EP0399172A2 - Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen - Google Patents

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EP0399172A2
EP0399172A2 EP90105561A EP90105561A EP0399172A2 EP 0399172 A2 EP0399172 A2 EP 0399172A2 EP 90105561 A EP90105561 A EP 90105561A EP 90105561 A EP90105561 A EP 90105561A EP 0399172 A2 EP0399172 A2 EP 0399172A2
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Johnson Controls Interiors GmbH and Co KG
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Gebrueder Happich GmbH
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    • C25D11/02—Anodisation
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    • C25D11/16—Pretreatment, e.g. desmutting
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    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing colored surfaces on parts made of aluminum or aluminum alloys.
  • Aluminum parts such as aluminum pressed or rolled profiles, are among others in the building hardware and lighting industry or in particular in the automotive industry with e.g. Window border systems or as decorative frames, moldings and. Like. Used. It is also known to use parts made of aluminum or aluminum alloys that have a colored anodized surface.
  • the new method should be characterized in that a variety of colors with color gradations Gold - bronze Light - dark bronze Gray - brown Gray - blue anthracite Light-dark blue Blue-violet when coloring the parts, a simple check of the coloring results and a reproducibility of the individual color nuances is possible at any time.
  • An extruded profile made of aluminum alloy AlMg 1 or AlMgSi 0.5 is mechanically ground and polished. Degreasing or cleaning is carried out in two steps.
  • Acidic aqueous solution containing phosphoric acid pH 1.1 Acidic aqueous solution containing phosphoric acid pH 1.1.
  • the profile is electrolytically alkaline polished in order to achieve a sufficient glossy surface reflection.
  • the electrolyte contains: Na3PO4 (trisodium phosphate) 120 g / l Na2CO3 (disodium carbonate) 330 g / l Al Po4 (aluminum phosphate) 10 g / l Extracts from beech wood 5 m / l Current density 3 A / dm2 operating temperatur 70 - 80 o C Exposure time 18 min
  • the aluminum treated in this way is rinsed in water. Then the oxide layer is removed in a chromic acid solution 50 g / l CrO3 at 98 o C and an exposure time of 3 min.
  • the aluminum is rinsed in a sodium hydrogen sulfite solution in order to reduce the 6-valent chromium to the 3-valent chromium.
  • the profile is anodized electrolytically using direct current.
  • the electrolyte contains: H2SO4 (sulfuric acid) 180 g / l Al 8 g / l Surfactants (wetting agents) 30 ml Current density 1.5 A / dm2 operating temperatur 18 - 20 o C Exposure time 35 min anodic layer thickness 12 ⁇ m
  • the profile is exposed in an electrolyte containing metal salts using alternating current.
  • hues of gold-bronze and light-dark bronze are achieved under the same operating conditions with different exposure times.
  • the electrolyte contains: SnSO4 (tin sulfate) 15 g / l Sn (tin as tin sulfate) H2SO4 (sulfuric acid) 15 g / l Oxicarboxylic acid 30 ml / l operating temperatur 20 - 22 o C Current density 1.5 A / dm2 PH value 1.0
  • tin is deposited in the pores of the okyd layer by electrolytic metal deposition.
  • the colors gold-bronze and light-dark bronze are achieved with variable current densities and different exposure times from 10 seconds to 15 minutes. If the profile is to be given a color other than that described above, the exposure time for metal deposition is limited to 10 - 30 seconds, with variable current densities resulting in different color gradations. This parameter-controlled metal deposition achieves a basic color, while the adsorption capacity of the oxide layer is retained.
  • the adsorption capacity of the Okyd layer is used to variably change the basic coloring through chemical incorporation of an organic azo dye.
  • the chemical dye bath contains: Azo dye 1 g / l fungicide 0.4 ml / l PH value 3.5 - 3.9 operating temperatur 50 o C Exposure times 90-180 seconds
  • pigment parts of the azo dye are deposited in the pores of the oxide layer in addition to the previously deposited metal salt and thus change the basic color.
  • the oxide layer is compacted as the last treatment step and thus protected against external influences.
  • the profile is pretreated in a 6% cobalt fluoride, 30% nickel fluoride solution in demineralized water at 30 ° C. for about 10 minutes.
  • the profile at 70 ° C in demineralized water with the addition of a scale inhibitor in 2 ml / l triazine derivative 50 minutes is treated.
  • the increase in volume of the layer closes the pores.
