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Verfahren zur elektrolytischen Oxydation von Aluminium und seinen
Legierungen Es sind bereits Verfahren zur Oxydation von Aluminium und seinen Legierungen
bekannt, die darin bestehen, daß man das Metall einer elektrolytischen Behandlung
in einem Bad unterwirft, welches eine Säure, wie z. B. Phosphorsäure oder Oxalsäure
oder Schwefelsäure, enthält. Dieses letztere Verfahren wird am häufigsten angewendet.
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Die obenerwähnten Verfahren weisen den Nachteil auf, schon auf der
Oberfläche bestehende Fehler, die z. B. von der Bearbeitung des Metalls beim Walzen
und Strecken herrühren, stärker hervortreten zu lassen. Das gleiche gilt, wenn die
Werkstücke eine Schweißnaht aufweisen: Die Schweißnaht wird dadurch besonders augenfällig
hervorgehoben, daß sie nach Oxydation ein anderes Aussehen bekommt als der Rest
des Werkstücks.
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Im übrigen hat die Erfahrung gezeigt, daß es außerordentlich schwer
und manchmal sogar unmöglich war, zufriedenstellende Resultate dann zu erzielen,
wenn die Werkstücke gerollte Ränder oder irgendwie andere Falze aufweisen, die den
Elektrolyt durch Kapillarwirkung zurückhalten können. In der Tat verbleiben sehr
oft trotz aller Sorgfalt, mit welcher man die Spül- und Neutralisationsarbeitsgänge
durchführt, sehr oft Säurespuren, z. B. Schwefelsäure, in den gerollten Rändern
zurück,
und wenn man diese Werkstücke dann färben will, nehmen die
Teile, an denen die Säure verblieben ist, die Farbe nicht oder nur schlecht an.
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Man hat nun gefunden, daB man die erwähnten Nachteile vermeiden kann,
wenn man als Elektrolyt eine Lösung verwendet, die Chromsäure enthält, welcher man
aber noch eine kleine Menge Oxalsaure oder einer anderen organischen Dicarbonsüure,
z. B. Weinsäure, zugesetzt hat.
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Die Oxydation in einem reinen Chromsäuremilieu ist schon bekannt,
aber die so erhaltenen Schichten besitzen nicht dieselbe Gleichförmigkeit wie die
nach dem vorliegenden Verfahren erhalterien Schichten, und ihre nachfolgende Färbung
bringt Schwierigkeiten mit sich, besonders wenn es sich darum handelt, eine große
Anzahl Werkstücke des genau gleichen Farbtons zu erhalten; fliese Schwierigkeiten
werden durch das den Gegenstand vorliegenden Patents bildende Verfahren umgangen.
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Im schweizerischen Patent 137 219 ist bereits ein Elektrolyt
beschrieben worden, welcher hauptsächlich Oxalsäure in bedeutend größeren Mengen
als beim vorliegenden Verfahren verwendet sowie eine kleine Menge eines oxydierenden
Salzes oder einer oxydierenden Säure enthält; aber dieses Bad ist vollkommen verschieden
von dem den Gegenstand vorliegenden Patents bildenden Verfahren verwendeten Bade,
welches hauptsächlich aus Chromsäure mit einem geringen Zusatz an Oxalsäure besteht.
Das Bad des schweizerischen Patents 137 219 ergibt eine durchsichtige Schicht, während
(las Bad des den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Verfahrens immer
undurchsichtige Schichten ergibt.
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Der Chromsäure kann noch ein wenig Phosphorsäure zugesetzt werden,
und man hat anderseits festgestellt, daß die Zugabe von Borsäure oder von Perborat
die vollkommene Gleichförmigkeit der Oxydschicht noch verbessert.
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Die erhaltenen Sclychten, welche immer undurchsichtig sind, bedecken
alle Fehlerstellen des Metalls vollständig, was besonders wichtig ist.
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Anderseits sind für die gerollten Werkstücke nicht mehr die gleichen
Unannehmlichkeiten zu befürchten, da die Azidität des Bades viel weniger stark ist
als bei einem aus Schwefelsäure zusammengesetzten Elektrolyt. Infolge dieser geringen
Azidität ist es nicht mehr notwendig, daß die zu behandelnden Werkstücke ausschließlich
aus Aluminium bestehen müssen; sie können nun auch Teile aus anderem Material,umfassen,
wie z. B. Bolzen, Muttern usw., welche mit dem Hauptstück aus der Gießerei kommen
oder an dieses angefügt werden und aus Stahl, Nickel oder anderen Metallen bestehen.
Diese Hilfsteile werden durch das Bad nicht angegriffen, und es besteht keine Gefahr,
(laß dieses vergiftet wird.
