DE810097C

DE810097C - Verfahren zur Herstellung eines Oxydueberzuges auf Aluminium

Info

Publication number: DE810097C
Application number: DEP29457A
Authority: DE
Inventors: Ralph Bryant Mason
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1945-02-15
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1951-09-03
Also published as: FR948260A; US2464596A; GB614671A; CH264921A; ES179130A1; BE474285A

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 3. SEPTEMBER 1951

p 29457 Vl a j 48 d D

ist als Erfinder genannt worden

Die Oberfläche von Aluminium kann nach verschiedenen Verfahren mit künstlich erzeugten Schutzüberzügen versehen werden, die zum wesentlichen Teil aus Aluminiumoxyd bestehen. Unter Aluminium sollen im Rahmen dieser Beschreibung Aluminium und solche Aluminiumlegierungen verstanden werden, die etwa 70 Gewichtsprozent Aluminium oder mehr enthalten.

Der durch derartige Verfahren erzeugte Überzug kann auch noch andere Bestandteile enthalten, die gegebenenfalls auf die besonderen Eigenschaften der Schutzschicht einen Einfluß ausüben können. In der Technik bezeichnet man solche Überzüge im allgemeinen als Oxydschichten. Die Eigenschaften solcher Überzüge hängen in verschiedenen Beziehungen von ihrer besonderen Zusammensetzung ab; im allgemeinen gilt jedoch, daß sie eine größere Dicke als der natürliche Oxydfilm besitzen, der sich auf allen Aluminiumoberflächen bildet. Weiterhin sind sie im allgemeinen gekennzeichnet durch eine gewisse Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Abrieb ,'sie lassen sich mit organischen Farben und anorganischen Färbemitteln färben, besitzen eine gewisse Durchlässigkeit und das Vermögen, Feuchtigkeit oder Flüssigkeiten zu adsorbieren oder absorbieren. Mit Hilfe verschiedenartiger Behandlungen nach Erzeugung der Oxydüberzüge können diese den verschiedensten Aufgabenstellungen angepaßt oder die natürlichen Vorzüge und Eigenschaften der Schicht verbessert, abgewandelt oder erhöht werden.

Solche Oxydschichten auf Aluminiumflächen lassen sich durch eine große Anzahl von Verfahren herstellen. Manche von ihnen sind anderen überlegen, aber im allgemeinen lassen sie sich ohne Rücksicht auf ihre Eignung für besondere Fälle in zwei Klassen eingruppieren. Bei der einen Verfahrensgruppe macht man die Aluminiumoberfläche

zur Anode eines Elektrolysebades, wobei der Elektrolyt eine ausgesuchte, den Überzug bildende Lösung ist. Elektrischer Strom verursacht oder unterstützt die Bildung des Schutzüberzuges auf der AIuminiumfläche. Nach der anderen Gruppe von Verfahren wird die Oxydschicht durch chemische Umsetzung ohne äußere Anwendung elektrischer Energie erzeugt. Bei diesen Verfahren wird die Aluminiumfläche in die den Überzug erzeugende Lösung eingetaucht oder in anderer Weise mit ihr in Berührung gebracht.

Diese chemischen oder auch nichtelektrolytischen Verfahren zur Bildung der Oxydschichten sind gewöhnlich billiger in der Anwendung und erfordern nicht die Benutzung besonderer Apparaturen, wie sie für die Erzeugung elektrolytischer Oxydschichten erforderlich sind. Jedoch sind die durch chemische Behandlung erzeugten Schutzschichten gewöhnlich nicht so hart und kompakt und haften

ao nicht so fest wie die sachgerecht hergestellten elektrolytischen Schichten. Trotz dieser wohlbekannten Nachteile haben chemisch hergestellte Oxydüberzüge in der Technik in vielen Fällen weitverbreitete Anwendung gefunden, wo sich elektrolytische Überzugsverfahren nicht wirtschaftlich anwenden lassen, sei es infolge der Größe, Form und relativen Kosten des zu überziehenden Gegenstandes, sei es auf Grund der zur Verfügung stehenden Herstellungseinrichtungen, der Materialmenge, die in einem bestimmten Zeitabschnitt zu überziehen ist, oder aus ähnlichen oder anderen Gründen. Es sind auch Fälle denkbar, wo die Nachteile chemisch erzeugter Oxydschichten nicht von ausschlaggebender Wichtigkeit sind, beispielsweise dann, wenn die überzogene AIu-

miniumfläche Zwecken dient, bei denen der Überzug keinen besonderen Beanspruchungen ausgesetzt ist.

Wäßrige Lösungen, die ein Alkalicarbonat als

hauptsächlichen Bestandteil enthalten, haben sich in der Praxis am brauchbarsten von allen wäßrigen Lösungen für die chemische Erzeugung solcher Überzüge erwiesen.

Solche Lösungen enthalten gewöhnlich 0,5 bis 6 Gewichtsprozent Alkalicarbonat, am besten Natriumcarbonat. Bei der Benutzung solcher Lösungen ist es manchmal und je nach der gewünschten Endbeschaffenheit des Überzuges erwünscht, .der den Überzug erzeugenden Lösung eine gewisse Menge einer löslichen Chromverbindung, d.' h. einer Verbindung des sechswertigen Chroms, am besten als Alkalichromat zuzusetzen. Dieser Ausdruck soll im Rahmen der Beschreibung die gleichwertigen Alkalidichromate einschließen.

