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Verfahren zur Erzeugung von harten, verschleißfesten Überzügen . -
auf Aluminium und Aluminiumlegierungen Für viele Verwendungszwecke des Aluminiums
ist die Herstellung einer harten Oberfläche, die das Aluminium vor Korrosion schützt,
von ausschlaggebender Bedeutung. Es sind eine Reihe von Verfahren bekannt; die es
gestatten, solche Schutzschichten auf Aluminium und Aluminiumlegierungen nach verschiedenen
Verfahren zu erzeugen. Von den zahlreichen Verfahren haben sich die elektrolytischen
Oxydationsverfahren am besten bewährt, da man durch, sie leicht harte und verschleißfeste
Überzüge erhalten kann, die sich auch als Korrosionsschutz eignen, da sie selbst
chemisch bereits sehr widerstandsfähig sind und sich durch verschiedene Nachb,ehandlungsmethoden
so vervollkommnen lassei, daß sie ,einen sehr guten Korrosionsschutz bieten können.
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Es sind eine große Anzahl der verschiedenen Elektrolyte zur Herstellung
von oxydischen SChiclÜen bekanntgeworden. In den meisten Fällen handelt es sich
um freie Säuren in verschiedenen Konzentrationen und mit Zusätzen verschiedenster
Art.
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In der Technik haben sich bisher am meisten die Verfahren eingeführt,
die mit Schwefelsäure verschiedener Konzentration und mit Oxalsäure arbeiten. Bei
beiden Säuren ist sowohl Gleich- als auch Wechselstrom zur Oxydation anwendbar.
In vielen Fällen werden diesen Säuren Zusätze gemacht bzw. werden sie hin und wieder
auch in Gemischen untereinander angewendet.
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Bei Verwendung von reiner Oxalsäure mit den bisher bekanntgewordenen
Zusätzen stellt sich nun heraus, daß man höhere Spannungen von 40 Volt aufwärts,
in der Regel 6o bis too Volt, anwenden muß, um brauchbare Oxydschichten zu erhalten.
Dies bedingt, abgesehen von den höheren Stromkosten, Vorsichtsmaßregeln
bei
der Arbeit mit derartigen Lösungen, da bereits Ströme von 48 Volt aufwärts, insbesondere
Wechselströme, tödliche Wirkung ausüben können. Die Anlagen, welche mit Oxalsäure
arbeiten, sind daher verhältnismäßig kompliziert. Die mit Oxal-'säure erhaltenen
Schichten sind hart und ziemlich verschleißfest.
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Bei der Arbeit mit Schwefelsäure werd, geringere Spannungen, und zwar
solcl%e bis:: zu etwa 2o Volt, benötigt. Die Stromdichte schwankt bei Schwefelsäure
in den üblichen Konzentrationen bis- zu 35 °/o zwischen i und 3 Ampere pro qdm Oberfläche.
Bei Verwendung von Schwefelsäure als Elektrolyt stellt sich jedoch heraus, daß die
Oxydschichten aus verschieden harten Schichten bestehen, wobei die direkt auf dem
Grundmaterial aufliegende die härteste ist und .die an der Oberfläche des Aluminiums
befindliche die weichste ist. Für viele Anwendungszwecke ist die Abstufung in der
Härte innerhalb der Oxydschicht nicht erwünscht und für manche, insbesondere für
dekorative Zwecke, unzulässig.
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Alle Oxydschichten sind mehr oder weniger porös und müssen, damit
sie einen guten Korrosionsschutz bilden, nachbehandelt werden. Die Nachbehandlungsverfahren
haben den Zweck, die Poren der Oxydschicht zu schließen und dadurch eine völlig
undurchlässige Schicht auf dem Aluminium herzustellen. Hierzu sind besondere Nachbehandlungsverfahren
notwendig, die jeweils eine zusätzliche Einrichtung bzw. einen zusätzlichen Arbeitsaufwand
erfordern.
