EP0112439B1 - Process for the anodic oxidation of aluminium alloys - Google Patents
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- EP0112439B1 EP0112439B1 EP83108951A EP83108951A EP0112439B1 EP 0112439 B1 EP0112439 B1 EP 0112439B1 EP 83108951 A EP83108951 A EP 83108951A EP 83108951 A EP83108951 A EP 83108951A EP 0112439 B1 EP0112439 B1 EP 0112439B1
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
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- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/024—Anodisation under pulsed or modulated current or potential
Definitions
- the invention relates to methods for anodic oxidation of workpieces made of an aluminum alloy, in particular with a high content of copper and / or noble metals, the workpieces being arranged in a moving aqueous electrolyte together with one or more cathodes and a voltage essentially periodically Generation of short-term current pulses with high current flow is applied to the workpieces and the cathode (s).
- hard oxide layers have hardness values that correspond to 5 to 10 times the hardness of the base material.
- electrolytes have been developed for hard anodization, with which it is possible to form thick, hard and abrasion-resistant oxide layers.
- the best known of these electrolytes are based on sulfuric acid, whereby on the one hand pure sulfuric acid of different concentrations and on the other hand mixed electrolytes (e.g. sulfuric acid and oxalic acid) have been used.
- electrolytes have a redissolving power of the oxide layer formed.
- the electrolyte is cooled.
- the released Joule heat is dissipated through the electrolyte, which is moved for better heat dissipation, and through the workpiece.
- the heat dissipation through the workpiece itself is negligible.
- Most of the Joule heat is therefore dissipated by the electrolyte. It should be noted, however, that as the layer thickness increases, the heat flow from the oxidized metal side to the electrolyte is increasingly impeded. In the case of anodic oxidation with direct current, the current density is therefore limited.
- the layer thickness is initially small, so that there is only a slight drop in electrical power.
- the resulting Joule heat can easily be dissipated by the electrolyte flowing past the aluminum oxide / electrolyte interface, so that no heat build-up can occur in the oxide layer.
- the drop in performance With larger layer thicknesses, the drop in performance also increases, so that increasing heating occurs.
- the back-dissolving power of the electrolyte increases sharply with heating, so that the formation of thick, hard layers is hindered. No more layer growth occurs when the rate of dissolution of the oxide through the electrolyte is equal to the rate of formation of the oxide.
- the electrochemically nobler metals or metal phases embedded in the aluminum matrix form defects in the oxidation, since these metals either have a higher dissolution rate than the aluminum (such as the intermetallic phase of copper) or are not soluble in the electrolyte , such as Lead deposits, which also have a high electron conductivity compared to the oxide formed.
- These impurities prevent a homogeneous formation of germs, which initiate the primary growth of the oxide layer, on the aluminum matrix.
- intermetallic phases which, like copper, preferentially dissolve, the current flow at the impurities increases very strongly, so that Joule heat occurs increasingly, which in turn leads to increased redissolution.
- the anodization is carried out with pulsating direct current, the frequency of which corresponds to the mains frequency.
- Voltage pulses are cut out of the positive (or negative) half-waves by means of a phase control.
- the current flow time i.e. the duration of a single pulse, corresponds to approximately one third of the subsequent switch-off time. During this switch-off time, practically no more Joule heat is generated; the switch-off time is used to dissipate the Joule heat generated during the previous voltage pulse.
- the oxide layers produced by this known method are not always satisfactory.
- practical tests have shown that even with relatively short-term voltage pulses and, accordingly, inevitably longer breaks between the individual voltage pulses, a uniform layer growth is not always achieved.
- the heat dissipation at the critical points is not sufficient. Accordingly, the layer formation at critical points and with special alloys is not satisfactory.
- US Pat. No. 3,857,766 describes a process for the anodic oxidation, especially of copper-containing ones
- Aluminum alloys are known in which a pulsating direct current, which has at least 6 voltage pulses per second, is superimposed on a basic direct current of low voltage. The oxidation takes place with a constant current. A mixture of sulfuric acid and oxalic acid is used as the electrolyte.
- the hard anodization layers produced by this process are also not always satisfactory, especially in the case of special aluminum alloys. The layer formation is poor or incomplete at critical points.
- the object of the invention is to avoid the disadvantages of the known methods and to provide a method of the type mentioned at the outset with which hard oxide layers can also be produced on thin-walled and pointed, sharp-edged workpieces which have sufficient mechanical properties, in particular with regard to abrasion resistance and thickness.
- This object is achieved in that the voltage remains switched on for as long as there is a noticeable build-up of the oxide layer and is then switched off until the Joule heat generated is essentially dissipated.
- the duration of the voltage pulses is advantageously greater than 1/1 second, for example between 0.1 and 1.5 seconds and is therefore relatively long.
- a relatively high voltage is applied during the specified period of time.
- the anodization rate is high from the start, so that despite the described, preferred high rate of dissolution of intermetallic phases (e.g. copper), the aluminum matrix is activated to form nuclei and an even layer formation is achieved even on critical parts.
- intermetallic phases e.g. copper
- concentration equalization After the current is switched off, a concentration equalization will occur due to the moving electrolyte.
- the reduction in the concentration gradient can be demonstrated by the decay of the concentration polarization using an electron beam oscillograph. It was found that the anodization voltage does not immediately drop to a value of approximately 0 after the current is switched off, but that the reduction in the potential of approximately 3 to 5 volts takes a time of 0.1 to 0.5 seconds.
- the specified, in comparison to the prior art, long period of time during which the voltage pulses are present is extremely favorable for the construction of an oxide layer.
- the interruption of the voltage between two voltage pulses should last 0.1 to 2 seconds, advantageously this time period is between 0.1 and 1 seconds.
- the ratio of the duration of a voltage pulse to the duration of a switch-off time should be 0.5 to 5.
- the temperature of the electrolyte or of the workpiece, in particular at critical points, is advantageously measured. Only after the temperature measured in this way has dropped back to a predetermined value is a renewed voltage pulse applied. Depending on the need, the switch-off times are longer or shorter at the beginning or at the end of the oxidation.
- the hard anodization according to the method according to the invention can be used for workpieces made of cast or wrought alloys.
- workpieces made of sintered aluminum can also be coated satisfactorily with high alloy proportions of electrochemically more noble elements, such as copper, using the method according to the invention. Due to the high rate of formation of the oxide layer and the reduced redissolution, it succeeds on the porous Sintered metal material to form relatively homogeneous layers.
- FIG. 1 shows the device used to carry out the method according to the invention.
- An electrolyte pan 1 receives an electrolyte bath 2 with 180 g / l sulfuric acid and 15 g / l oxalic acid.
