EP0354365A1 - Verfahren zur elektrolytischen Metallsalzeinfärbung von anodisierten Aluminiumoberflächen - Google Patents

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EP0354365A1
EP0354365A1 EP89112556A EP89112556A EP0354365A1 EP 0354365 A1 EP0354365 A1 EP 0354365A1 EP 89112556 A EP89112556 A EP 89112556A EP 89112556 A EP89112556 A EP 89112556A EP 0354365 A1 EP0354365 A1 EP 0354365A1
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EP
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acid
tin
salts
hydrogen
alkyl
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EP89112556A
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Dieter Dr. Brodalla
Jürgen Lindener
Loert Dr. De Riese-Meyer
Willi Dr. Wüst
Christine Schröder
Willi Dr. Buchmeier
Jürgen Föll
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Henkel AG and Co KGaA
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Henkel AG and Co KGaA
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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
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
    • C25D11/20—Electrolytic after-treatment
    • C25D11/22—Electrolytic after-treatment for colouring layers

Definitions

  • the present invention relates to a process for the electrolytic metal salt coloring of anodized surfaces of aluminum and aluminum alloys, wherein a defined oxide layer is generated by means of direct current in acidic solution and then colored by means of alternating current using an acidic electrolyte containing tin (II) salts.
  • aluminum is known to be coated with a natural oxide layer, the layer thickness of which is generally less than 0.1 ⁇ m (Wernick, Pinner, Zurbrügg, Weiner; "The surface treatment of aluminum", 2nd edition, Eugen Leuze Verlag, Saulgau / Württ., 1977).
  • Significantly thicker oxide layers can be obtained by electrolytically oxidizing aluminum. This The process is known as anodizing, in older parlance also anodizing. Sulfuric acid, chromic acid or phosphoric acid is preferably used as the electrolyte. Organic acids such as oxalic, maleic, phthalic, salicylic, sulfosalicylic, sulfophthalic, tartaric or citric acid are also used in some processes.
  • the oxide layer consists of a relatively compact, depending on the anodizing conditions up to 0.15 ⁇ m thick barrier layer directly on the metallic aluminum, on which there is a porous, X-ray amorphous cover layer.
  • the anodization is usually carried out in 10 to 20% sulfuric acid at a voltage of 10 to 20 V and the resulting current density and a temperature of 18 to 22 ° C within 15 to 60 minutes, depending on the desired layer thickness and intended use.
  • the oxide layers produced in this way have a high absorption capacity for a large number of different organic and inorganic dyes.
  • the colored Al oxide surfaces are compacted by boiling in water for a long time or by treatment with superheated steam. This changes the Oxide layer on the surface in a hydrate phase (AlOOH), whereby the pores are closed due to volume increase. Due to its high mechanical strength, the "compressed" Al oxide layer offers a good protective effect for the enclosed dyes and the underlying metal.
  • the adsorptive coloring is based on the incorporation of organic dyes into the pores of the anodizing layer.
  • Methods for inorganic adsorptive staining are also known. They can be divided into single-bath and multi-bath processes. In the single-bath process, the Al part to be colored is immersed in a heavy metal salt solution, the corresponding colored oxide or hydroxide hydrate being deposited in the pores by hydrolysis.
  • the component to be colored is immersed in solutions of the reactants, which then individually penetrate into the pores of the oxide layer and form the color pigment here.
  • solutions of the reactants which then individually penetrate into the pores of the oxide layer and form the color pigment here.
  • a further disadvantage of the adsorptive processes is that the pigments only penetrate into the outermost layer area, so that the color can quickly fade due to abrasion under mechanical stress.
  • Electrolytic coloring processes have been known since the mid-1930s, in which anodized aluminum can be colored in heavy metal salt solutions by treatment with alternating current.
  • the elements of the first transition series such as Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and especially Sn are used here.
  • the heavy metal salts are mostly used as sulfates, with a pH of 0.1 to 2.0 being set with sulfuric acid. You work at a voltage of about 10 to 25 V and the resulting current density.
  • the counter electrode can either consist of graphite or stainless steel or of the same material that is dissolved in the electrolyte.
  • the heavy metal pigment is deposited into the pores of the anodic oxide layer in the half period of the alternating current, in which aluminum is the cathode, while in the second half period the aluminum oxide layer is further strengthened by anodic oxidation.
  • the heavy metal is deposited on the bottom of the pores, causing the oxide layer to color.
  • a problem with the coloring in tin electrolytes is the easy oxidizability of the tin, which leads to precipitations of basic tin (IV) oxide hydrates (tin acid) when used and, if necessary, even when the Sn solutions are stored.
  • Aqueous tin (II) sulfate solutions are known to be already oxidized to tin (IV) compounds through the action of atmospheric oxygen. This is very undesirable when coloring in tin electrolytes of anodized aluminum, because on the one hand it interferes with the process flow (frequent renewal or replenishment of the solutions which are unusable due to the formation of precipitation) and on the other hand leads to considerable additional costs due to the tin (IV) compounds which cannot be used for coloring.
  • a number of processes have therefore been developed which differ in particular in the type of stabilization of the mostly sulfuric acid tin (II) sulfate solutions for the electrolytic aluminum coloring.
  • DE-OS 28 50 136 proposes adding iron (II) salts from the group of sulfuric acid, sulfonic acids and amidosulfonic acids as stabilizers for the tin (II) compounds to the electrolyte containing tin (II) salts.
  • Sulfamic acid (amidosulfonic acid) or its salts are also frequently used alone or in combination with other stabilizers (JP-OSen 75 26066, 76 122637, 77 151643, 59 190 389, 54 162637; 79 039254; GB-PS 14 82 390) .
  • polyfunctional phenols such as the diphenols hydroquinone, pyrocatechol and resorcinol (JP-OSen 58 113391, 57 200221; FR-PS 23 84 037) and the triphenols phloroglucin (JP-OS 58 113391), pyrogallol (SA Pozzoli, F. Tegiacchi; Corrosive corrosion protection Alum., Event Eur. Foed. Korros., Vortr. 88th 1976 , 139-45; JP-OSen 58 113391; 57 200221) or gallic acid (JP-OS 53 13583) have already been described in this connection.
  • SA Pozzoli F. Tegiacchi
  • Corrosive corrosion protection Alum. Event Eur. Foed. Korros., Vortr. 88th 1976 , 139-45; JP-OSen 58 113391; 57 200221
  • gallic acid JP-OS 53 13583
  • DE-PS 36 11 055 describes an acidic Sn (II) -containing electrolyte with the addition of at least one soluble diphenylamine or substituted diphenylamine derivative, which stabilizes the Sn (II) and gives faultless colorations.
  • reducing agents such as thioethers or alcohols (DE-OS 29 21 241), glucose (HU-PS 34779), thiourea (JP-OS57 207197), formic acid (JP-OS 78 19150), formaldehyde (JP-OSes) are sometimes used 75 26066, 60 56095; FR-PS 23 84 037), thiosulfates (JP-OSen 75 26066, 60 56095), hydrazine (HU-PS 34779; JP-OS 54 162637) and boric acid (JP-OSen 59 190390, 58 213898) ) used alone or in combination with the aforementioned stabilizers.