Es wurde nun gefunden, daß die Natur von Oxydüberzügen, die chemisch auf Aluminiumflächen mit Hilfe solcher Alkalicarbonat lösungen erzeugt sind, bedeutend verbessert werden kann, wenn in der Uberzugslösung eine bestimmte Menge Polyvinylalkohol enthalten ist. Der Zusatz von Polyvinylalkohol zur Lösung unterstützt die Bildung einer Oxydschicht, die fester haftet und gegen mechanische Abnutzung widerstandsfähiger ist als Überzüge, die in üblicher Weise mit Hilfe von Alkalicarbonatlösungen ohne Gegenwart von Polyvinylalkohol hergestellt werden. Der Gehalt an Polyvinylalkohol in der Überzugslösung kann zwischen etwa o,2 und 5 Gewichtsprozent der gesamten Lösung liegen; bevorzugt ist eine Zusatzmenge zwischen 0,2 und 3 Gewichtsprozent. Zur Erzeugung des Überzuges braucht man die Metalloberfläche nur in die Lösung einzutauchen, die auch umgerührt werden kann, und darin eine Zeit zu belassen, die sich nach der Natur der Aluminiumoberfläche und der Konzentration der Lösung richtet. Im allgemeinen entstehen gute Überzüge in etwa 30 Minuten bei einer Temperatur der Lösung zwischen etwa 70 und 95⁰ C. Es hat sich ferner gezeigt, daß die besten Überzüge gewöhnlich dann erhalten werden, wenn die Konzentrationen an Alkalicarbonat und Polyvinylalkohol, in Gewichtsprozent der ganzen Lösung ausgedrückt, im wesentlichen gleich sind; allerdings gilt diese besondere Regel nicht für alle Oberflächen. Zufriedenstellende Ergebnisse hat man auf handelsüblich reinem Aluminium erzielt, indem man die Oberfläche mit einer Lösung behandelte, die 1 °/₀ Natriumcarbonat und 1% Polyvinylalkohol enthielt. Bei der Behandlung einer Aluminiumlegierung, deren Hauptlegierungsbestandteil etwa 4Vi⁰Zo Kupfer war, wurde beobachtet, daß eine zähe, glatte, glasige Schutzschicht am besten mit einer Behandlungslösung erzielt wurde, die ungefähr 3 Gewichts- prozent Polyvinylalkohol und 3 Gewichtsprozent Natriumcarbonat enthielt.

Mit einer Überzugslösung, die 1 Gewichtsprozent Natriumcarbonat und 1 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol sowie o,i°/_e Natriumchromat enthielt, wurden sehr befriedigende Überzüge auf der Oberfläche von Reißverschlüssen erzielt, die aus einer Aluminiumlegierung bestanden, deren Hauptlegierungskomponente Magnesium in einer Menge von 5% war. In allen Fällen hat man beobachtet, daß die erzeugten Überzüge eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Abblättern oder gegen Abnutzung unter normalen Bedingungen besaßen als Überzüge aus Alkalicarbonatlösungen ohne Polyvinylzusatz.

Als Beispiel für die Verschleißfestigkeit von Überzügen nach der Erfindung seien einige Abriebversuche berichtet, die unter entsprechenden Vergleichsbedingungen mit durch Oxydüberzüge geschützten Aluminiumflächen durchgeführt wurden. In einem F^Il wurde handelsüblich reines Aluminium 30 Minuten bei 87⁰ C mit einer 1 "/eigen Natriumcarbonatlösung behandelt, die außerdem ι Gewichtsprozent Polyvinylalkohol und 0,1 Gewichtsprozent Natriumchromat enthielt. Die oxydgeschützte Oberfläche, die hierdurch gebildet war, wurde mit einer heißen Lösung von sulfoniertem Rizinusöl behandelt, woran sich für weitere 15 Minuten eine Behandlung in einer 5%igen Lösung von Natriumchromat schloß; solche Nachbehandlungen sind für oxydgeschützte Aluminiumflächen iao üblich, um ihre Gebrauchseigenschaften zu verbessern. Ein zweites Aluminiumstück von gleichem Reinheitsgrad wurde in gleicher Weise behandelt mit dem Unterschied, daß die Uberzugslösung keinen Polyvinylalkohol enthielt. Auch dieses wurde las anschließend mit sulfoniertem Rizinusöl und Na-

triumchromat behandelt. Beide Proben wurden dann in eine Abriebmaschine gebracht, bei welcher der Abrieb durch eine Art von Reiben erzeugt wird, indem ein poliertes Stahlrad unter Druck gegen die umlaufende Fläche des oxydgeschützten Musterstückes rotiert. Das erfindungsgemäß hergestellte Musterstück verhielt sich bei diesem Verschleißversuch mehr als zehnmal so widerstandsfähig gegen Abrieb als das Musterstück, dessen Überzug ohne Polyvinylalkohol hergestellt war.

Erfindungsgemäß hergestellte Überzüge lassen sich in bekannter Weise mit organischen Farben und anorganischen Färbemitteln behandeln oder ähnlichen bzw. anderen Nachbehandlungen unterziehen, wie sie für solche Oxydüberzüge auf Aluminium üblich sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur chemischen Erzeugung eines Oxydüberzuges auf Aluminiumflächen, indem man diese Flächen mit einer Lösung behandelt, die ein Alkalicarbonat und gegebenenfalls auch ein Alkalichromat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungslösung Polyvinylalkohol as zugesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung benutzt wird, die 0,5 bis 6 Gewichtsprozent Alkalicarbonat und o,2 bis 5 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung benutzt wird, die 0,5 bis 6 Gewichtsprozent Alkalicarbonat, 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Alkalichromat und 0,2 bis 3 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol enthält.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung benutzt wird, deren Gehalt an Alkalicarbonat wenigstens ebenso groß wie der Gehalt an Polyvinylalkohol ist.

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