EP0127774A2 - Verfahren zum Schutz von anodisch oxidiertem Aluminium - Google Patents

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EP0127774A2
EP0127774A2 EP84104941A EP84104941A EP0127774A2 EP 0127774 A2 EP0127774 A2 EP 0127774A2 EP 84104941 A EP84104941 A EP 84104941A EP 84104941 A EP84104941 A EP 84104941A EP 0127774 A2 EP0127774 A2 EP 0127774A2
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    • 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
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/24—Chemical after-treatment

Definitions

  • the invention described here is a method for protecting anodically oxidized aluminum by a metal-containing salt solution at low temperature.
  • Passivation in solutions with chromates has the advantage that it is possible to work at lower temperatures. However, it adversely changes the decorative aspect of the aluminum profiles. It is also state of the art to use metal salts such as nickel fluoride in order to produce high-quality protection of the anodized layer. Although these solutions are used at temperatures between 20 0 C and 42 ° C for the application and therefore constitute a significant energy cost savings, they have the advantage that the anodized aluminum obtained by this treatment has a "green tint", and thereby loses the decorative natural appearance of the disadvantage.
  • the purpose of the present invention is to prevent the so-called "green tinge", which is caused by the use of nickel fluoride as a passivating agent, and to maintain the natural decorative effect of the anodized aluminum, while at the same time providing a high level of corrosion protection against environmental influences, which can be termed “high quality” , is reached.
  • “High quality” is understood to mean a dirt-free surface which does not show any unnatural colors such as the "green tint” and which, according to ISO standard 3210, has protection against corrosion, the maximum weight loss of which was set at 30 mg / dm 2 .
  • the present invention therefore relates to a process in which nickel with cobalt as a cation in the presence of the anions, such as fluoride, fluoroborate and fluorosilicate, etc. is used in solution.
  • anions such as fluoride, fluoroborate and fluorosilicate, etc.
  • Sulfates of the metal-containing salts can also be used, but always in conjunction with fluorine derivatives.
  • the basis of the invention is that the concentrations of the cations nickel and cobalt must be kept in relation to one another in order to maintain the excellent quality of the protection of the anodized layer and at the same time to prevent the occurrence of undesirable color tones such as "greenish tinge".
  • a degreased and pickled aluminum sheet was anodized in an electrolyte of 190 g / 1 sulfuric acid at a temperature of 19 ° C. with direct current for 40 minutes at a current density of 1.5 A / dm 2 .
  • the aluminum sheets were then immersed in a solution of various chemical products at a temperature of 30 ° C. for 12 minutes.
  • the weight loss was determined in accordance with the ISO 3210 standard.
  • Drying of the anodized aluminum treated in the passivation solution can be achieved by treating it in boiling water for 5 minutes or by storing it for 48 hours at an air temperature of 20 ° C to 30 ° C. Warm air drying devices can also be used.
  • the pH should be between 5.0 and 7.0 and the metal salt concentration of at least 0.02 mol / 1 to at most 0.2 mol / 1 must be maintained.
  • Aluminum which was anodized in oxalic acid-sulfuric acid or glycerine-sulfuric acid, also provided high-quality protection through the described passivation solution, even at anodizing bath temperatures above 21 ° C.
  • the aluminum sheets were cleaned by an alkaline degreasing agent before anodizing and then pickled with a mixture of 4% caustic soda and 0.2% sodium chromate at a temperature of 55 ° C. Then they were 10 minutes in nitric acid and 1 min. aftertreated in hydrofluoric acid before being subjected to the anodizing and passivation process as follows:
  • the aluminum sheet sample was anodized after the pretreatment already set out under the following conditions.
  • the sample was immersed in this solution for 12 minutes at 30 ° C and pH 6.4.
  • the weight loss of the dry aluminum sheet was determined according to ISO standard 3210 to be 10.5 mg / dm 2 .
  • the anodized sheet was immersed in a solution containing the following products:
  • the pH of the solution was adjusted to 6.1 and after an immersion time of 15 minutes at 32 ° C. with subsequent rinsing for 5 minutes in hot water, the weight loss according to ISO 3210 was determined to be 13.4 mg / dm 2 .

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Schutz von anodisierten Aluminium erfolgt die Passivierung der anodisierten Schicht in einer Lösung, die neben Kobalt- und Nickelionen Fluorderivate, wie z.B. Fluorid, Fluorborat oder Fluorsilikat enthält. Vorteilhaft sind ein Verhältnis Nickel: Kobalt von 1,0:0,1 bis 1,0:1,0. Die Lösung sollte einen pH-Wert zwischen 5,0 und 7,0 besitzen. Die passivierende Lösung sollte zweckmäßig eine Temperatur von 20°C bis 50°C aufweisen.
Dadurch wird neben der Vermeidung eines Grünstiches auch hoher Korrorionsschutz gegen Umwelteinflüsse erreicht.