- An anode 3 and a cathode 4 are immersed in this electrolyte bath 2 and connected to a voltage supply device 7 via leads 5 and 6.
- the anode 3 is composed of an anode holder 8 and the workpieces 9 to be treated.
- Electrolyte liquid is constantly sucked out of the electrolyte bath 2 via a pipeline 10, which leads to a pump 11, and is returned to the electrolyte bath 2 via an electrolyte guide tube 12, the returned current being directed towards the workpiece 9.
- a cooler 13 heat exchanger
- This cooling unit 14 is controlled by a contact thermometer 15, which also extends into the electrolyte bath 2.
- the voltage supply device 7 supplies a rectified output voltage over a time t i -t 2 , as is shown graphically in FIG. 2. As can be seen in the figure, this voltage can be rectangular or have a ripple of any technically possible voltage form.
- This voltage U is applied to the cathode 4 and the anode 3 via the leads 5 and 6 and causes a current to flow through the electrolyte. The time course of this current flow i is shown graphically in FIG.
- the voltage supplied by the voltage supply device 7 is constant during each individual voltage pulse, and it also remains at the same value for the entire anodization time.
- the power supply device 7 has a current limitation which limits the current during a time t to t 4 , so that the current pulses are also approximately rectangular. If there is no current limitation, the current curve begins to decrease immediately after the time t 4 .
- a DC voltage between 20 and 60 volts generated within the voltage supply device 7 is expediently switched on and off by a switch in such a way that the voltage curve shown in FIG. 2 results.
- the switch-on times t to t 2 are between 0.1 and 3 seconds
- the pause times t 2 to t 3 are between 0.1 and 2 seconds.
- the ratio of operating times to break times is approximately in the range from 0.5 to 5, in the exemplary embodiment shown this ratio is 2.
- the first current pulses are constant up to time t 4, as already explained and due to the automatic current limitation. Due to the structure of the oxide layer, as can be seen from FIG. 4, and the associated increase in the volume resistance of this oxide layer, the current i decreases continuously with time t 4 , since the voltage U is constant according to FIG. Accordingly, the layer thickness (FIG. 4) increases almost constantly during the time t until t 4 . The layer thickness increase will decrease as the current i decreases.
- anodization can also be carried out, for example, in the time t until t 4 over the entire anodization time with constant current of the current pulses or with constant voltage starting with time t 4 to t 5 .
- FIG. 5 shows the temperature increase compared to the initial state.
- the temperature increase in the layer increases during the time t until t 4 and then fluctuates around a constant value.
- the curves shown in FIGS. 2 to 5 are intended to illustrate the pulse current technology according to the invention purely schematically.
- the shape of the voltage and the current does not always correspond to what is technically achievable. Frequently, the voltage and current increases are not linear from 0 to the nominal value, and the drops at the end of the pulse are not always as sharp as shown. Many experiments have shown that the rise and fall times are around 1/10 of a second. However, the curve shape has no influence on the anodization result.
- the method according to the invention makes it possible to anodize very thin-walled workpieces such as those with sharp edges and corners in spite of very high pulse current densities of at most 80 A / dm 2 without any signs of combustion.
- the process according to the invention is characterized in that the anodization is started directly with a high current density.
- the current can optionally be limited as shown in Figure 3.
- the method according to the invention proves to be particularly advantageous. It is the only process that makes it possible to oxidize all workpieces without combustion phenomena with a high current density and short anodization times. Furthermore, the tables show that the coating qualities can be improved with the method according to the invention, even of such Al alloys with low contents of more noble electrochemical metals, as shown in Table 3.
- Continuous anodization is understood to mean the anodization of strips or workpieces which are drawn continuously through the anodization bath and, if appropriate, through rinsing or post-compression baths.
- the maximum achievable layer thickness is also limited by the limitation of the applied voltage.
- the current density is very high due to the high voltage applied and can have values of up to 80 A / dm 2 .
- the Joule heat is removed by the moving electrolyte and, as described, the polarization voltages are also reduced.
- the process of the pulse current method according to the invention thus makes it possible to reduce the anodization time considerably, so that the throughput in existing strip anodization systems can be increased considerably if the same layer thickness is to be achieved.
- an aluminum foil made of AIMg1 (dimensions: thickness 1.0 mm, width 300 mm, length 500 mm) was placed in a moving electrolyte at a lowering speed of 0.2 m / min. introduced and after completely lowering the film in the electrolyte, the anodization continued for 2 minutes.
- the applied voltage was 35 volts and the current switch-on time was 0.4 seconds, the switch-off time 0.2 seconds.
- the sample film showed no burns despite the high initial current density of approximately 90 A / dm 2 .
- the layer thickness was 40 to 55 ⁇ m, the part of the film with the longest anodization time naturally having the greatest layer thickness.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur anodischen Oxydation von Werkstücken aus einer Aluminiumlegierung, insbesondere mit hohem Gehalt an Kupfer und/oder edleren Metallen, wobei die Werkstücke in einem bewegten wässrigen Elektrolyten zusammen mit einer oder mehreren Kathoden angeordnet werden und eine Spannung im wesentlichen periodisch zum Erzeugen von kurz zeitigen Stromimpulsen mit hohem Stromfluss an die Werkstücke und die Kathode(n) angelegt wird.The invention relates to methods for anodic oxidation of workpieces made of an aluminum alloy, in particular with a high content of copper and / or noble metals, the workpieces being arranged in a moving aqueous electrolyte together with one or more cathodes and a voltage essentially periodically Generation of short-term current pulses with high current flow is applied to the workpieces and the cathode (s).
Es ist seit langem bekannt, Gegenstände aus Aluminium durch anodische Oxydation in einem wässrigen Elektrolyten mit einer dicken (z B. 50 11m), harten und abriebfesten Oxidschicht zu versehen. Die so oxdierten Aluminiumwerkstücke können überall dort eingesetzt werden, wo verschleißfeste Oberflächen notwendig sind.It has long been known to provide objects made of aluminum by anodic oxidation in an aqueous electrolyte with a thick (eg 50 1 1m), hard and abrasion-resistant oxide layer. The aluminum workpieces thus oxidized can be used wherever wear-resistant surfaces are necessary.
Diese sogenannten Hartoxidschichten weisen Härtewerte auf, die dem 5- bis 10-fachen der Harte des Grundmaterials entsprechen. Für die Hartanodisation wurden eine große Anzahl von Elektrolyten entwickelt, mit denen es möglich ist, dicke, harte und abriebfeste Oxidschichten zu bilden. Die bekanntesten dieser Elektrolyten basieren auf schwefelsäure, wobei einerseits reine Schwefelsäure unterschiedlicher Konzentration und andererseits Mischelektrolyte (z.B. Schwefelsäure und Oxalsäure) Anwendung gefunden haben.These so-called hard oxide layers have hardness values that correspond to 5 to 10 times the hardness of the base material. A large number of electrolytes have been developed for hard anodization, with which it is possible to form thick, hard and abrasion-resistant oxide layers. The best known of these electrolytes are based on sulfuric acid, whereby on the one hand pure sulfuric acid of different concentrations and on the other hand mixed electrolytes (e.g. sulfuric acid and oxalic acid) have been used.