  • thioethers or alcohols DE-OS 29 21 241
  • glucose HU-PS 34779
  • thiourea JP-OS57 207197
  • formic acid JP-OS 78 19150
  • formaldehyde JP-OSes
  • JP-OSes
  • complexing agents such as ascorbic, citric, oxalic, lactic, malonic, maleic and tartaric acid are also used (JP-OSen 75 26066, 77 151643, 59 190389, 60 52597 57 207197 54 162637, 54 097545, 53 022834 79, 039254 74 028576, 59 190390 58 213898, 56 023299; HU-PS 34779; FR-PS 23 84 037).
  • Another important problem in electrolytic coloring is the so-called scattering ability (depth scattering), which is the product property of coloring anodized aluminum parts that are at different distances from the counterelectrode with a uniform color.
  • Good spreadability is particularly important if the aluminum parts used have a complicated shape (coloring of the recesses), if the aluminum parts are very large and if, for economic reasons, many aluminum parts are colored in one process and medium shades are to be achieved. In application, therefore, a high spreadability is very desirable, since incorrect productions are avoided and the optical quality of the colored aluminum parts is generally better.
  • the process is more economical thanks to good spreadability, since more parts can be colored in one operation.
  • the uniformity concerns a coloring with the least possible local disturbances in the color (spotty coloring). Poor uniformity is mostly due to impurities such as nitrate or process errors in the anodization. A good staining electrolyte must under no circumstances impair the uniformity of the coloring.
  • a dyeing process can achieve good uniformity and still have poor spreading power; the reverse is also possible.
  • the uniformity is generally only influenced by the chemical composition of the electrolyte, while the scatterability also depends on electrical and geometric parameters, such as the shape of the workpiece or its positioning and size.
  • DE-OS 26 09 146 describes a process for coloring in tin electrolytes, in which the scattering ability is set by the special circuit and voltage arrangement.
  • DE-OS 20 25 284 describes that the use of tin (II) ions alone increases the scatterability, especially if tartaric acid or ammonium tartrate is added to improve the conductivity.
  • the tin (II) coloring has a tertiary current distribution (the current distribution is mainly determined by surface resistances and not by the conductivity of the electrolyte).
  • DE-PS 24 28 635 describes the use of a combination of tin (II) and zinc salts with the addition of sulfuric acid and additionally boric acid and aromatic carboxylic and sulfonic acids (sulfophthalic acid or sulfosalicylic acid).
  • good spreadability should be achieved when the pH is between 1 and 1.5. Setting the pH to 1 to 1.5 is a basic requirement for good electrolytic coloring; the pH value cannot be decisive for a particular improvement in the spreadability. It is not described whether the added organic acids have an effect on the spreadability. The spreadability achieved is also not quantitatively recorded.
  • DE-PS 32 46 704 describes a process for electrolytic coloring in which good scattering capacity is ensured by using a special geometry in the dye bath.
  • cresol and phenol sulfonic acid, organic substances such as dextrin and / or thiourea and / or gelatin are intended to ensure uniform coloring.
  • the disadvantage of this method is the high investment that is required for the creation of the mechanical devices.
  • deposition inhibitors such as dextrin, thiourea and gelatin has only a minor influence on the scatterability, since the deposition process in electrolytic dyeing differs significantly from that in galvanic tinning. A possibility of measuring the improvements in the spreading capacity is also not given here.
  • the present invention has for its object to provide an improved process for the electrolytic metal salt coloring of anodized surfaces of aluminum and aluminum alloys, wherein firstly a defined oxide layer is generated by means of direct current in acidic solution and then this is achieved by means of alternating current or alternating current superimposed on it using tin ( II) salts containing acidic electrolytes.
  • the object of the present invention was to largely protect the tin (II) salts contained in the electrolyte from oxidation to tin (IV) compounds by adding suitable compounds which do not have the abovementioned disadvantages.
  • Another object of the present invention was, in combination with new compounds which stabilize the tin (II) salts, to additionally improve the scatterability in the electrolytic metal salt coloring.
  • the added compounds should serve to replenish the used bath Solutions required concentrated Sn (II) sulfate solutions (up to 200 g Sn 2+ / 1) to improve their storage stability.
  • the object of the present invention to provide an improved process for the electrolytic metal salt coloring of anodized surfaces of aluminum and aluminum alloys, wherein firstly a defined oxide layer is generated by means of direct current in acidic solution and this is then produced by means of alternating current or alternating current superimposed on it using tin (II).
  • one or more water-soluble compounds of the general formulas (I) to (IV) stabilizing the tin (II) salts contains, where R1 for hydrogen, alkyl, aryl, alkylaryl, alkylarylsulfonic acid, alkylsulfonic acid and their alkali metal salts, each having 1 to 22 carbon atoms, R2 is hydrogen, alkyl, aryl, alkylaryl, alkylarylsulfonic acid, alkylsulfonic acid and their alkali metal salts each having 1 to 22 carbon atoms, R3 for one or more hydrogen and / or alkyl, aryl, alkylaryl radicals with 1 to 22 carbon atoms and R4 and R5 for one or more hydrogen, alkyl, aryl and / or alkylaryl radicals, sulfonic acid, alkylsul
  • the variation in the chain lengths is to be understood to mean that the compounds to be used according to the invention are sufficiently water-soluble.
  • the compounds stabilizing tin (II) salts used according to the invention have no waste water problems with regard to highly toxic waste water.
  • electrolytes which preferably contain 0.1 to 2 g / l of the compounds of the formulas (I) to (IV) which stabilize the tin (II) salts.
  • Another preferred embodiment of the present invention is that as a stabilizing Substance in the above concentrations 2-tert-butyl-1,4-dihydroxybenzene (tert-butylhydroquinone), methylhydroquinone, trimethylhydroquinone, 4-hydroxy-2,7-naphthalene-disulfonic acid and / or p-hydroxyanisole is used.
  • tert-butylhydroquinone 2-tert-butyl-1,4-dihydroxybenzene
  • methylhydroquinone methylhydroquinone
  • trimethylhydroquinone 4-hydroxy-2,7-naphthalene-disulfonic acid and / or p-hydroxyanisole
  • 1 to 50 g / l, preferably 5 to 25 g / l, p-toluenesulfonic acid and / or 2-naphthalenesulfonic acid can be added to the electrolyte to improve the scatterability.
  • the dyeing is usually carried out with the aid of a tin (II) sulfate solution which contains about 3 to 20 g, preferably 7 to 16 g, of tin per liter. It is colored at a pH of 0.35 to 0.5, corresponding to 16 to 22 g of sulfuric acid per liter, at a temperature of about 14 to 30 ° C.
  • the alternating voltage or alternating current superimposed on direct current (50 Hz) is preferably set at 10 to 25 V, preferably 15 to 18 V with an optimum of approximately 17 V ⁇ 3 V.
  • direct current superimposed on alternating current is equivalent to an alternating current superimposed on direct current.
  • the value of the terminal voltage is given in each case.
  • the Far Exercise begins with a resulting current density of mostly around 1 A / dm2, which then drops to a constant value of 0.2 to 0.5 A / dm2.
  • metal concentration in the dyebath and dipping times different tones are obtained, which can vary between champagne-colored and various bronze tones to black.