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Durch die vorliegende Erfindung werden die Mängel, die bei den einzelnen
bisher bekanntgewordenen Verfahren zur anodischen Oxydation von Aluminium bestehen,
so gut wie völlig beseitigt. Das Verfahren besitzt die Vorteile der Oxydation mit
Schwefelsäure bzw. Oxalsäure, ohne deren Nachteile zu haben. Es besteht darin, daß
als Elektrolyt eine Lösung verwendet wird, ,die aus Oxalsäure besteht und welche
Zusätze erhält von Sulfaten jener dreiwertigen Metalle, die mit Oxalsäure Komplexe
zu bilden vermögen. Es handelt .sich hierum Lösungen von Sulfaten drenwertiger Metallionen,
wie Chromisulfat, Ferrsulfat und Aluminiumsulfat. Die Anwendung der komplexen Verbindungen
mit dreiwertigen Metallen gestattet es, höhere Oxalsäurekonzentrationen zu verwenden,
wodurch es möglich ist, einen weit beständigeren Elektrolyten zu erzielen. Der Elektrolyt
ist ferner wenig empfindlich gegen Verunreinigungen, während beispielsweise ein
rein schwefelsäurehaltiger Elektrolyt von Zeit zu Zeit erneuert «-erden muß, weil
die Säure beim Oxydieren Aluminium bzw. die im Aluminium vorhandenen Legierungsbestandteile
herauslöst und weil dadurch der Elektrolyt unbrauchbar wird.
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Die Spannungen sind gegenüber reiner Oxalsäure geringer und betragen
io bis 2o Volt. Die hierbei erzielten Stromdichten schwanken j e nach der Legierung
zwischen i bis 3 Ampere pro qdm Oberfläche. Die -Arbeitstemperatur beträgt 2o bis
25° C. Der Elektrolyt besitzt eine verhältnismäßig hohe '=Leitfähigkeit, so daß
er sich trotz hoher Stromdichte nur wenig erwärmt. Die nach dem Verfahren hergestellten
Oxydschichten enthalten in den Poren noch Überreste des Elektrolyten, und durch
eine einfache Nachbehandlung in heißem Wasser tritt eine Zerlegung der Komplexe
und eine Hydrolyse der Metallsalze ein, so daß eine Abdichtung bereits auf diesem
einfachen Wege erzielt wird.
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Die Oxydschichten gemäß der Erfindung sind rein weiß, sofern es sich
um Beinaluminium handelt, während die nur mit Oxalsäure hergestellten Schichten
einen Stich ins Gelbliche haben. Selbst bei stärkeren Schichten ist die Oberfläche
der 0xydschichten nicht weicher als die tiefer liegenden Stellen, so daß man starke
Schichten von durchaus gleichbleibender Härte ohne besondere Vorsichtsmaßregeln
erzeugen kann.
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Es ist bereits bekannt, Elektrolyte zu verwenden, die aus Schwefelsäure
unter Zusatz von Metallsulfaten bestehen. Diese Elektrolyte haben jedoch nicht die
Vorteile, welche die Elektrolyte gemäß vorliegender Erfindung besitzen, da sie aus
Schwefelsäure und den Metallsalzen zweiwertiger Metalle bestehen, die eine bedeutend
geringere Hydrolyse beim Nachbehandeln mit heißem Wasser aufweisen und daher zum
Abdichten nicht so gut geeignet sind wie die dreibasischen Metallsalze.
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Die Verwendung eines Säuregemisches, bestehend aus Oxalsäure und Schwefelsäure,
führt ebenfalls nicht zu den durch die vorliegende Erfindung erzielten Vorteilen.
Obzwar man mit einem derartigen Gemisch harte und verschleißfeste Oxydschichten
erzielt, gelingt es nicht, ein so gutes Abdichten des Oxydfilms bei der einfachen
Nachbehandlung in heißem Wasser zu erzielen, weil die hierzu notwendigen Metallsulfate
nicht vorhanden sind. Beispiel 500 g Aluniiuumsulfat (krist.) oder
eine entsprechende Menge Ferrisulfat (krist.) werden in heißem Wasser aufgelöst
und mit t5og Oxalsäure (krist.) gelöst, mit heißem Wasser versetzt und die Flüssigkeit
zu i 1 aufgefüllt. Nach dem Erkalten ist der Elektrolyt eine viscose Flüssigkeit
und direkt zur Oxydation verwendbar.
Es kann in diesem Bad sowohl
mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom gearbeitet werden.
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Ein weiterer Vorteil der Schicht ist, daß sie sich außerordentlich
leicht gleichmäßig und ohne Fleckenbildung auf die bekannte Art und Weise mit organischen
Farbstoffen einfärben läßt.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, die Abdichtung nicht nur durch
Erwärmen in heißem Wasser, sondern auch nach anderen bekannten Verfahren vorzunehmen.