Diese Elektrolyten weisen ein Rücklösevermögen der gebildeten Oxidschicht auf. Um dieses Rücklösevermögen zu verringern und die geünschten dicken, harten und abriebfesten Qxidschichten zu erreichen, wird der Elektrolyt gekühlt.These electrolytes have a redissolving power of the oxide layer formed. In order to reduce this redissolving power and to achieve the desired thick, hard and abrasion-resistant oxide layers, the electrolyte is cooled.
Bei der anodischen Oxydation bildet sich auf dem Aluminium eine poröse Oxidschicht, deren Dicke mit der Oxydationszeit zunimmt. Bedingt durch dieses Wachsen der Oxidschicht erhöht sich der elektrische Übergangswiderstans zwischen Elektrolyt und Werkstück. An diesem Übergangswiderstand fällt in Abhängigkeit vom Anodisationsstrom eine Spannung ab. Diese elektrische, vom Übergangswiderstans aufgenommene Leistung wird in Joule'sche Wärme umgesetzt. Dies führt zu einer Temperaturerhöhung in der Oxidschicht.In the case of anodic oxidation, a porous oxide layer forms on the aluminum, the thickness of which increases with the oxidation time. As a result of this growth of the oxide layer, the electrical contact resistance between the electrolyte and the workpiece increases. A voltage drops across this contact resistance depending on the anodization current. This electrical power consumed by the contact resistance is converted into Joule heat. This leads to an increase in temperature in the oxide layer.
Die freiwerdende Joule'sche Warme wird durch den Elektrolyten, der zur besseren Wärmeabfuhr bewegt wird, und durch das Werkstück abgeführt. Insbesondere bei dünnen Werkstücken und an Kanten mit kleinem Krümmungsradius ist die Wärmeabfuhr durch das Werkstück selbst vernachlässigbar gering. Der Hauptanteil der Jouleschen Wärme wird daher durch den Elektrolyten abgeführt. Dabei ist jedoch zu beachten, daß bei Zunahme der Schichtdicke der Wärmefluss von der oxidierten Metallseite zum Elektrolyten zunehmend behindert wird. Bei anodischer Oxydation mit Gleichstrom wird deshalb die Stromdichte begrenzt.The released Joule heat is dissipated through the electrolyte, which is moved for better heat dissipation, and through the workpiece. In particular with thin workpieces and on edges with a small radius of curvature, the heat dissipation through the workpiece itself is negligible. Most of the Joule heat is therefore dissipated by the electrolyte. It should be noted, however, that as the layer thickness increases, the heat flow from the oxidized metal side to the electrolyte is increasingly impeded. In the case of anodic oxidation with direct current, the current density is therefore limited.
Im Anfangsstadium der Anodisation ist die Schichtdicke zunächst gering, so daß auch nur ein geringer elektrischer Leistungsabfall auftritt. Die entstehende Joule'sche Wärme kann durch den Vorbeiströmenden Elektrolyten an der Grenzfläche Aluminiumoxid/Elektrolyt leicht abgeführt werden, so daß es zu keinem Wärmestau in der Oxidschicht kommen kann. Bei größeren Schichtdicken wird auch der Leistungsabfall größer, so daß eine zunehmende Erwärmung auftritt. Das Rücklösevermögen des Elektrolyten nimmt mit Erwärmung stark zu, so daß die Bildung von dicken, harten Schichten behindert wird. Kein Schichtwachstum erfolgt mehr, wenn die Auflösungsgeschwindigkeit des Oxids durh den Elektrolyten gleich der Bildungsgeschwindigkeit des Oxids ist. Bei Werkstücken mit spitzen, scharfkantigen Teilen oder unterschiedlichen Wandstärken treten aufgrund der hohen Auflösungsgeschwindigkeit lokale Verbrennungen auf, da die entstandene Wärme durch das Metall nicht gleichmäßig verteilt und abgeführt werden kann. Die Rücklösung kann mit bis zu einer Zerstörung des Werkstücks führen.In the initial stage of anodization, the layer thickness is initially small, so that there is only a slight drop in electrical power. The resulting Joule heat can easily be dissipated by the electrolyte flowing past the aluminum oxide / electrolyte interface, so that no heat build-up can occur in the oxide layer. With larger layer thicknesses, the drop in performance also increases, so that increasing heating occurs. The back-dissolving power of the electrolyte increases sharply with heating, so that the formation of thick, hard layers is hindered. No more layer growth occurs when the rate of dissolution of the oxide through the electrolyte is equal to the rate of formation of the oxide. In the case of workpieces with pointed, sharp-edged parts or different wall thicknesses, local burns occur due to the high dissolution rate, since the heat generated cannot be evenly distributed and dissipated by the metal. The redissolution can lead to the destruction of the workpiece.
Neben diesen thermischen Problemen, die auch bei reinem Aluminium auftreten, kommt bei der anodischen Oxydation von Aluminiumlegierungen mit hohem Gehalt an elektrochemisch edleren Legierungselementen, wie z.B. an Kupfer, noch folgendes Problem hinzu: Die in die Aluminiummatrix eingebetteten elektrochemisch edleren Metalle oder Metallphasen bilden Störstellen bei der Oxydation, da diese Metalle entweder eine höhere Auflösungsgeschwindigkeit aufweisen als das Aluminium (wie z.B. die intermetallische Phase des Kupfers) oder im Elektrolyten nicht löslich sind, wie z.B. Bleiausscheidungen, die gegenüber dem gebildeten Oxid außerdem eine hohe Elektronenleitfähigkeit aufweisen. Diese Störstellen verhindern eine homogene Ausbildung von Keimen, die das Primärwachstum der Oxidschicht einleiten, auf der Aluminiummatrix. Bei intermetallischen Phasen, die, wie Kupfer, bevorzugt in Lösung gehen, steigt der Stromfluss an den Störstellen sehr stark an, so daß verstärkt Joule'sche Wärme auftritt, die wiederum zu einer erhöhten Rücklösung führt.In addition to these thermal problems, which also occur with pure aluminum, the anodic oxidation of aluminum alloys with a high content of electrochemically nobler alloy elements, such as of copper, the following problem must also be added: The electrochemically nobler metals or metal phases embedded in the aluminum matrix form defects in the oxidation, since these metals either have a higher dissolution rate than the aluminum (such as the intermetallic phase of copper) or are not soluble in the electrolyte , such as Lead deposits, which also have a high electron conductivity compared to the oxide formed. These impurities prevent a homogeneous formation of germs, which initiate the primary growth of the oxide layer, on the aluminum matrix. In the case of intermetallic phases, which, like copper, preferentially dissolve, the current flow at the impurities increases very strongly, so that Joule heat occurs increasingly, which in turn leads to increased redissolution.