  • the method of the present invention is characterized in that the electrolyte additionally contains 0.1 to 10 g / l iron, preferably in the form of iron (II) sulfate.
  • the method of the present invention is characterized in that the electrolyte contains further heavy metal salts in addition to tin, for example nickel, cobalt, copper and / or zinc (see Wernick et al, loc. Cit.).
  • the sum of the heavy metal ions - including tin - is preferably in the range from 3 to 20 g / l, in particular in the range from 7 to 16 g / l.
  • such an electrolyte contains 4 g / l Sn (II) ions and 6 g / l Ni (II) ions, both in the form of sulfate salts.
  • Such an electrolyte shows the same coloring properties as an electrolyte which contains only 10 g / l Sn (II) or only 20 g / l nickel.
  • One advantage is the lower wastewater pollution from heavy metal salts.
  • Fig. 1 gives a basic possibility of building a dye bath to assess the spreadability again, with the aluminum sheet serving as the working electrode. The other geometric factors can be seen in the figure.
  • aqueous electrolyte was prepared, each containing 10 g / l H2SO4 and SnSO4 and corresponding amounts of a stabilizer. 1 l solutions were stirred vigorously at room temperature with a magnetic stirrer and gassed with 12 l / h pure oxygen through a glass frit. The content of Sn (II) ions was continuously recorded iodometrically.
  • Table 2 show the results of the Sn (II) concentration change in dye baths under electrical stress.
  • An aqueous electrolyte was prepared which contained 10 g / l Sn (II) ions, 20 g / l H2SO4 and corresponding amounts of a stabilizer.
  • the permanent electrolysis was carried out with stainless steel electrodes.
  • the flowing amount of electricity was registered with an Ah counter.
  • the characteristic behavior of the oxide layer to be colored was simulated by corresponding sine distortion of the alternating current at high capacitive loads.
  • the amount of Sn (II) ions oxidized by electrode reactions was determined by continuous iodometric titration of the electrolyte and by gravimetric determination of the reductively deposited Sn and the difference between the sum of these two values and the starting amount of dissolved Sn (II).
  • the Ah value was chosen as a measure of the stabilizing effect, at which a reduction in the Sn (II) concentration by oxidative reaction at the electrodes by 5 g / l can no longer be prevented.
  • Test sheets of the dimensions 50 mm x 500 mm x 1 mm as shown in Fig. 1 from the DIN material Al 99.5 (material no. 3.0255) were conventionally pretreated (degreased, pickled, pickled, rinsed) and according to the GS process (200 g / l H2SO4, 10 g / l Al, air flow 8 m3 / m2 h, 1.5 A / dm2, 18 ° C) anodized for 50 min. The result was a layer build-up of approximately 20 ⁇ m.
  • the sheets pretreated in this way were colored electrolytically as described in the following examples.
  • the test panels were colored in a special test chamber for 135 s.
  • the dyeing voltage was varied between 15 and 21 V.
  • the dye bath contained 10 g / l Sn2+ and 20 g / l H2SO4 as a bath additive as well as different amounts of p-toluenesulfonic acid (3.1-3.3) or 2-naphthalenesulfonic acid (3.4) (10 g / l).
  • 10 g / l phenolsulfonic acid and in comparative example 3 10 g / l sulfophthalic acid were used accordingly.
  • the aim of the experiments should be to clarify the improvement in the depth scatter of the aluminum sheets colored in this way when p-toluenesulfonic acid and 2-naphthalenesulfonic acid are added to the dyebath.
  • the results of the deep scatter measurements with the addition of 0, 10 and 20 g / l p-toluenesulfonic acid and 2-naphthalenesulfonic acid at coloring tensions of 15, 18 and 21 V are shown in Tab. 3.
  • the tin distribution on the test sheet is measured at 10 different locations in the longitudinal direction.
  • the measurement is carried out with a scattered light reflectometer against the white standard TiO2 (99%).
  • Example 3 Analogously to Example 3, the dyebath according to Examples 3.2 and 3.3 contained 4 g / l Sn2+ and 6 g / l Ni2+ instead of 10 g / l Sn2+. The same results were obtained when measuring the litter.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolyti­schen Metallsalzeinfärbung anodisierter Oberflächen von Aluminium und Aluminiumlegierungen, wobei man zu­nächst mittels Gleichstrom in saurer Lösung eine defi­nierte Oxidschicht erzeugt und diese anschließend mit­tels Wechselstrom oder gleichstromüberlagertem Wech­selstrom unter Verwendung eines Zinn(II)-Salze enthal­tenden sauren Elektrolyten einfärbt. Gegenstand der Erfindung ist der Zusatz von Zinn(II)-Salze stabili­sierenden wasserlöslichen Verbindungen der allgemeinen Formeln (I) bis (IV)
Figure imga0001
 enthält, wobei
R₁ für Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Alkyl­arylsulfonsäure, Alkylsulfonsäure sowie deren Al­kalimetallsalze mit jeweils 1 bis 22 C-Atomen,
R₂ für Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Alkyl­arylsulfonsäure, Alkylsulfonsäure und deren Al­kalimetallsalze mit jeweils 1 bis 22 C-Atomen,
R₃ für einen oder mehrere Wasserstoff- und/oder Al­kyl-, Aryl, Alkylarylreste mit 1 bis 22 C-Atomen und
R₄ und R₅ für einen oder mehrere Wasserstoff-, Alkyl-, Aryl- und/oder Alkylarylreste, Sulfonsäure, Alkyl­sulfonsäure, Alkylarylsulfonsäure sowie deren Al­kalimetallsalze mit 1 bis 22 C-Atomen
stehen,
wobei wenigstens einer der Reste R₁, R₂ und R₃ für einen Rest ungleich Wasserstoff steht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Metallsalzeinfärbung anodisierter Oberflächen von Aluminium und Aluminiumlegierungen, wobei man mittels Gleichstrom in saurer Lösung eine definierte Oxidschicht erzeugt und diese anschließend mittels Wechselstrom unter Verwendung eines Zinn(II)-­Salze enthaltenden sauren Elektrolyten einfärbt.
  • Aluminium überzieht sich bekanntlich wegen seines un­edlen Charakters mit einer natürlichen Oxidschicht, deren Schichtdicke im allgemeinen kleiner als 0,1 µm ist (Wernick, Pinner, Zurbrügg, Weiner; "Die Ober­flächenbehandlung von Aluminium", 2. Auflage, Eugen Leuze Verlag, Saulgau/Württ., 1977).
  • Auf chemischem Wege (z.B. mit Chromsäure) ist es mög­lich, dickere modifizierbare Oxidschichten zu erzie­len. Diese Schichten sind 0,2 bis 2,0 µm dick und bil­den einen hervorragenden Korrosionsschutz. Diese Oxid­schichten sind weiterhin vorzügliche Grundlagen für Lacke, Firnisse usw., lassen sich aber nur schwer einfärben.
  • Erheblich dickere Oxidschichten lassen sich erhalten, wenn man Aluminium elektrolytisch oxidiert. Dieser Vorgang wird als Anodisieren, im älteren Sprach­gebrauch auch als Eloxieren bezeichnet. Als Elektrolyt dient hierbei vorzugsweise Schwefelsäure, Chromsäure oder Phosphorsäure. Auch organische Säuren wie z.B. Oxal-, Malein-, Phthal-, Salicyl-, Sulfosalicyl-, Sulfophthal-, Wein- oder Citronensäure werden bei einigen Verfahren angewendet.