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Anderseits haben Versuche gezeigt, daß die bei der Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens gebildete Oxydschicht eine bemerkenswerte Elastizität und Geschmeidigkeit
ausweist. Man kann die Werkstücke nach der Behandlung verhältnismäßig starken Deformationen
unterwerfen, ohne dabei Risse in der Oxydschicht hervorzurufen, was besonders interessant
ist für Werkstücke, die dazu bestimmt sind, starken Temperaturschwankungen unterworfen
zu werden, die bis in die Nachbarschaft des Schmelzpunkts des Aluminiums gehen können.
Auf diese Weise lassen sich Heiz- und Küchenapparate aus oxydiertem Aluminium herstellen,
also ein Anwendungsgebiet, das dem Aluminium bisher versagt war.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Leichtigkeit so geführt werden,
daß man Oxydschichten von außerordentlich charakteristischem Aussehen zwischen halbundurchsichtigen
bis vollständig undurchsichtig erhalten kann. lki Abwesenheit einer Farbe kann die
Schicht das Aussehen von Porzellan haben; gefärbte Schichten können Farbeffekte
zeigen, die ohne weiteres vergleichbar sind mit Email oder Lack, also ganz verschieden
vom metallischen Aussehen, welches die nach dein oben angegebenen Verfahren behandelten
Werkstücke bisher immer behalten haben, und dies ohne Zusatz von Metallsalzen zum
Elektrolyt.
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Infolge ihrer Struktur und ihrer Gleichförmigkeit stellt die nach
der Erfindung erhaltene Oxydschicht einen Schutz von absoluter Wirksamkeit gegen
Korrosionen, welche sowohl von elektrischen Wirkungen infolge der Berührung mit
einem anderen Metall herrühren als auch auf Wirkungen chemischer Agenzien zurückgehen,
vorausgesetzt, daß der PH der chemischen Agenzien zwischen 4,3 und i i liegt.
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Die thermischen Bedingungen (Badtemperatur) gewährleisten einen breiteren
Anwendungsbereich als dies für bekannte Verfahren der Fall ist, und die elektrischen
Bedingungen (Spannung, Dichte und Art des Stroms) sowie die Behandlungsdauer hängen
von den Eigenschaften ab, die man zu erhalten wünscht. Dem Bad kann noch irgendeine
Verbindung zugesetzt werden, die fähig ist, in der Chromsäurelösung beim Durchgang
des Stroms und in Berührung mit dem Aluminium, die Menge Chromationen (Cr 04") zu
bilden, von denen die Orientierung der Tonerdekristalle abhängt, welche Orientierung
anderseits die Undurchsichtigkeit der A1203-Schicht bewirkt. Unter diesen Verbindungen
sind insbesondere Borsäure und Natriumperborat zu erwähnen. Die nachfolgenden Beispiele
veranschaulichen einige Ausführungsformen des Verfahrens. Beispiel i Man verwendet
ein Bad folgender Zusammensetzung: Chromsäure io °/o, Oxalsäure 2 %, Wasser 88 %.
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Man kann eventuell noch 5010 Phosphorsäure zugeben. Dieses
Bad muß frei sein von Chloriden. Die Temperatur wird zwischen 30 und 50°C
gehalten. Die Spannung des verwendeten Gleichstroms schwankt zwischen 20 und
30 Volt, um eine Stromdichte von o,5 bis o,8 Amp. pro Quadratdezimeter behandelte
Oberfläche zu erhalten. Unter diesen Bedingungen ist die erhaltene Oxydschicht
undurchsichtig,
und ihre Dicke erreicht 15 ß in 35 Minuten und 20 u in 6o Minuten. Bei den dielektrischen
Versuchen beträgt die Durchschlagsspannung im ersten Fall 300 bis
350 Volt und im zweiten Fall ungefähr 5oo Volt. Die Oxalsäure kann auch durch
Weinsäure ersetzt werden.
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Beispiel e Zusammensetzung des Bades: Chromsäure 50/0, Oxalsäure o,50/0,
Borsäure 0,2 bis o,50/0 oder Natriumperborat 2°/0, Wasser Rest.
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VerNvendeter Strom: Gleichstrom von 25 bis 4o Volt, o,8 bis i Amp./dm2.
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Beispiel 3 Zusammensetzung des Bades: Chromsäure 5%, Oxalsäure i %,
Phosphorsäure i %, Wasser 930/0.
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Verwendeter Strom: Wechselstrom von 4o bis 50 Volt, 2 bis 4 Amp./dm2.
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Beispiel 4 Zusammensetzung des Bades: Chromsäure 3%, Oxalsäure 20/0,
Borsäure i0/0, Wasser 94%.
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Verwendeter Strom: Gewellter Gleichstrom. Wenn man einen gewellten
Gleichstrom verwendet, der aus der Überlagerung einer Wechselspannung und einer
Gleichspannung entsteht, erhält man je nach der Stromdichte und Temperatur eine
geschmeidige Schicht, welche die Farbe gut annimmt und deren Farbton weiß oder graugell)
ist.