Bei dem aus der US-PS-2 920 018 bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird die Anodisierung mit pulsierendem Gleichstrom durchgeführt, dessen Frequenz der Netzfrequenz entspricht. Mittels einer Phasenanschnittssteuerung werden aus den positiven (oder negativen) Halbwellen Spannungsimpulse herausgeschnitten. Die Stromflusszeit, also die Zeitdauer eines Einzelimpulses entspricht etwa einem Drittel der sich anschließenden Ausschaltzeit. Während dieser Ausschaltzeit wird praktisch keine Joule'sche Wärme mehr erzeugt, die Ausschaltzeit wird genutzt, um die während des vorangegangenen Spannungsimpulses gebildete Joule'sche Wärme abzufuhren.In the method of the type mentioned at the beginning of US Pat. No. 2,920,018, the anodization is carried out with pulsating direct current, the frequency of which corresponds to the mains frequency. Voltage pulses are cut out of the positive (or negative) half-waves by means of a phase control. The current flow time, i.e. the duration of a single pulse, corresponds to approximately one third of the subsequent switch-off time. During this switch-off time, practically no more Joule heat is generated; the switch-off time is used to dissipate the Joule heat generated during the previous voltage pulse.
Die nach diesem bekannten Verfahren hergestellten Oxidschichten sind jedoch nicht immer zufriedenstellend. In praktischen Versuchen hat sich vielmehr gezeigt, daß auch bei relativ kurz zeitigen Spannungsimpulsen und dementsprechend zwangsläufig längere Ruhepausen zwischen den einzelnen Spannungs impulsen ein gleichmäßiges Schichtwachstum nicht immer erreicht wird. Die Wärmeabfuhr an den kritischen Stellen ist nicht ausreichend, dementsprechend ist auch die Schichtbildung an kritischen Stellen und bei speziellen Legierungen nicht zufriedenstellend.However, the oxide layers produced by this known method are not always satisfactory. In fact, practical tests have shown that even with relatively short-term voltage pulses and, accordingly, inevitably longer breaks between the individual voltage pulses, a uniform layer growth is not always achieved. The heat dissipation at the critical points is not sufficient. Accordingly, the layer formation at critical points and with special alloys is not satisfactory.
Weiterhin ist aus der US-PS-3 857 766 ein Verfahren zur anodischen Oxydation vor allem von kupferhaltigen Aluminiumlegierungen bekannt, bei dem einem Basisgleichstrom niedriger Spannung ein pulsierender Gleichstrom, der mindestens 6 Spannungsimpulse pro Sekunde hat, überlagert wird. Die Oxydation erfolgt dabei mit konstantem Strom. Als Elektrolyt wird eine Mischung von Schwefelsäure und Oxalsäure verwendet. Auch die nach diesem Verfahren hergestellten Hartanodisationsschichten sind, insbesondere bei speziellen Aluminiumlegierungen, nicht immer zufriedenstellend, an kritischen Stellen ist die Schichtbildung schlecht oder unvollständig.Furthermore, US Pat. No. 3,857,766 describes a process for the anodic oxidation, especially of copper-containing ones Aluminum alloys are known in which a pulsating direct current, which has at least 6 voltage pulses per second, is superimposed on a basic direct current of low voltage. The oxidation takes place with a constant current. A mixture of sulfuric acid and oxalic acid is used as the electrolyte. The hard anodization layers produced by this process are also not always satisfactory, especially in the case of special aluminum alloys. The layer formation is poor or incomplete at critical points.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich Hartoxidschichten auch an dünnwandigen und spitzen, scharfkantigen Werkstücken herstellen lassen, die ausreichende mechanische Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Abriebsfestigkeit und Dicke aufweisen.The object of the invention is to avoid the disadvantages of the known methods and to provide a method of the type mentioned at the outset with which hard oxide layers can also be produced on thin-walled and pointed, sharp-edged workpieces which have sufficient mechanical properties, in particular with regard to abrasion resistance and thickness.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Spannung jeweils solange eingeschaltet bleibt, wie ein merklicher Aufbau der Oxidschicht erfolgt und anschließend solange ausgeschaltet wird, bis die erzeugte Joule'sche Wärme im wesentlichen abgeführt ist.This object is achieved in that the voltage remains switched on for as long as there is a noticeable build-up of the oxide layer and is then switched off until the Joule heat generated is essentially dissipated.
Die Zeitdauer der Spannungsimpulse ist vorteilhafterweise größer als 1/lotel Sekunde, sie liegt beispielsweise zwischen 0,1 und 1,5 Sekunden und ist damit relativ lang.The duration of the voltage pulses is advantageously greater than 1/1 second, for example between 0.1 and 1.5 seconds and is therefore relatively long.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Dauer der Einschaltzeit und die Dauer der Ausschaltzeit der Anodisierspannung speziell an die chemischen und physikalischen Vorgänge beim Aufbau einer Oxidschicht angepasst ist. Der Schichtbildungsmechanismus wird dadurch entscheidend beeinflusst. Der Initialvorgang bei der Schichtbildung erfolgt bekanntlich in den folgenden Stufen:
- 1. Ausbildung einer mit gelöstem Aluminium übersättigten Zone auf der Aluminiumoberfläche, hervorgerufen durch die anodische Auflösung.
- 2. Ausbildung überkritischer Keime an aktiven Stellen.
- 3. Wachstum der Keime bei gleichzeitiger Neubildung von Keimen.
- 4. Ausbildung einer Primärstruktur, d.h. vollständige Bedeckung der Metalloberfläche mit Keimen.
- 5. Zusammenwachsen der Keime zu einer homogenen Schicht.
- 1. Formation of a zone oversaturated with dissolved aluminum on the aluminum surface, caused by the anodic dissolution.
- 2. Training of supercritical germs in active places.
- 3. Growth of the germs with simultaneous new formation of germs.
- 4. Formation of a primary structure, ie complete covering of the metal surface with germs.