  • Am häufigsten wird jedoch Schwefelsäure verwendet. Je nach Anodisierbedingungen kann man nach diesem Ver­fahren Schichtdicken von bis zu 150 µm erzielen. Für Außenanwendungen wie z.B. Fassadenverkleidungen oder Fensterrahmen genügen jedoch Schichtdicken von 20 bis 25 µm.
  • Die Oxidschicht besteht aus einer relativ kompakten, je nach Anodisierbedingungen bis zu 0,15 µm starken Sperrschicht direkt auf dem metallischen Aluminium, auf der sich eine poröse, röntgenamorphe Deckschicht befindet.
  • Die Anodisierung erfolgt in der Regel in 10 bis 20 %iger Schwefelsäure bei einer Spannung von 10 bis 20 V und der daraus resultierenden Stromdichte sowie einer Temperatur von 18 bis 22 °C innerhalb von 15 bis 60 min, je nach gewünschter Schichtdicke und Verwen­dungszweck.
  • Die so hergestellten Oxidschichten besitzen ein hohes Aufnahmevermögen für eine Vielzahl verschiedenartiger organischer und anorganischer Farbstoffe.
  • Nach der Einfärbung werden die gefärbten Al-Oxidober­flächen durch längeres Kochen in Wasser oder Behandeln mit Heißdampf verdichtet. Hierbei wandelt sich die Oxidschicht an der Oberfläche in eine Hydrat-Phase (AlOOH) um, wodurch infolge von Volumenvergrößerung die Poren verschlossen werden. Die so "verdichtete" Al-Oxidschicht bietet infolge ihrer hohen mechanischen Festigkeit eine gute Schutzwirkung für die einge­schlossenen Farbstoffe und das darunterliegende Me­tall.
  • Weiterhin gibt es Verfahren, bei denen man durch Be­handlung mit z.B. NiF₂-haltigen Lösungen eine sogenannte Kaltverdichtung erzielen kann.
  • Bei der Farbanodisierung (Integralverfahren) erfolgt die Färbung direkt bei der Anodisierung. Hierzu werden jedoch spezielle Legierungen benötigt, wobei bestimmte Legierungsbestandteile als Pigmente in der gebildeten Oxidschicht zurückbleiben und den Farbeffekt hervor­rufen. Anodisiert wird hier meistens in einer orga­nischen Säure bei hohen Spannungen von mehr als 70 V. Die Farbtöne sind jedoch auf braun, bronze, grau und schwarz beschränkt. Das Verfahren liefert zwar äußerst licht- und wetterbeständige Färbungen, jedoch wird es in neuerer Zeit immer weniger angewendet, da es auf­grund des hohen Strombedarfs und der hohen Bader­wärmung nicht ohne aufwendige Kühleinrichtungen kostengünstig betrieben werden kann.
  • Die adsorptive Färbung beruht auf der Einlagerung von organischen Farbstoffen in die Poren der Anodisier­schicht.
  • An Farbtönen sind im Prinzip alle Bunttöne sowie schwarz möglich, wobei der Metallcharakter des Unter­grundes weitgehend erhalten bleibt. Nachteilig an die­sem Verfahren ist jedoch die geringe Lichtbeständig­ keit vieler organischer Farbstoffe, so daß nur eine kleine Anzahl von ihnen für die Außenanwendung bau­aufsichtlich zugelassen sind.
  • Verfahren zur anorganischen Adsorptivfärbung sind ebenfalls bekannt. Sie lassen sich unterteilen in ein­badige und mehrbadige Verfahren. Bei den einbadigen Verfahren wird das zu färbende Al-Teil in eine Schwer­metallsalzlösung getaucht, wobei sich in den Poren durch Hydrolyse das entsprechende gefärbte Oxid oder Hydroxid-Hydrat abscheidet.
  • Bei den mehrbadigen Verfahren wird das zu färbende Bauteil in Lösungen der Reaktionspartner eingetaucht, die dann einzeln in die Poren der Oxidschicht eindrin­gen und hier das Farbpigment bilden. Derartige Verfah­ren haben jedoch keine größere Verbreitung gefunden.
  • Nachteilig bei den adsorptiven Verfahren ist weiter­hin, daß die Pigmente nur in den äußersten Schichtbe­reich eindringen, so daß bei mechanischer Beanspru­chung schnell ein Verblassen der Farbe durch Abrieb eintreten kann.
  • Bereits seit Mitte der dreißiger Jahre sind elektroly­tische Färbeverfahren bekannt, bei denen anodisiertes Aluminium in Schwermetallsalzlösungen durch Behandlung mit Wechselstrom gefärbt werden kann. Hierbei kommen vor allem die Elemente der ersten Übergangsreihe wie Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu sowie insbesondere Sn zur An­wendung. Die Schwermetallsalze werden zumeist als Sul­fate eingesetzt, wobei mit Schwefelsäure ein pH-Wert von 0,1 bis 2,0 eingestellt wird. Man arbeitet bei einer Spannung von etwa 10 bis 25 V und der daraus resultierenden Stromdichte. Die Gegenelektrode kann entweder aus Graphit bzw. Edelstahl bestehen oder aus dem gleichen Material, welches im Elektrolyten gelöst ist.
  • Bei diesem Verfahren wird das Schwermetallpigment in der Halbperiode des Wechselstroms, in der Aluminium die Kathode ist, in die Poren der anodischen Oxid­schicht hinein abgeschieden, während in der zweiten Halbperiode die Aluminiumoxidschicht durch anodische Oxidation weiter gestärkt wird. Das Schwermetall la­gert sich auf dem Grund der Poren ab und bewirkt so die Färbung der Oxidschicht.
  • Mit verschiedenen Metallen können sehr unterschied­liche Färbungen erzeugt werden, wie z.B. mit Silber: braun-schwarz, mit Kobalt: schwarz, mit Nickel: braun, mit Kupfer: rot, mit Tellur: dunkelgold, mit Selen: rot, mit Mangan: goldgelb, mit Zink: braun, mit Cad­mium: dunkelbraun, mit Zinn: champagnerfarben, bronze bis schwarz.
  • Hauptsächlich werden jedoch Nickel- und in letzter Zeit insbesondere Zinnsalze angewendet, wobei je nach Arbeitsweise Farbtöne erhalten werden, die von gold­gelb über hellbraun und bronze bis zu dunkelbraun und schwarz variierbar sind.
  • Ein Problem bei der Färbung in Zinnelektrolyten ist jedoch die leichte Oxidierbarkeit des Zinns, welche bei der Anwendung schnell und unter Umständen sogar schon bei der Lagerung der Sn-Lösungen zu Ausfällungen von basischen Zinn(IV)-Oxidhydraten (Zinnsäure) führt. Wäßrige Zinn(II)-Sulfatlösungen werden bekanntermaßen schon durch die Einwirkung von Luftsauerstoff zu Zinn(IV)-Verbindungen aufoxidiert. Dies ist bei der Färbung in Zinnelektrolyten von anodisiertem Aluminium sehr unerwünscht, da es einerseits den Prozeßablauf stört (häufiges Erneuern bzw. Nachdosieren der durch Niederschlagsbildung unbrauchbaren Lösungen) und an­dererseits zu erheblichen Mehrkosten durch die nicht zur Färbung ausnutzbaren Zinn(IV)-Verbindungen führt. Es sind daher eine Reihe von Verfahren entwickelt wor­den, die sich insbesondere durch die Art der Stabi­lisierung der meist schwefelsauren Zinn(II)-Sulfatlö­sungen für die elektrolytische Aluminiumfärbung unter­scheiden.