Description

  • Bei der hier beschreibenen Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zum Schutz von anodisch oxidiertem Aluminium durch eine metallhaltige Salzlösung, bei niedriger Temperatur.
  • In der Industrie, die Aluminium elektrolytisch oxidiert, wird zur Verbesserung der anodisierten Schicht eine Endbehandlung durchgeführt, die folgendermaßen aussehen kann:
    • a) Verdichtung durch heißes Wasser bei einer Temperatur von vorzugsweise über 85° C,
    • b) Passivierung durch chromsaure Salze,
    • c) Überzug durch organische Stoffe, vorzugsweise Acrylharze.
  • Die Verdichtung durch heißes Wasser oder Dampf, die häufig angewendet wird, benötigt hohe Energiekosten und lange Verfahrenszeiten bis es zur Schließung der Poren in der anodisierten Schicht kommt, die den Korrosionsschutz verbessern sollen.
  • Die gleichen hohen Kosten entstehen bei der Verwendung von Acrylharzen als Schutzüberzug, da diese bei einer Temperatur von ca. 180° C getrocknet werden müssen.
  • Die Passivierung in Lösungen mit Chromaten hat den Vorteil, daß bei niedrigeren Temperaturen gearbeitet werden kann. Sie verändert aber nachteilig den dekorativen Aspekt der Aluminiumprofile. Ebenfalls ist es Stand der Technik Metallsalze wie Nickelfluorid zu verwenden, um einen hochwertigen Schutz der anodisierten Schicht herzustellen. Obwohl diese Lösungen bei Temperaturen zwischen 200 C und 42° C zur Anwendung kommen und deshalb eine bedeutende Energiekostenersparnis darstellen, haben sie den Nachteil, daß das anodisierte Aluminium durch diese Behandlung einen "Grünstich" erhält und dadurch das dekorative natürliche Aussehen verliert.
  • Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Verhinderung des sogenannten "Grünstiches", der durch die Verwendung von Nickelfluorid als Passivierungsmittel hervorgerufen wird und um den natürlichen dekorativen Effekt des anodisierten Aluminiums beizubehalten, wobei gleichzeitig ein hoher Korrosionsschutz gegen Umwelteinflüsse, der als "Hochqualität" bezeichnet werden kann, erreicht wird. Unter "Hochqualität" wird eine schmutzfreie-Oberfläche verstanden, die keine unnatürlichen Farben wie den "Grünstich" zeigt, und nach der ISO-Norm 3210 einen Schutz gegen Korrosion aufweist, dessen Höchstgewichtsverlust auf 30 mg/dm2 festgelegt wurde.
  • Es wurde festgestellt, daß der Grünstich, der durch die Verwendung von Nickelsalzen in Gegenwart der Anionen, wie Fluorid, Fluoborat und Fluosilikat entsteht, verhindert werden kann, sofern eine Mischung von Nickel und Kobaltsalzen in wässrigen Lösungen bei Temperaturen unter 50° C verwendet wird.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren, in dem Nickel mit Kobalt als Kation in Gegenwart der Anionen, wie Fluorid, Fluoborat und Fluorsilikat u.s.w. in Lösung verwendet wird. Es können auch Sulfate der metallhaltigen Salze verwendet werden, aber immer in Verbindung mit Fluor-Derivaten.
  • Die Grundlage der Erfindung ist, daß die Konzentrationen der Kationen Nickel und Kobalt in einem Verhältnis zueinander gehalten werden müssen, damit die hervorragende Qualität des Schutzes der anodisierten Schicht erhalten bleibt und gleichzeitig das Auftreten unerwünschter Farbtöne, wie "Grünstich" verhindert wird.
  • Die Wirksamkeit der Produkte wurde wie folgt bestimmt.
  • Ein entfettetes und gebeiztes Aluminiumblech wurde in einem Elektrolyt von 190 g/1 Schwefelsäure bei einer Temperatur von 19 0 C mit Gleichstrom 40 Minuten lang bei einer Stromdichte von 1,5 A/dm2 anodisiert. Um die erhaltene anodisierte Schicht zu schützen, wurden die Aluminiumbleche anschließend in eine Lösung von verschiedenen chemischen Produkten 12 Minuten bei einer Temperatur von 300 C eingetaucht.
  • Nach der Trocknung der erhaltenen Passivierungsschicht, wurde der Gewichtsverlust nach der Norm ISO 3210 bestimmt.
  • Gleichzeitig wurden Farbtonvergleiche mit einer unter gleichen Bedingungen anodisierten aber während 60 Minuten in 95° C heißem Wasser verdichteten Musterteil durchgeführt.
  • Die Trocknung des anodisierten und in der Passivierungslösung behandelten Aluminium kann durch eine Behandlung von 5 Minuten in kochendem Wasser oder während 48 h Lagerung bei Lufttemperatur von 20° C bis 30° C erreicht werden. Es können auch Warmlufttrocknungsgeräte verwendet werden.