- 5. Growing together of the germs into a homogeneous layer.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine relativ hohe Spannung während der angegebenen Zeitdauer angelegt. Bei dem resultierenden hohen Stromfluss ist die Anodisationsgeschwindigkeit von Anfang an hoch, so daß trotz der beschriebenen, bevorzugten hohen Auflösungsgeschwindigkeit von intermetallischen Phasen (z.B. Kupfer) die Aluminiummatrix zur Bildung von Keimen aktiviert und eine gleichmäßige Schichtbildung auch an kritischen Steilen erreicht wird.In the method according to the invention, a relatively high voltage is applied during the specified period of time. With the resulting high current flow, the anodization rate is high from the start, so that despite the described, preferred high rate of dissolution of intermetallic phases (e.g. copper), the aluminum matrix is activated to form nuclei and an even layer formation is achieved even on critical parts.
Während des elektrochemischen Prozesses der anodischen Oxydation verarmt der Elektrolyt ander Grenzfläche Elektrolyt/Metalloberfläche an den zur Oxydation notwendigen lonen, so daß eine starke Konzentrationspolarisation auftritt. In einem schwefelsauren Elektrolyten erfolgt die Oxydation des Aluminiums über die Suifationen. Es laufen folgende Reaktionen ab:
Aus den Reaktionsgleichungen wird deutlich, daß der Elektrolyt an der Grenzfläche Elektrolyt/Metall an S04 2--lonen verarmt und sich lokal an S03 2--lonen anreichert.It is clear from the reaction equations that the electrolyte at the electrolyte / metal interface becomes poor at S0 4 2-- ions and locally accumulates at S0 3 2-- ions.
Nach dem Abschalten des Stroms wird durch den bewegten Elektrolyten ein Konzentrationsausgleich auftreten. Der Abbau des Konzentrationsgefälles läßt sich über das Abklingen der Konzentrationspolarisation mittels eines Elektronenstrahloszillographen nachweisen. Dabei wurde festgestellt, daß die Anodisationsspannung nach Abschalten des Stromes nicht sofort auf einen Wert annähernd 0 absinkt, sondern daß der Abbau des Potentials von etwa 3 bis 5 Volt eine Zeit von 0,1 bis 0,5 Sekunden benötigt.After the current is switched off, a concentration equalization will occur due to the moving electrolyte. The reduction in the concentration gradient can be demonstrated by the decay of the concentration polarization using an electron beam oscillograph. It was found that the anodization voltage does not immediately drop to a value of approximately 0 after the current is switched off, but that the reduction in the potential of approximately 3 to 5 volts takes a time of 0.1 to 0.5 seconds.
Andererseits stellt sich jedoch erst 0,2 bis 0,8 Sekunden nach Einschalten des Stromes eine annähernd konstante Spannung ein, wie sich ebenfalls mittels eines Elektronenstrahl oszillographen nachweisen läßt.On the other hand, however, an approximately constant voltage does not appear until 0.2 to 0.8 seconds after the current has been switched on, as can also be verified by means of an electron beam oscillograph.
Die angegebene, im Vergleich zum Stand der Technik große Zeitdauer, während der die Spannungsimpulse anliegen, ist für den Aufbau einer Oxidschicht ausgesprochen günstig. Die Unterbrechung der Spannung zwischen zwei Spannungsimpulsen sollte 0,1 bis 2 Sekunden andauern, vorteilhafter Weise liegt diese Zeitdauer zwischen 0,1 und 1 Sekunden. Das Verhältnis von Zeitdauer eines Spannungsimpulses zur Zeitdauer einer Ausschaltzeit sollte 0,5 bis 5 betragen.The specified, in comparison to the prior art, long period of time during which the voltage pulses are present is extremely favorable for the construction of an oxide layer. The interruption of the voltage between two voltage pulses should last 0.1 to 2 seconds, advantageously this time period is between 0.1 and 1 seconds. The ratio of the duration of a voltage pulse to the duration of a switch-off time should be 0.5 to 5.
Bei diesen Verhältnissen wird eine optimale Anodisation bei sehr hoher Stromdichte bei allen Aluminiumlegierungen, jedoch besonders vorteilhaft bei Legierungen mit hohen elektrochemisch edleren Legierungszusätzen erreicht. Überraschend gute Oxidationsergebnisse wurden bei Parallelschaltung mehrerer (mindestens fünf bis maximal einhundert) Proben mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt.With these conditions, optimal anodization with a very high current density is achieved with all aluminum alloys, but particularly advantageously with alloys with high electrochemically more noble alloy additives. Surprisingly good oxidation results were achieved when several (at least five to a maximum of one hundred) samples were connected in parallel using the method according to the invention.
Vorteilhafterweise wird die Temperatur des Elektrolyten oder des Werkstücks, insbesondere an kritischen Stellen, gemessen Erst nachdem die so gemessene Temperatur wieder auf einen vorgegebenen Wert zurückgefallen ist, wird ein erneuter Spannungsimpuls angelegt. Je nach Notwendigkeit stellen sich die Ausschaltzeiten bei Beginn oder bei Ende der Oxidation länger oder kürzer ein.The temperature of the electrolyte or of the workpiece, in particular at critical points, is advantageously measured. Only after the temperature measured in this way has dropped back to a predetermined value is a renewed voltage pulse applied. Depending on the need, the switch-off times are longer or shorter at the beginning or at the end of the oxidation.
Die Hartanodisation nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann für Werkstücke aus Guss- oder Knetlegierungen angewendet werden. Außerdem können besonders vorteilhaft Werkstücke aus Sinteraluminium auch mit hohen Legierungsanteilen an elektrochemisch edleren Elementen, wie Kupfer, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zufriedenstellend beschichtet werden. Bedingt durch die hohe Bildungsgeschwindigkeit der Oxidschicht und die verringerte Rücklösung gelingt es, auf dem porösen Sintermetallwerkstoff verhältnismäßig homogene Schichten zu bilden.The hard anodization according to the method according to the invention can be used for workpieces made of cast or wrought alloys. In addition, workpieces made of sintered aluminum can also be coated satisfactorily with high alloy proportions of electrochemically more noble elements, such as copper, using the method according to the invention. Due to the high rate of formation of the oxide layer and the reduced redissolution, it succeeds on the porous Sintered metal material to form relatively homogeneous layers.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.Further features of the invention result from the remaining claims.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden näher erläutert und unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.An embodiment of the invention is explained in more detail below and described with reference to the drawing.
In dieser zeigen:
- Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Elektrolyt-Wanne zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 ein Zeitdiagramm der zwischen Kathode und Anode in einer Vorrichtung gemäß Figur 1 angelegten Spannung,Figur 3 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des durch den Elektrolyten fließenden Stromes. Der Zeitmaßstab stimmt mit dem Zeitmaßstab inFigur 2 überein.- Figur 4 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Schichtdicke, der Zeitmaßstab stimmt
mit den Figuren 2 und 3 überein, und - Figur 5 eine graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Temperaturänderung im Elektrolyten bei gleichem Zeitmaßstab
wie die Figuren 2 bis 4.