  • Die DE-OS 28 50 136 schlägt beispielsweise vor, dem Zinn(II)-Salze enthaltenden Elektrolyt Eisen(II)-Salze aus der Gruppe der Schwefelsäure, der Sulfonsäuren und der Amidosulfonsäuren als Stabilisatoren für die Zinn­(II)-Verbindungen zuzusetzen.
  • Mit Abstand am häufigsten werden phenolartige Verbin­dungen wie Phenolsulfonsäure, Kresolsulfonsäure oder Sulfosalicylsäure eingesetzt (S.A. Pozzoli, F. Tegiacchi; Korros. Korrosionsschutz Alum., Veranst. Eur. Foed. Korros., Vortr. 88th 1976, 139-45; JP-OSen 78 13583, 78 18483, 77 135841, 76 147436, 74 31614, 73 101331, 71 20568, 75 26066, 76 122637, 54 097545, 56 081598; GB-PS 14 82 390).
  • Ebenfalls häufig kommen Sulfaminsäure (Amidosulfon­säure) bzw. deren Salze allein oder in Kombination mit anderen Stabilisatoren zum Einsatz (JP-OSen 75 26066, 76 122637, 77 151643, 59 190 389, 54 162637; 79 039254; GB-PS 14 82 390).
  • Auch mehrfunktionelle Phenole wie z.B. die Diphenole Hydrochinon, Brenzcatechin und Resorcin (JP-OSen 58 113391, 57 200221; FR-PS 23 84 037) sowie die Tri­phenole Phloroglucin (JP-OS 58 113391), Pyrogallol (S.A. Pozzoli, F. Tegiacchi; Korros. Korrosionsschutz Alum., Veranst. Eur. Foed. Korros., Vortr. 88th 1976, 139-45; JP-OSen 58 113391; 57 200221) bzw. Gallussäure (JP-OS 53 13583) sind in diesem Zusammenhang bereits beschrieben.
  • In der DE-PS 36 11 055 wird ein saurer Sn(II)-haltiger Elektrolyt mit einem Zusatz von mindestens einem lös­lichen Diphenylamin oder substituiertem Di-phenylamin­derivat beschrieben, der das Sn(II) stabilisiert und fehlerfreie Färbungen ergibt.
  • Diese Verbindungen haben jedoch den Nachteil, daß sie größtenteils toxikologisch bedenklich sind und das Abwasser der Anodisierbetriebe zusätzlich belasten. Insbesondere gelten die als Stabilisatoren eingesetz­ten Phenole als besonders umweltbelastend.
  • Des weiteren werden zuweilen Reduktionsmittel wie Thioether bzw.- alkohole (DE-OS 29 21 241), Glucose (HU-PS 34779), Thioharnstoff (JP-OS57 207197), Amei­sensäure (JP-OS 78 19150), Formaldehyd (JP-OSen 75 26066, 60 56095; FR-PS 23 84 037), Thiosulfate (JP-­OSen 75 26066, 60 56095), Hydrazin (HU-PS 34779; JP-OS 54 162637) sowie Borsäure (JP-OSen 59 190390, 58 213898) allein oder in Kombination mit vorgenannten Stabilisatoren angewendet.
  • In einigen Verfahren wird auch mit Komplexbildnern wie Ascorbin-, Citronen-, Oxal-, Milch-, Malon-, Malein- sowie Weinsäure gearbeitet (JP-OSen 75 26066, 77 151643, 59 190389, 60 52597 57 207197 54 162637, 54 097545, 53 022834 79, 039254 74 028576, 59 190390 58 213898, 56 023299; HU-PS 34779; FR-PS 23 84 037).
  • Komplexbildner wie z. B. Weinsäure zeigen zwar einen hervorragenden Stabilisierungseffekt, was die Vehin­derung von Ausfällungen aus den Färbebädern betrifft, jedoch können sie im allgemeinen die Zinn(II)-haltigen Färbebäder nicht vor Oxidation zu Zinn(IV)-Verbindun­gen schützen. Diese werden dann nur komplex gebunden in Lösung gehalten und können somit auch zur Färbung keinen Beitrag mehr leisten. Weiterhin können sich in stark Komplexbildner-haltigen Färbebädern Zinn(IV)-­Komplexe so stark anreichern, daß beim anschließenden Verdichten diese Komplexe in den Poren der Oxidschicht hydrolisiert werden, wobei dann unlösliche Zinn(IV)-­Verbindungen gebildet werden, die zu unerwünschten weißen Belägen auf den gefärbten Oberflächen führen können.
  • Ein weiteres wichtiges Problem bei der elektroly­tischen Färbung stellt die sogenannte Streufähigkeit (Tiefenstreuung) dar, worunter man die Produkteigen­schaft versteht, anodisierte Aluminiumteile, die sich in unterschiedlichem Abstand zur Gegenelektrode befin­den, mit einem einheitlichen Farbton zu färben. Eine gute Streufähigkeit ist insbesondere dann wichtig, wenn die verwendeten Aluminiumteile eine komplizierte Form haben (Einfärbung der Vertiefungen), wenn die Aluminiumteile sehr groß sind und wenn aus wirtschaft­lichen Gründen viele Aluminiumteile in einem Färbevor­gang gleichzeitig gefärbt werden und mittlere Farbtöne erzielt werden sollen. In der Anwendung ist daher eine hohe Streufähigkeit sehr erwünscht, da Fehlproduktio­nen vermieden werden und die optische Qualität der gefärbten Aluminiumteile allgemein besser ist. Das Verfahren wird durch eine gute Streufähigkeit wirt­schaftlicher, da mehr Teile in einem Arbeitsgang ge­färbt werden können.
  • Der Begriff Streufähigkeit ist nicht mit dem Begriff der Gleichmäßigkeit identisch und muß von diesem streng unterschieden werden.
  • Die Gleichmäßigkeit betrifft eine Einfärbung mit mög­lichst geringen lokalen Störungen im Farbton (fleckige Einfärbung). Eine schlechte Gleichmäßigkeit ist meist durch Verunreinigungen wie Nitrat oder durch Verfah­rensfehler in der Anodisation begründet. Ein guter Färbeelektrolyt darf in keinem Fall die Gleichmäßig­keit der Einfärbung beeinträchtigen.
  • Ein Färbeverfahren kann eine gute Gleichmäßigkeit er­zielen und trotzdem eine schlechtes Streuvermögen ha­ben; die Umkehrung ist auch möglich. Die Gleichmäßig­keit wird im allgemeinen nur von der chemischen Zusam­mensetzung des Elektrolyten beeinflußt, während die Streufähigkeit auch von elektrischen und geometrischen Parametern, wie beispielsweise der Form des Werkstücks oder dessen Positionierung und Größe, abhängt.
