetsten sind. Bei diesen Temperaturen können befriedigende Ergebnisse im allgemeinen durch eine 5 bis 30 Minuten dauernde Behandlung erzielt werden. In den meisten Fällen ist eine ungefähr 10 Minuten dauernde Behandlung bei einer Temperatur von ungefähr 500⁰ C vorzuziehen.

Diese elektrolytische Behandlung zur Erzeugung von Glanz kann entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom ausgeführt werden. Die Stromdichte kann je nach der genauen Zusammensetzung des Elektrolyten und der beim Verfahren angewandten Temperaturen verschieden sein. Die Stromdichte muß so groß sein, daß eine unmittelbare chemische Einwirkung des Elektrolyten auf die Aluminiumoberfläche nicht stattfindet; eine wesentliche Überschreitung dieser Stromdichte ist zu vermeiden. Bei größeren Strom- 9» dichten verringert sich die Einwirkung der Fluorwasserstoffsäure auf die oxydbildenden Eigenschaften der Schwefelsäure. Im allgemeinen sind bei Anwendung höherer Temperaturen höhere Stromdichten notwendig. Bei Anwendung von Gleichstrom auf Elektrolyten, die ι bis 60 % Schwefelsäure und 0,2 bis 1,5 °/o Fluorwasserstoffsäure bei Temperaturen zwischen ungefähr 30⁰ bis 70⁰ enthalten, können befriedigende Ergebnisse mit Stromdichten von ungefähr 0,01 bis 0,1 Amp. auf den Quadratzentimeter der Anodenoberfläche erzielt werden. Bei Wechselstrom werden bei gleichen Elektrolyten und bei gleichen Temperaturen etwas höhere Stromdichten als «05 bei Gleichstrom angewandt.

Es ist manchmal angebracht, daß man, um möglichst gute Ergebnisse zu erhalten, die reflektierende Aluminiumoberfläche, bevor man sie der in dieser Erfindung dargestellten n° Behandlung unterwirft, von oberflächlichem Schmutz und Fett reinigt, wie sie z. B. durch ' vorangegangenes Polieren ihr anhaften. Zur vorläufigen Reinigung kann jedes beliebige Verfahren angewandt werden; am besten »15 wäscht man die Oberfläche mit einer Lösung, die das Metall nicht in unerwünschter Weise angreift und die kein die polierte Oberfläche beschädigendes Reiben erfordert.

Nachdem die reflektierende Aluminium- iac oberfläche im fluorwasserstoffhaltigen Schwefelsäureelektrolyten behandelt ist, kann sie

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zwecks Bildung eines verhältnismäßig dichten und durchsichtigen Oxydüberzuges anodisch oxydiert werden. Unter dem. Ausdruck Oxydüberzug, wie er hier und in den Patentansprächen gebraucht wird, sind solche Überzüge zu verstehen, die in der Herstellungstechnik Überzüge heißen und die im wesentlichen aus Aluminiumoxyd bestehen. Es ist wünschenswert, daß die hergestellten Oxydüberzüge im wesentlichen farblos, klar und durchsichtig sind, damit das Reflexionsvermögen der glänzend gemachten reflektierenden Aluminiumoberfläche so wenig wie möglich verringert wird. Jeder Elektrolyt, der solche Überzüge hervorbringt, kann angewandt werden; es hat sich jedoch herausgestellt, daiS schwefelsaure und oxalsäure Lösungen für diesen Zweck besonders geeignet sind. Inwieweit eine durch die Überziehung der zubereiteten reflektierenden Oberfläche mit Oxyd hervorgerufene Verminderung des Reflexionsvermögens stattfindet, hängt von Fall zu Fall von der Dicke des Oxydüberzuges und der Reinheit der Aluminiumober-^Z5 fläche selbst ab. Um den Überzug undurchlässig zu machen, kann man die mit einem Oxydüberzug versehene Oberfläche einer Behandlung in Wasser von 8o° bis ioo° C unterziehen. Als letzte Stufe der Behandlung und. besonders nachdem die Warmwasserbehandlung stattgefunden hat, kann die mit einem Oxydüberzug versehene reflektierende Oberfläche ganz vorsichtig mit einem leicht abschleifenden Stoff, wie z. B. Magnesium, Silberpolitur oder einem leicht abschleifenden Seifenpulver, poliert werden, um so alle Ablagerungen zu entfernen, die sich unter Umständen auf der Oberfläche während einer der vorhergehenden Behandlungen gebildet haben könnten.

Es ist bekannt, Aluminiumgegenstände, welche von Fett und Schmutz vorher gereinigt sind, durch anodische Ätzbehandlung in einem Alkalifluoride enthaltenden Bade mit einer glänzenden Oberfläche zu versehen und auf einer so vorbehandelten Fläche eine Oxydschicht zu erzeugen. Es wird dabei nur eine geringe Erhöhung des Reflexionsfaktors erreicht; auch ist diese Methode nur für diffus reflektierende Oberflächen verwendbar. Demgegenüber kann das vorliegende Verfahren sowohl für.die Behandlung von diffus wie für spiegelnd reflektierende Oberflächen Verwendung finden; es ergibt eine bedeutende Steigerung des Reflexionsvermögens der behandelten Aluminiumoberflächen, und zwar gleichgültig, ob diese vorher einer Reinigung unterzogen worden sind oder nicht.

Folgende Beispiele für die Ausführung des ^δ° Verfahrens der Erfindung lassen ihre Vorzüge erkennen.