- FIG. 1 shows a longitudinal section through an electrolyte trough for carrying out the method according to the invention,
- FIG. 2 shows a time diagram of the voltage applied between cathode and anode in a device according to FIG. 1,
- Figure 3 is a graphical representation of the time course of the current flowing through the electrolyte. The time scale corresponds to the time scale in FIG. 2.
- FIG. 4 shows a graphical representation of the course over time of the layer thickness, the time scale corresponds to that of FIGS. 2 and 3, and
- 5 shows a graphical representation of the time course of the temperature change in the electrolyte at the same time scale as FIGS. 2 to 4.
In Figur 1 ist die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzte Vorrichtung gezeigt. Dabei nimmt eine Elektrolytwanne 1 ein Elektrolytbad 2 mit 180 g/I Schwefelsäure und 15 g/I Oxalsäure auf. In dieses Elektrolytbad 2 sind eine Anode 3 und eine Kathode 4 eingetaucht und über Zuleitungen 5 und 6 mit einem Spannungsversorgungsgerät 7 verbunden. Die Anode 3 setzt sich zusammen aus einem Anodenhalter 8 und den zu behandelnden Werkstücken 9.FIG. 1 shows the device used to carry out the method according to the invention. An electrolyte pan 1 receives an
Über eine Rohrleitung 10, die zu einer Pumpe 11 führt, wird ständig Elektrolytflüssigkeit aus dem Elektrolytbad 2 abgesaugt und über ein Elektrolytleitrohr 12 in das Elektrolytbad 2 zurückgefuhrt, wobei der zurückgeführte Strom auf das Werkstück 9 gerichtet ist.Electrolyte liquid is constantly sucked out of the
Weiterhin ragt ein Kühler 13 (Wärmeaustauscher) eines Kühlaggregats 14 in das Elektrolytbad 2. Dieses Kühlaggregat 14 wird durch ein Kontaktthermometer 15 gesteuert, das ebenfalls in das Elektrolytbad 2 hineinreicht.Furthermore, a cooler 13 (heat exchanger) of a
Das Spannungsversorgungsgerät 7 liefert eine gleichgerichtete Ausgangsspannung über eine zeit ti-t2, wie sie in Fig. 2 graphisch dargestellt ist. Diese Spannung kann, wie aus der Abb. ersichtlich, rechteckförmig aussgebildet sein, oder eine Oberwelligkeit jeder beliebigen technisch möglichen Spannungsform aufweisen. Diese Spannung U liegt über die Zuleitungen 5 und 6 an der Kathode 4 und der Anode 3 an und bewirkt einen Stromfluss durch den Elektrolyten. Der zeitliche Verlauf dieses Stromflusses i ist in Figur 3 graphisch dargestellt.The voltage supply device 7 supplies a rectified output voltage over a time t i -t 2 , as is shown graphically in FIG. 2. As can be seen in the figure, this voltage can be rectangular or have a ripple of any technically possible voltage form. This voltage U is applied to the cathode 4 and the
Wie Figur 2 zeigt, ist die vom Spannungsversorgungsgerät 7 gelieferte Spannung während jedes einzelnen Spannungsimpulses konstant, sie bleibt zudem für die gesamte Anodisierungszeit auf dem selben Wert. Das Stromversorgungsgerät 7 hat eine Strombegrenzung, die während einer Zeit t, bis t4 den Strom begrenzt, so daß auch die Stromimpulse annähernd rechteckförmig sind. Wird ohne Strombegrenzung gearbeitet, so beginnt die Stromkurve direkt nach der Zeit t4 abzusinken. Zweckmäßigerweise wird eine innerhalb des Spannungsversorgungsgeräts 7 erzeugte Gleichspannung zwischen 20 und 60 Volt durch einen Schalter so ein-und ausgeschaltet, daß sich der in Figur 2 gezeigte Spannungsverlauf ergibt. Die Einschaltzeiten t, bis t2 liegen dabei erfindungsgemäß zwischen 0,1 und 3 Sekunden, die Pausenzeiten t2 bis t3 liegen zwischen 0,1 und 2 Sekunden. Dabei liegt das Verhältnis von Betriebs- zu Pausenzeiten etwa im Bereich von 0,5 bis 5, im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieses Verhältnis 2.As FIG. 2 shows, the voltage supplied by the voltage supply device 7 is constant during each individual voltage pulse, and it also remains at the same value for the entire anodization time. The power supply device 7 has a current limitation which limits the current during a time t to t 4 , so that the current pulses are also approximately rectangular. If there is no current limitation, the current curve begins to decrease immediately after the time t 4 . A DC voltage between 20 and 60 volts generated within the voltage supply device 7 is expediently switched on and off by a switch in such a way that the voltage curve shown in FIG. 2 results. According to the invention, the switch-on times t to t 2 are between 0.1 and 3 seconds, the pause times t 2 to t 3 are between 0.1 and 2 seconds. The ratio of operating times to break times is approximately in the range from 0.5 to 5, in the exemplary embodiment shown this ratio is 2.
Die ersten Stromimpulse sind bis zur Zeit t4 wie bereits erläutert und durch die automatische Strombegrenzung bedingt, konstant. Bedingt durch den Aufbau der Oxidschicht, wie er aus Figur 4 ersichtlich ist, und der damit verbundenen Erhöhung des Durchgangswiderstandes dieser Oxidschicht nimmt der Strom i beginnend mit der Zeit t4 kontinuierlich ab, da die Spannung U entsprechend Figur 2 konstant ist. Dementsprechend nimmt die Schichtdicke (Figur 4) während der Zeit t, bis t4 annahernd konstant zu. Mit geringer werdendem Strom i wird die Schichtdickenzunahme abnehmen.The first current pulses are constant up to time t 4, as already explained and due to the automatic current limitation. Due to the structure of the oxide layer, as can be seen from FIG. 4, and the associated increase in the volume resistance of this oxide layer, the current i decreases continuously with time t 4 , since the voltage U is constant according to FIG. Accordingly, the layer thickness (FIG. 4) increases almost constantly during the time t until t 4 . The layer thickness increase will decrease as the current i decreases.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann, wie in Fig. 3 dargestellt, auch beispielsweise in der Zeit t, bis t4 über die gesamte Anodisationszeit mit Stromkonstanz der Stromimpulse oder mit Spannungskonstanz beginnend mit der Zeit t4 bis t5 anodisiert werden.With the method according to the invention, as shown in FIG. 3, anodization can also be carried out, for example, in the time t until t 4 over the entire anodization time with constant current of the current pulses or with constant voltage starting with time t 4 to t 5 .