  • Die DE-OS 26 09 146 beschreibt ein Verfahren zur Fär­bung in Zinnelektrolyten, bei dem die Streufähigkeit durch die besondere Schaltungs- und Spannungsanordnung eingestellt wird.
  • DE-OS 20 25 284 beschreibt, daß allein die Verwendung von Zinn(II)-Ionen die Streufähigkeit heraufsetzt, insbesondere dann, wenn man Weinsäure oder Ammonium­tartrat zur Verbesserung der Leitfähigkeit zusetzt.
  • Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß die alleinige Ver­wendung von Zinn(II)-Ionen nicht in der Lage ist, die Probleme der Einfärbung bezüglich der Streufähigkeit zu lösen. Die Verwendung von Weinsäure zur Verbesse­rung der Streufähigkeit ist nur von geringer Wirksam­keit, da Weinsäure lediglich die Leitfähigkeit etwas erhöht.
  • Eine geringfügige Erhöhung der Leitfähigkeit bringt jedoch keinen wirtschaftlichen Nutzen, da bei der Zinn(II)-Färbung eine tertiäre Stromverteilung herrscht, (die Stromverteilung ist hauptsächlich durch Oberflächenwiderstände bestimmt und nicht durch die Leitfähigkeit des Elektrolyten).
  • Die DE-PS 24 28 635 beschreibt die Verwendung einer Kombination von Zinn(II)- und Zinksalzen unter Zugabe von Schwefelsäure und zusätzlich Borsäure sowie aroma­tischen Carbon- und Sulfonsäuren (Sulfophthalsäure oder Sulfosalicylsäure). Insbesondere soll eine gute Streufähigkeit dann erzielt werden, wenn der pH-Wert zwischen 1 und 1,5 liegt. Die Einstellung des pH-Wer­tes auf 1 bis 1,5 ist dabei eine Grundvoraussetzung für eine gute elektrolytische Einfärbung; für eine besondere Verbesserung der Streufähigkeit kann der pH-Wert nicht entscheidend sein. Ob die zugesetzten organischen Säuren einen Einfluß auf die Streufähig­keit haben, ist nicht beschrieben. Auch ist die er­zielte Streufähigkeit nicht quantitativ erfaßt.
  • Die DE-PS 32 46 704 beschreibt ein Verfahren zur elek­trolytischen Färbung, in dem ein gutes Streuvermögen durch den Einsatz einer speziellen Geometrie im Färbe­bad gewährleistet wird. Außerdem sollen Kresol- und Phenolsulfonsäure, organische Substanzen wie Dextrin und/oder Thioharnstoff und/oder Gelatine eine gleich­mäßige Einfärbung gewährleisten.
  • Nachteil dieses Verfahrens ist der hohe Investitions­aufwand, welcher für die Erstellung der mechanischen Einrichtungen benötigt wird.
  • Der Zusatz von Abscheidungsinhibitoren wie Dextrin, Thioharnstoff und Gelatine hat nur geringen Einfluß auf die Streufähigkeit, da sich der Abscheidungsprozeß beim elektrolytischen Färben von dem der galvanischen Verzinnung wesentlich unterscheidet. Eine Möglichkeit, die Verbesserungen in der Streufähigkeit zu messen, wird auch hier nicht angegeben.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur elektrolytischen Me­tallsalzeinfärbung anodisierter Oberflächen von Alumi­nium und Aluminiumlegierungen zur Verfügung zu stel­len, wobei man zunächst mittels Gleichstrom in saurer Lösung eine definierte Oxidschicht erzeugt und diese anschließend mittels Wechselstrom oder gleichstrom­überglagertem Wechselstrom unter Verwendung eines Zinn(II)-Salze enthaltenden sauren Elektrolyten ein­färbt. Insbesondere bestand die Aufgabe der vorlie­genden Erfindung darin, die in dem Elektrolyten ent­haltenen Zinn(II)-Salze durch Zusatz geeigneter, die obengenannten Nachteile nicht besitzende Verbindungen weitgehend vor einer Oxidation zu Zinn(IV)-Verbindun­gen zu schützen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung be­stand darin, in Kombination mit neuen, die Zinn(II)-­Salze stabilisierenden Verbindungen zusätzlich die Streufähigkeit bei der elektrolytischen Metallsalz­einfärbung zu verbessern.
  • Zusätzlich sollten die zugesetzten Verbindungen dazu dienen, die zur Nachdosierung der verbrauchten Bad­ lösungen benötigten konzentrierten Sn(II)-sulfatlösun­gen (bis zu 200 g Sn ²⁺/1) in ihrer Lagerstabilität zu verbessern.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbesser­tes Verfahren zur elektrolytischen Metallsalzeinfär­bung anodisierter Oberflächen von Aluminium und Alu­miniumlegierungen zur Verfügung zu stellen, wobei man zunächst mittels Gleichstrom in saurer Lösung eine definierte Oxidschicht erzeugt und diese anschließend mittels Wechselstrom oder gleichstromüberlagertem Wechselstrom unter Verwendung eines Zinn(II)-Salze enthaltenden sauren Elektrolyten einfärbt, wird da­durch gelöst, daß der Elektrolyt 0,01 g/l bis zur Lös­lichkeitsgrenze eine oder mehrere, die Zinn(II)-Salze stabilisierende wasserlösliche Verbindungen der all­gemeinen Formeln (I) bis (IV)
    Figure imgb0001
     enthält, wobei
    R₁ für Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Alkyl­arylsulfonsäure, Alkylsulfonsäure sowie deren Al­kalimetallsalze mit jeweils 1 bis 22 C-Atomen,
    R₂ für Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Alkyl­arylsulfonsäure, Alkylsulfonsäure und deren Al­kalimetallsalze mit jeweils 1 bis 22 C-Atomen,
    R₃ für einen oder mehrere Wasserstoff- und/oder Al­kyl-, Aryl-, Alkylarylreste mit 1 bis 22 C-Atomen und
    R₄ und R₅ für einen oder mehrere Wasserstoff-, Alkyl-, Aryl- und/oder Alkylarylreste, Sulfonsäure, Alkyl­sulfonsäure, Alkylarylsulfonsäure sowie deren Alkalimetallsalze mit 1 bis 22 C-Atomen
    stehen,
    wobei wenigstens einer der Reste R₁, R₂ und R₃ für einen Rest ungleich Wasserstoff steht.
  • Die Variation in den Kettenlängen ist dahingehend zu verstehen, daß die erfindungsgemäß einzusetzenden Ver­bindungen eine ausreichende Wasserlöslichkeit besit­zen.