    Figure imgb0001
  • Die erhaltenen Ergebnisse lassen folgende Feststellung zu:
    • a) Nur in Gegenwart von Kobaltsalzen gewährt Nickelfluorid, ohne das natürliche Aussehen des anodisierten und passivierten Aluminium zu verändern, einen hervorragenden Schutz, der als "Hochqualität" bezeichnet werden kann;
    • b) das Verhältnis zwischen dem Kation Nickel und Kobalt muß 1:0,1 bis 1:1 vorzugsweise 1:0,35 sein;
    • c) als Anion sind Fluorderivate wie Fluoborat, Fluorsilikat Fluor, u. s. w. unerläßlich.
  • Der Schutz des vorher anodisierten Aluminium durch die wässrige Lösung wird bei Temperaturen zwischen 20° C und 50° C sowie Eintauchzeiten zwischen 5 und 20 Minuten erreicht, wobei der pH-Wert zwischen 5,0 bis 7,0 liegen soll und die Metallsalzkonzentration von mindestens 0,02 mol/1 bis höchstens 0,2 mol/1 aufrechterhalten werden muß.
  • Aluminium, das in Oxalsäure-Schwefelsäure bzw. Glyzerin-Schwefelsäure anodisiert wurde, ergab ebenfalls, auch bei Anodisierbadtemperaturen über 21° C, einen hochwertigen Schutz durch die beschriebene Passivierungslösung.
  • Um die vorherigen Ergebnisse zu verdeutlichen, wurden einige Aluminiumblech-Muster. von 5 x 10 cm Größe nach folgendem Verfahren behandelt.
  • Die Aluminiumbleche wurden vor dem Anodisieren durch ein alkalisches Entfettungsmittel gereinigt und anschließend mit einer Mischung von 4 % Ätznatron und 0,2 % Natriumchromat bei einer Temperatur von 55° C gebeizt. Anschließend wurden sie 10 Minuten in Salpetersäure und 1 min. in Flußsäure nachbehandelt, bevor sie dem Anodisier- und Passivierungsprezess wie folgt unterworfen wurden:
    • Beispiel 1
  • Das Aluminiumblech-Muster wurde nach der bereits dargelegt ten Vorbehandlung unter folgenden Bedingungen anodisiert.
    Figure imgb0002
  • Nach Herstellung einer 20 µm starken Anodisierschicht und 5 Minuten Spülung unter laufendem Wasser wurde das anodisierte Blech in eine Lösung von destilliertem Wasser mit 6,1 g/1 Nickelfluorid und 2,2 g/1 Kobaltazetat mit einem pH-Wert von 6,3 bei einer Temperatur von 30° C 12 Minuten eingetaucht. Nach dem Trocknen während 48 Stunden bei 250 C lag der Gewichtsverlust nach ISO Norm 3210 bei 11, 8 mg/dm2 und es konnte keine Farbtonveränderung des Musters festgestellt werden.
    • Beispiel 2
  • Ein Aluminiumblech-Muster wurde unter folgenden Bedingungen anodisiert:
    Figure imgb0003
  • Nach Herstellung einer 20 µm starken Anodisierschicht und anschließender Spülung mit fließendem Wasser, wurde das Muster in folgende Lösung eingetaucht:
    Figure imgb0004
  • Das Muster wurde 12 Minuten in dieser Lösung bei 30° C und einem pH-Wert von 6,4 eingetaucht.
  • Nach einer Spülung von 5 Minuten in kochendem Wasser, wurde der Gewichtsverlust des trockenen Aluminiumbleches nach der ISO NOrm 3210 mit 10,5 mg/dm2 bestimmt.
  • Es konnten keine Änderungen des dekorativen Aussehens des behandelten Bleches festgestellt werden.
    • Beispiel 3
  • Ein Aluminiumblech-Muster wurde unter folgenden Bedingungen anodisiert:
    Figure imgb0005
  • Nach Herstellung einer 20 µm starken Anodisierschicht und 5 Minuten Spülung unter fließendem Wasser wurde das anodisierte Blech in eine Lösung getaucht, die folgende Produkte enthielt:
    Figure imgb0006
  • Der pH-Wert der Lösung wurde auf 6,1 eingestellt und nach einer Eintauchzeit von 15 Minuten bei 32° C mit anschließender Spülung von 5 Minuten in heißem Wasser wurde der, Gewichtsverlust nach ISO 3210 mit 13,4 mg/dm2 bestimmt.
  • Es wurde keine Änderung des natürlichen Farbtones im Vergleich mit einem in Heißwasser verdichtetem anodisierten Aluminiumblech festgestellt.

Claims (4)

1. Verfahren zum Schutz von anodisiertem Aluminium, gekennzeichnet durch die Passivierung der anodisierten Schicht in einer Lösung, die neben Kobalt- und Nickelionen Fluorderivate wie z. B. Fluorid, Fluoborat oder Fluorsilikat, enthält.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Mengen der Kobalt- und Nickelionen ein Verhältnis Nickel:Kobalt von 1,0:0,1 bis 1,0:1,0 aufweisen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die angegebene Lösung einen pH-Wert zwischen 5,0 und 7,0 hat.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die passivierende Lösung eine Temperatur von 20° C bis 50° C aufweist.
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