In der Figur 5 ist die Temperaturerhöhung gegenuber dem Ausgangszustand dargestellt. Die Temperaturerhöhung in der Schicht steigt während der Zeit t, bis t4 an und schwankt dann um einen konstanten Wert.FIG. 5 shows the temperature increase compared to the initial state. The temperature increase in the layer increases during the time t until t 4 and then fluctuates around a constant value.
Die in den Figuren 2 bis 5 wiedergegebenen Kurven sollen rein schematisch die erfindungsgemäße Impulsstromtechnik verdeutlichen. Die Form der Spannung und des Stromes, insbesondere die Rechteckform, entspricht nicht immer dem technisch Erreichbaren. Häufig erfolgen die Spannungs- und Stromanstiege nicht linear von 0 auf den Nennwert, ebenfalls sind die Abfälle am Ende des Impulses nicht immer so scharf, wie dargestellt. Bei vielen Versuchen ergab sich, daß die Anstiegszeit und die Abfallszeit etwa bei 1/10 Sekunde liegt. Die Kurvenform hat jedoch keinen Einfluss auf das Anodisationsergebnis.The curves shown in FIGS. 2 to 5 are intended to illustrate the pulse current technology according to the invention purely schematically. The shape of the voltage and the current, especially the rectangular shape, does not always correspond to what is technically achievable. Frequently, the voltage and current increases are not linear from 0 to the nominal value, and the drops at the end of the pulse are not always as sharp as shown. Many experiments have shown that the rise and fall times are around 1/10 of a second. However, the curve shape has no influence on the anodization result.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, trotz sehr hoher Impulßstromdichten von maximal 80 A/dm2 sehr dünnwandige Werkstücke wie solche mit scharfen Kanten und Ecken ohne Verbrennungserscheinungen zu anodisieren. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Anodisation direkt mit einer hohen Stromdichte begonnen wird. Der Strom kann jedoch gegebenenfalls wie in Figur 3 gezeigtbegrenzt werden.The method according to the invention makes it possible to anodize very thin-walled workpieces such as those with sharp edges and corners in spite of very high pulse current densities of at most 80 A / dm 2 without any signs of combustion. The process according to the invention is characterized in that the anodization is started directly with a high current density. However, the current can optionally be limited as shown in Figure 3.
Um die Unterschiede und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem bekannten Verfahren zu ermitteln, wurden eine große Anzahl von vergleichenden Untersuchungen durchgeführt Zielsetzung dieser Versuche war dabei, unter ansich konstanten, Anodisationsbedingungen (wie Elektrolytart und zusammensetzung, Badabmessungen, Elektrolyttemperatur, Badbewegung etc) den Einfluss des Anodisierstroms auf die Schichtbildung und Schichtqualität zu untersuchen.In order to determine the differences and advantages of the method according to the invention compared to the known method, a large number of comparative studies were carried out.The aim of these experiments was to determine the influence of the under constant anodization conditions (such as electrolyte type and composition, bath dimensions, electrolyte temperature, bath movement, etc.) Examine anodizing current for layer formation and layer quality.
Als Anodisationsmaterial dienten technische Werkstoffe verschiedener Aluminiumlegierungen, insbesondere von Aluminiumlegierungen mit höherem Kupfergehalt.Technical materials of various aluminum alloys, in particular aluminum alloys with a higher copper content, served as the anodization material.
Für dieses Beispiel wurden unterschiedliche Werkstücke aus verschiedenen Stoffen wie z.B.
- 1. AICuMg 2:
Cu 4,3 % Mg 1,6 % - 2. AICuMgPb: Cu 4,4 % Mg 1,4 % Pb 1,5 %
- 3. AICu4Ni2Mg: Cu 4,1
% Ni 2,0 % Mg 1.5 % - 4. AICu5Ni1,5:
Cu 5,3 % Ni 1,6 % - 5. AISi17CuMg:
Si 18,8 % Cu 1;4% Mg 1,3 % - 6. AlMgSi1: Si 1,1
0,8 % untersucht.% Mg
- 1. AICuMg 2: Cu 4.3% Mg 1.6%
- 2.AICuMgPb: Cu 4.4% Mg 1.4% Pb 1.5%
- 3.AICu4Ni2Mg: Cu 4.1
% Ni 2, 0 % Mg 1.5% - 4.AICu5Ni1.5: Cu 5.3% Ni 1.6%
- 5. AISi17CuMg: Si 18.8% Cu 1; 4% Mg 1.3%
- 6. AlMgSi1: Si 1.1% Mg 0.8% examined.
Dabei wurden die folgenden vier Verfahren verwendet:
- 1. Gleichstrom-Verfahren. Die Versuche wurden mit reinem Gleichstrom bei einer Restwelligkeit von etwa 3 % unter Stromkonstanz, durch automatische Nachregelung der Anodisationsspannung durchgeführt.
- 2. Polarisierter pulsierender Gleichstrom. Die Stromimpuls dauer betrug bei einer Frequenz von 50 Hz etwa 50 %. Die Stromkonstanz wurde durch Handregelung der Spannung eingehalten. Dieses zweite Verfahren ist dem aus der US-PS-2 920 018 bekannten Verfahren ähnlich.
- 3. Wechselstrom-überlagerter Gleichstrom. Die Versuche wurden mit Stromkonstanz durchgefuhrt. Bei einer Frequenz von 50 Hz betrug die Restwelligkeit etwa 30 %. Dieses dritte Verfahren entspricht im wesentlichen dem aus der US-PS-3 857 766 bekannten Verfahren.
- 4. Impulsstromverfahren nach der Erfindung. Diese Versuche wurden mit konstanter Spannung durchgefuhrt, die jeweils manuell auf den gewunschten Sollwert eingestellt wurde. Das Verhältnis der Einschalt- zu den Ausschaltzeiten betrug für alle Versuche 2,0. Gemessen wurde der Effektivstrom.
- 1. DC method. The tests were carried out with pure direct current with a residual ripple of about 3% under constant current, by automatic readjustment of the anodization voltage.
- 2. Polarized pulsating direct current. The current pulse duration was about 50% at a frequency of 50 Hz. The constant current was maintained by manual control of the voltage. This second method is similar to the method known from US Pat. No. 2,920,018.
- 3. AC superimposed DC. The tests were carried out with constant current. At a frequency of 50 Hz, the ripple was about 30%. This third method corresponds essentially to the method known from US Pat. No. 3,857,766.
- 4. Pulse current method according to the invention. These tests were carried out with constant voltage, which was set manually to the desired setpoint. The ratio of the switch-on and switch-off times was 2.0 for all tests. The effective current was measured.
In den folgenden drei Tabellen sind typische Messergebnisse zusammengefasst.