  • Gegenüber bekannten Stabilisatoren für Zinn(II)-Ver­bindungen, wie beispielsweise Pyrogallol, weisen die erfindungsgemäß verwendeten, Zinn(II)-Salze stabili­sierenden Verbindungen keine Abwasserprobleme im Hin­blick auf stark toxische Abwässer auf.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorlie­genden Erfindung werden Elektrolyte verwendet, die vorzugsweise 0,1 bis 2 g/l der die Zinn(II)-Salze sta­biliserenden Verbindungen nach den Formeln (I) bis (IV) enthalten.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegen­den Erfindung besteht darin, daß als stabilisierende Substanz in den o.g. Konzentrationen 2-tert.-Butyl-­1,4-dihydroxybenzol (tert.-Butylhydrochinon), Methyl­hydrochinon, Trimethylhydrochinon, 4-Hydroxy-2,7-­naphthalin-disulfonsäure und/oder p-Hydroxyanisol ein­gesetzt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können dem Elektrolyten zur Verbesserung der Streu­fähigkeit 1 bis 50 g/l, vorzugsweise 5 bis 25 g/l, p-­Toluolsulfonsäure und/oder 2-Naphthalinsulfonsäure zugesetzt werden.
  • Obwohl die Verwendung von Eisen(II)-Salzen aus der Gruppe der Sulfonsäuren in Zinn(II)-Salze enthaltenden sauren Elektrolyten prinzipiell bekannt ist (DE-OS 28 50 136), war es überraschend, daß beispielsweise p-Toluolsulfonsäure allein kaum als stabilisierende Verbindung für Zinn(II)-Salze wirkt, daß aber anderer­seits durch die Verwendung von p-Toluolsulfonsäure die Streufähigkeit bei der elektrolytischen Einfärbung von anodisierten Aluminiumoberflächen verbessert wird.
  • Üblicherweise erfolgt die Färbung mit Hilfe einer Zinn(II)-Sulfatlösung, die etwa 3 bis 20 g, vorzugs­weise 7 bis 16 g Zinn pro Liter enthält. Es wird bei einem pH-Wert von 0,35 bis 0,5, entsprechend 16 bis 22 g Schwefelsäure pro Liter, bei einer Temperatur von etwa 14 bis 30 °C eingefärbt. Die Wechselspannung oder gleichstromüberlagerte Wechselspannung (50 Hz) wird vorzugsweise bei 10 bis 25 V, vorzugsweise 15 bis 18 V mit einem Optimum von etwa 17 V ± 3 V eingestellt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der Begriff "gleichstromüberlagerter Wechselstrom" einem wechsel­stromüberlagerten Gleichstrom gleichzusetzen. Angege­ben ist jeweils der Wert der Klemmenspannung. Die Fär­ bung beginnt bei einer hieraus resultierenden Strom­dichte von meist etwa 1 A/dm², die dann jedoch auf einen konstanten Wert von 0,2 bis 0,5 A/dm² abfällt. Je nach Spannung, Metallkonzentration im Färbebad und Tauchzeiten werden unterschiedliche Töne erhalten, die zwischen champagnerfarben über verschiedene Bronzetöne bis schwarz variieren können.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt zusätzlich 0,1 bis 10 g/l Eisen, vor­zugsweise in der Form von Eisen-(II)-Sulfat, enthält.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt weitere Schwermetallsalze neben Zinn enthält, beispielsweise Nickel, Cobalt, Kupfer und/­oder Zink (siehe Wernick et al, loc. cit.).
  • Im Hinblick auf die einzusetzenden Mengen an Schwerme­tall-Ionen gilt: Vorzugsweise liegt die Summe der Schwermetall-Ionen - einschließlich Zinn - im Bereich von 3 bis 20 g/l, insbesondere im Bereich von 7 bis 16 g/l. Beipsielsweise enthält ein derartiger Elek­trolyt 4 g/l Sn(II)-Ionen und 6 g/l Ni(II)-Ionen, bei­des in Form von Sulfat-Salzen.
  • Ein solcher Elektrolyt zeigt die gleichen Färbeeigen­schaften wie ein Elektrolyt der nur 10 g/l Sn(II) oder nur 20 g/l Nickel enthält. Ein Vorteil besteht in der geringeren Abwasserbelastung durch Schwermetallsalze.
  • Fig. 1 gibt eine prinzipielle Möglichkeit des Aufbaus eines Färbebades zur Beurteilung der Streufähigkeit wieder, wobei das Aluminiumblech als Arbeitselektrode dient. Die übrigen geometrischen Faktoren sind der Figur zu entnehmen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der folgen­den Beispiele näher erläutert werden:
    • Beispiele Beispiel 1 Schnelltest zur Beurteilung der Lagerstabilität von Färbebädern
  • Die Beispiele in Tabelle 1 geben die Ergebnisse zur Lagerstabilität von Färbebädern wieder.
  • Es wurde jeweils ein wäßriger Elektrolyt hergestellt, der jeweils 10 g/l H₂SO₄ und SnSO₄ sowie entsprechende Mengen eines- Stabilisators enthielt. 1-l-Lösungen wur­den bei Raumtemperatur mit einem Magnetrührer kräftig gerührt und über eine Glasfritte mit 12 l/h reinem Sauerstoff begast. Der Gehalt an Sn(II)-Ionen wurde dabei ständig jodometrisch erfaßt.
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
    • Beispiel 2 Test zur Beurteilung der Stabilisierungswirkung von Additiven in Färbebädern unter elektrischer Belastung
  • Die Beispiele in Tabelle 2 geben die Ergebnisse der Sn(II)-Konzentrationsänderung in Färbebädern unter elektrischer Belastung wieder. Es wurde jeweils ein wäßriger Elektrolyt hergestellt, der 10 g/l Sn(II)­Ionen, 20 g/l H₂SO₄ und entsprechende Mengen eines Stabilisators enthielt. Die Dauerelektrolyse erfolgte mit Edelstahlelektroden. Die fließende Strommenge wur­de mit einem Ah-Zähler registriert. Das charakteristi­sche Verhalten der zu färbenden Oxidschicht wurde durch entsprechende Sinusverzerrung des Wechselstromes bei hoher kapazitiver Belastung simuliert. Die Menge an durch Elektrodenreaktionen oxidierten Sn(II)-Ionen wurde durch laufende jodometrische Titration des Elek­trolyten sowie durch gravimetrische Bestimmung des reduktiv abgeschiedenen Sn und der Differenz aus der Summe dieser beiden Werte zur Ausgangsmenge an ge­löstem Sn(II) ermittelt. Als Maß für die stabilisie­rende Wirkung wurde der Ah-Wert gewählt, bei dem eine Absenkung der Sn(II)-Konzentration durch oxidative Re­aktion an den Elektroden um 5 g/l nicht mehr verhin­dert werden kann.
    Figure imgb0004
    • Beispiel 3 Elektrolytische Einfärbung
  • Es wurden Probebleche der Dimension 50 mm x 500 mm x 1 mm wie in Fig. 1 dargestellt aus dem DIN-Werkstoff Al 99.5 (Werkstoff-Nr. 3.0255) konventionell vorbehan­delt (entfettet, gebeizt, dekapiert, gespült) und nach dem GS-Verfahren (200 g/l H₂SO₄, 10 g/l Al, Luftdurch­satz 8 m³/m² h, 1.5 A/dm², 18 °C) 50 min anodisiert. Es ergab sich hierbei ein Schichtaufbau von etwa 20 µm. Die so vorbehandelten Bleche wurden wie in den folgenden Beispielen näher beschrieben, elektrolytisch eingefärbt.