Ein Aluminiumgegenstand mit einer Aluminiumoberfläche vor großer Reinheit wurde so poliert, daß man eine spiegelnde reflektierende Oberfläche mit. einem Reflexionsfaktor von 75,5 °/o erhielt. Der Gegenstand wurde dann zur Anode in einer elektrolytischen Zelle gemacht; in dieser war als Elektrolyt eine Lösung von Schwefelsäure, die 25 °'_o Gewichtsteile H₂SO₄ enthielt, und welcher 2 °/o handelsübliche Fluorwasserstoffsäure von 48 °/₀ HF Gehalt zugesetzt waren. Ein Gleichstrom von einer Stromdichte von ungefähr 0,1 Amp. auf den Quadra tzentimeter und einem Potential von ungefähr 8 Volt wurde 10 Minuten lang durchgesandt; unterdessen wurde der Elektrolyt auf einer Temperatur von ungefähr 6o° C erhalten. Nach dieser Behandlung wies die reflektierende Oberfläche einen Reflexionsfaktor von 87,0 % auf. Dann wurde der Gegenstand in einer I2°/_Oigen Schwefelsäurelösung bei einer Temperatur von 24⁰ C anodisch oxydiert; dabei wurde eine Stromdichte von ungefähr 0,0125 Amp. auf den Quadratzentimeter und eine Spannung von 16 Volt ungefähr 10 Minuten lang angewandt. Die so erhaltene, mit einem Oxydüberzug versehene reflektierende Oberfläche wurde ungefähr 10 Minuten lang mit reinem kochenden Wasser behandelt und mit leicht abschleifendem Seifenpulver poliert. Der Reflexionsfaktor der so erhaltenen, mit einem Schutzüberzug versehenen reflektierenden Oberfläche betrug ungefähr 84,5 °/₀. Der Gegenstand konnte benutzt werden, ohne daß fortwährend Spuren oder Flecken auftauchten; man konnte ihn ohne weiteres waschen oder abwischen, ohne daß sein Reflexionsvermögen dadurch beeinträchtigt wurde.

Ein anderer ähnlicher Gegenstand mit einer polierten Aluminiumoberfläche von großer Reinheit und einem Reflexionsfaktor \^ron 75,2 °/o wurde zur Elektrode in einer elektrolytischen Zelle gemacht, deren Elektrolyt in einer 25%igen Schwefelsäurelösung bestand, welcher 20 % handelsüblicher Fluorwasserstoffsäure mit 48 % HF Gehalt zugesetzt war. Ein Wechselstrom von ungefähr 0,09 Amp. auf den Quadratzentimeter wurde mit einem Potential von ungefähr 10 Volt 20 Minuten lang hindurchgesandt, wobei der Elektrolyt bei einer Temperatur von ungefähr 35⁰ C gehalten wurde. Nach dieser Behandlung wies die reflektierende Oberfläche einen Reflexionsfairtor von 84,4% ^auf· Dann wurde der Gegenstand in einem 7 % Schwefelsäure enthaltenden Elektrolyten anodisch oxydiert; es wurde dabei eine Stromdichte von 0,0125 Amp. auf den Quadratzentimeter bei einer Spannung von 22 Volt 10 Minuten lang angewandt und der Elektrolyt bei einer Temperatur von ungefähr, 22⁰ C gehalten. Der mit einem

Oxydüberzug versehene Gegenstand wurde darauf io Minuten lang mit reinem heißen Wasser behandelt und schließlich mit xtt"**"" leicht abschleifenden Seifenpulver poligrtS|
Reflexionsfaktor des fertigen Gegen&k
betrug darauf ungefähr 83,4%. v'

Bei der obenerwähnten Messung der Lichtreflexionsfaktoren der Oberfläche wurde der Taylorreflektometer, erfunden von A. H. Taylor im National Bureau of Standards, beschrieben in den Scientific Papers des Bureau of Standards, Nr. 391 und 405, benutzt.

Im allgemeinen haben reflektierende Oberflächen aus einer Aluminiumlegierung, wenn sie entsprechend dieser Erfindung in einem fluorwasserstoff haltigen Schwefelsäureelektrolyten behandelt und dann anodisch oxydiert werden, keinen so hohen Reflexionsfaktor, wie man ihn durch die gleiche Behandlung einer Aluminiumoberfläche von großer Reinheit erzielen kann. Das hier beschriebene Verfahren läßt sich jedoch auf viele Legierungen auf der Grundlage von Aluminium mit Vorteil anwenden.

Die Bezeichnung Aluminium, wie sie in dieser Beschreibung verwandt wird, umfaßt sowohl Aluminium als auch Legierungen auf der Grundlage von Aluminium.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Reflektion glänzender Aluminiumoberflächen sowie zur Erhöhung ihrer Beständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumteile als Anode mit Gleichstrom oder als Elektrode mit Wechselstrom in einer Lösung, die 1 bis 60 % Gewichtsteile Schwefelsäure und außerdem Fluorwasserstoffsäure enthält, behandelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man die Aluminiumoberfläche elektrolytisch in einem Elektrolyten behandelt, der 1 bis 60 % Gewichtsteile Schwefelsäure und 0,2 bis 1,5 % Gewichtsteile Fluorwasserstoffsäure enthält.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem die Oberfläche nach Anspruch 1 oder 2 behandelt ist, auf der Oberfläche mittels anodischer Oxydation ein klarer, durchsichtiger Überzug gebildet wird, der im wesentlichen aus Aluminiumoxyd besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Oxydüberzug versehene Oberfläche durch Heißwasserbehandlung undurchlässig gemacht wird.

BERLIN. (IF.OHl-'CKT IN DEIt