Als besonders vorteilhaft zeigt sich das erfindungsgemäße Verfahren. Als einziges Verfahren ermöglicht es, alle Werkstücke ohne Verbrennungserscheinungen bei hoher Stromdichte und kurzen Anodisationszeiten zu oxydieren. Ferner zeigen die Tabellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Veifahren die Schichtqualitäten verbessert werden können, auch solcher AI-Legierungen mit niedrigen Gehalten an elektrochemisch edleren Metallen, wie dies die Tabelle 3 zeigt.The method according to the invention proves to be particularly advantageous. It is the only process that makes it possible to oxidize all workpieces without combustion phenomena with a high current density and short anodization times. Furthermore, the tables show that the coating qualities can be improved with the method according to the invention, even of such Al alloys with low contents of more noble electrochemical metals, as shown in Table 3.
Neben dem beschriebenen Verfahren der diskontinuierlichen Anodisation in Bädern erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren als besonders vorteilhaft für die kontinuierliche Anodisation. Unter der kontinuierlichen Anodisation ist die Anodisation von Bändern oder Werkstücken zu verstehen, die kontinuierlich durch das Anodisationsbad und gegebenenfalls durch Spül-oder Nachverdichtungsbäder gezogen werden.In addition to the described method of discontinuous anodization in baths, the method according to the invention proves to be particularly advantageous for continuous anodization. Continuous anodization is understood to mean the anodization of strips or workpieces which are drawn continuously through the anodization bath and, if appropriate, through rinsing or post-compression baths.
Während bei der diskontinuierlichen Anodisation, wie beschrieben, mit dem Gleichstromverfahren die Stromdichte durch Regelung der Spannung konstant gehalten wird, ist dies bei der kontinuierlichen Anodisation nicht möglich. Bei der kontinuierlichen Anodisation besteht nur die Möglichkeit, die Spannung konstant zu halten, während die Stromdichte bei Entritt des bandes oder Werkstückes sehr hoch ist und durch den Aufbau einer Oxidschicht mit der Verweilzeit stark abnimmt, so daß die Stromdichte kurz vor dem Austritt aus dem Bad sehr gering ist. Die angelegte Spannung ist somit stark begrenzt von der Stromdichte am Anfang des Eintritts des Bandes oder Werkstückes in das Bad, um Verbrennungen zu vermeiden, die durch die Beschränkung des Abtransportes der Joule'schen Wärme mittels des bewegten Elektrolyten gegeben ist.While in the case of discontinuous anodization, as described, the current density is kept constant by regulating the voltage using the DC method, this is not possible in the case of continuous anodization. With continuous anodization, there is only the possibility of keeping the voltage constant, while the current density when the strip or workpiece enters is very high and decreases significantly with the dwell time due to the build-up of an oxide layer, so that the current density shortly before it leaves the bath is very low. The applied voltage is thus strongly limited by the current density at the beginning of the entry of the strip or workpiece into the bath, in order to avoid burns, which is due to the restriction of the removal of the Joule heat by means of the moving electrolyte.
Andererseits ist durch die Beschränkung der angelegten Spannung somit auch die maximal erzielbare Schichtdicke begrenzt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte, wie beschrieben, gezeigt werden, daß sehr hohe Spannungen und daraus resultierende sehr hohe Stromdichten möglich sind.On the other hand, the maximum achievable layer thickness is also limited by the limitation of the applied voltage. With the method according to the invention, as described, it could be shown that very high voltages and the resulting very high current densities are possible.
Bei Eintritt des Bandes oder Werkstückes in das Bad ist die Stromdichte, bedingt durch die hohe angelegte Spannung, sehr hoch und kann Werte bis zu 80 A/dm2 aufweisen. In der darauf folgenden Strompause jedoch wird die Joule'sche Wärme durch den bewegten Elektrolyten abtransportiert und außerdem werden, wie beschrieben, die Polarisationsspannungen abgebaut.When the strip or workpiece enters the bath, the current density is very high due to the high voltage applied and can have values of up to 80 A / dm 2 . In the subsequent pause in the current, however, the Joule heat is removed by the moving electrolyte and, as described, the polarization voltages are also reduced.
Durch den Prozess des erfindungsgemäßen Impulsstromverfahrens ist es somit möglich, die Anodisationszeit erheblich zu verringern, so daß bei bestehenden Bandanodisationsanlagen der Durchsatz erheblich gesteigert werden kann, wenn die gleiche Schichtdicke erzielt werden soll.The process of the pulse current method according to the invention thus makes it possible to reduce the anodization time considerably, so that the throughput in existing strip anodization systems can be increased considerably if the same layer thickness is to be achieved.
Ferner besteht die Möglichkeit, dicke Schichten von über 30 11m zu erreichen, wie sie in den meisten Fällen für die Hartanodisation gewünscht werden.It is also possible to achieve thick layers of more than 30 11 m, as is required in most cases for hard anodization.
Besonders vorteilhaft lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren außerdem Aluminiumlegierungen mit hohen Anteilen an elektrochemisch edleren Legierungselementen kontinuierlich beschichten.With the method according to the invention, aluminum alloys with high proportions of electrochemically more noble alloying elements can also be coated particularly advantageously continuously.
Für den Versuch wurde eine Aluminiumfolie aus AIMg1 (Abmessung: Dicke 1,0 mm, Breite 300 mm, Länge 500 mm) in einen bewegten Elektrolyten mit einer Absenkgeschwindigkeit von 0,2 m/min. eingebracht und nach voll ständigem Absenken der Folie im Elektrolyten die Anodisation 2 Minuten fortgesetzt. Die angelegte Spannung betrug 35 Volt und die Stromeinschaltzeit betrug 0,4 Sekunden, die Ausschaltzeit 0,2 Sekunden.For the experiment, an aluminum foil made of AIMg1 (dimensions: thickness 1.0 mm, width 300 mm, length 500 mm) was placed in a moving electrolyte at a lowering speed of 0.2 m / min. introduced and after completely lowering the film in the electrolyte, the anodization continued for 2 minutes. The applied voltage was 35 volts and the current switch-on time was 0.4 seconds, the switch-off time 0.2 seconds.
Die Probefolie zeigte trotz der hohen anfänglichen Stromdichte von etwa 90 A/dm2 keine Verbrennungen. Die Schichtdicke betrug 40 bis 55 µm, wobei natürlich der Teil der Folie mit der längsten Anodisationszeit die größte Schichtdicke aufwies.The sample film showed no burns despite the high initial current density of approximately 90 A / dm 2 . The layer thickness was 40 to 55 μm, the part of the film with the longest anodization time naturally having the greatest layer thickness.
Claims (11)
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