    • Beispiel 3.1 bis 3.4 und Vergleichsbeispiele 2 und 3
  • Die Versuchsbleche wurden, wie in Fig. 1 dargestellt, in einer speziellen Testkammer 135 s lang gefärbt. Die Färbespannung wurde hierbei zwischen 15 und 21 V vari­iert. Das Färbebad enthielt neben 10 g/l Sn²⁺ und 20 g/l H₂SO₄ als Badadditiv noch unterschiedliche Men­gen p-Toluolsulfonsäure (3.1-3.3) oder 2-Naphthalin­sulfonsäure (3.4) (10 g/l). In Vergleichsbeispiel 2 wurden 10 g/l Phenolsulfonsäure und in Vergleichsbei­spiel 3 10 g/l Sulfophthalsäure entsprechend einge­setzt. Ziel der Versuche sollte es sein, die Ver­besserung der Tiefenstreuung der so eingefärbten Al-­Bleche bei Zusatz von p-Toluolsulfonsäure und 2-Naph­thalinsulfonsäure zum Färbebad zu verdeutlichen. Die Ergebnisse der Tiefenstreumessungen unter Zusatz von 0, 10 und 20 g/l p-Toluolsulfonsäure und 2-Naphthalin­sulfonsäure bei Färbespannungen von 15, 18 und 21 V sind in Tab. 3 dargestellt.
    • Ermittlung der Streufähigkeit
  • Zunächst wird die Zinnverteilung auf dem Testblech an 10 verschiedenen Stellen in Längsrichtung gemessen.
  • Begonnen wird 1 cm vom Rand in Schritten von 5 cm.
  • Die Messung erfolgt mit einem Streulichtreflektometer gegen den Weißstandard TiO₂ (99 %).
  • Der Zinngehalt berechnet sich daraus wie folgt:
    Figure imgb0005
     R = Reflektivität in %
  • Der mittlere Sn-Gehalt ist dann:
    Figure imgb0006
  • Die Streufähigkeit ergibt sich dann daraus wie folgt:
    Figure imgb0007
     Tabelle 3
    Ergebnis der Tiefenstreumessungen (%) bei Variation der Färbespannung und der zugesetzten Menge an streufähigkeitbeeinflussender Substanz.
    Beispiel 3.1 3.2 3.3 3.4 Vgl.2 Vgl.3
    Gehalt Streuverbesserer (g/l)
    Färbespannung (V) 0 10 20 10 10 10
    15 44% 52% 76% 51% 49% 46%
    18 56% 74% 90% 71% 60% 59%
    21 76% 88% 93% 86% 80% 79%
    • Beispiel 4
  • Dieses Beispiel verdeutlicht die Verbesserung der Tie­fenstreuung bei gleichzeitigem Zusatz von p-Toluolsul­fonsäure und tert.-Butylhydrochinon. Die Bleche wurden wie in Beispiel 3 beschrieben, vorbehandelt und an­schließend elektrolytisch eingefärbt. Die Ergebnisse dieser Testreihe sind in Tab. 4 dargestellt. Tabelle 4
    Ergebnis der Tiefenstreumessungen (%) bei Zusatz von tert.-Butylhydrochinon + p-Toluolsulfonsäure zum Färbebad
    Badadditiv
    Färbespannung (V) tert.-Butylhydrochinon (2 g/l) tert.-Butylhydrochinon (2 g/l) + p-Toluolsulfonsäure (20 g/l)
    15 43% 82%
    18 59% 96%
    • Beispiel 5
  • Analog Beispiel 3 enthielt das Färbebad entsprechend den Beispielen 3.2 und 3.3 anstelle von 10 g/l Sn²⁺ hierbei 4 g/l Sn²⁺ und 6 g/l Ni²⁺. Es resultierten die gleichen Ergebnisse bei der Teifenstreumessung.
  • Mit nur 10 g/l Schwefelsäure werden etwas dunklere Färbungen erzielt als mit 20 g/l Schwefelsäure.

Claims (9)

1. Verfahren zur elektrolytischen Metallsalzeinfärbung anodisierter Oberflächen von Aluminium und Aluminium­legierungen, wobei man zunächst mittels Gleichstrom in saurer Lösung eine definierte Oxidschicht erzeugt und diese anschließend mittels Wechselstrom oder gleich­stromüberlagertem Wechselstrom unter Verwendung eines Zinn(II)-Salze enthaltenden sauren Elektrolyten ein­färbt, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt 0,01 g/l bis zur Löslichkeitsgrenze eine oder mehrere, Zinn(II)-Salze stabilisierende wasserlösliche Verbin­dungen der allgemeinen Formeln (I) bis (IV)
Figure imgb0008
 enthält, wobei
R₁ für Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Alkyl­arylsulfonsäure, Alkylsulfonsäure sowie deren Al­kalimetallsalze mit jeweils 1 bis 22 C-Atomen,
R₂ für Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Alkyl­arylsulfonsäure, Alkylsulfonsäure und deren Al­kalimetallsalze mit jeweils 1 bis 22 C-Atomen,
R₃ für einen oder mehrere Wasserstoff- und/oder Al­kyl-, Aryl-, Alkylarylreste mit 1 bis 22 C-Atomen und
R₄ und R₅ für einen oder mehrere Wasserstoff-, Alkyl-, Aryl- und/oder Alkylarylreste, Sulfonsäure, Alkyl­sulfonsäure, Alkylarylsulfonsäure sowie deren Al­kalimetallsalze mit 1 bis 22 C-Atomen stehen,
wobei wenigestens einer der Reste R₁, R₂ und R₃ für einen Rest ungleich Wasserstoff steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt 0,1 bis 2 g/l der die Zinn(II)-Sal­ze stabilisierenden Verbindungen enthält.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß die stabilisierenden Verbindungen ausge­wählt sind aus 2-tert.-Butyl-1,4-dihydroxybenzol, Methylhydrochinon, Trimethylhydrochinon, 4-Hydroxy-­2,7-naphthalin-disulfonsäure und/oder p-Hydroxyanisol.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Elektrolyt 1 bis 50 g/l, vorzugs­weise 5 bis 25 g/l p-Toluolsulfonsäure und/oder Naph­talinsulfonsäure enthält.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn­zeichnet, daß der Elektrolyt 3 bis 20 g/l, vorzugs­weise 7 bis 16 g/l in Form von Zinn(II)-Sulfat, Zinn enthält, und man bei einem pH-Wert von 0,1 bis 2, vor­zugsweise bei einem pH-Wert von 0,35 bis 0,5, und einer Temperatur von 14 bis 30 °C bei einer Wechsel­spannung mit einer Frequenz von 50 Hz bei einer Klemmenspannung von 10 bis 25 V, vorzugsweise 15 bis 18 V und der daraus resultierenden Stromdichte elek­trolytisch einfärbt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt 0,1 bis 10 g/l Eisen, vorzugsweise als Eisen(II)-sulfat, enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt weitere färbende Schwermetallsalze von Nickel, Cobalt, Kupfer und/oder Zink enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge an Zinn und weiterem färbenden Schwermetallsalz im Elektrolyt 3 bis 20 g/l und vor­zugsweise 7 bis 16 g/l beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt 4 g/l Zinn in Form von wasserlös­lichem Zinn(II)-Salz und 6 g/l Nickel in Form von wasserlöslichem Nickelsalz enthält.
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