  • the layer is now protected against external influences.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen beschrieben, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
  • 1. die Teile werden vorbehandelt, indem sie entfettet bzw. ge­reinigt werden,
  • 2. die Teile werden elektrolytisch anodisch/alkalisch geglänzt,
  • 3. die Teile werden elektrolytisch unter Anwendung von Gleichstrom anodisiert,
  • 4. die Teile werden elektrolytisch und/oder organisch eingefärbt und
  • 5. die Okydschicht der Teile wird verdichtet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen.
  • Aluminiumteile, wie Aluminium-Preß- oder Rollprofile, werden u.a. in der Baubeschlags- und Beleuchtungsindustrie oder insbesondere auch im Kraftfahrzeugbau bei z.B. Fenstereinfaßsystemen oder auch als Zierrahmen, Zierleisten u. dgl. eingesetzt. Dabei ist es auch bekannt, solche Teile aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen zu verwenden, die eine farbig eloxierte Oberfläche aufweisen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein neues Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen aufzuzeigen, wobei die nach diesem Ver­fahren eingefärbten Teile folgende Qualitätsmerkmale erfüllen sollen:
    • a) 1.000 Std. Lichtechtheitsprüfung ohne Veränderung der Farb­echtheit , ohne Veränderung der Farbpigmentierung. Prüfung: Xenotest-Heißbelichtung 450 DIN 75202
    • b) 6 Zyklen Kesternich DIN 50018 Prüfung auf Korrosionsbeständigkeit
    • c) 5.000 Hübe - Prüfung der Reibfestigkeit ohne Veränderung der Oberfläche nach Veslick DIN 53339.
  • Des weiteren soll sich das neue Verfahren dadurch auszeichnen, daß eine Farbenvielfalt mit Farbabstufungen über
    Gold - bronze
    Hell - dunkelbronze
    Grau - braun
    Grau - blau
    Anthrazit
    Hell- dunkelblau
    Blau- violett
    bei der Einfärbung der Teile, eine einfache Kontrolle der Einfärber­gebnisse und eine jederzeitige Reproduzierbarkeit der einzelnen Farbnuancen ermöglicht wird.
  • Die zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen, sind im Patentanspruch 1 angegeben. Die Patentansprüche 2 bis 8 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Im folgenden wird ein bevorzugtes Beispiel einer Oberflächenbehand­lung eines Teils zur Erzielung der geforderten Qualitätsmerkmale näher erläutert.
  • Ein Strangpreßprofil der Aluminium-Legierung AlMg 1 oder AlMgSi 0,5 wird mechanisch geschliffen und poliert. Ein Entfetten bzw. Reinigen wird in zwei Schritten vollzogen.
  • 1. Alkalische-phosphat- und borathaltige wässrige Lösung pH-Wert 9
  • 1.1 Saure phosphorsaure-haltige wässrige Lösung pH-Wert 1,1.
  • 2. Nach dem Entfetten bzw. Reinigen wird das Profil elektrolytisch alkalisch geglänzt, um so eine ausreichende glänzende Oberflächen­reflexion zu erreichen.
    Der Elektrolyt enthält:
    Na₃PO₄ (Trinatriumphosphat) 120 g/l
    Na₂CO₃ (Dinatriumcarbonat) 330 g/l
    Al Po₄ (Aluminiumphosphat) 10 g/l
    Extrakte aus Buchenholz 5 m/l
    Stromdichte 3 A/dm²
    Betriebstemperatur 70 - 80 o C
    Expositionszeit 18 Min.
  • 2.2 Nach dem Glänzen wird das so behandelte Aluminium in Wasser gespült. Dann wird in einer Chromsäure-Lösung 50 g/l CrO₃ bei 98 o C und einer Expositionszeit von 3 Min. die Oxydschicht entfernt.
  • 2.3 In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Aluminium in einer Natriumhydrogensulfit-Lösung gespült, um das 6-wertige Chrom zum 3-wertigen Chrom zu reduzieren.
  • 3. Nach dem Glänzprozeß wird das Profil elektrolytisch unter Anwen­dung von Gleichstrom anodisiert.
    Der Elektrolyt enthält:
    H₂SO₄ (Schwefelsäure) 180 g/l
    Al 8 g/l
    Tenside (Netzmittel) 30 ml
    Stromdichte 1,5 A/dm²
    Betriebstemperatur 18 - 20 o C
    Expositionszeit 35 Min.
    anodische Schichtdicke 12 µm
  • 4. Im folgenden Verfahrensschritt des Färbeverfahrens wird das Profil in einem metallsalzhaltigem Elektrolyten unter Anwendung von Wechselstrom exponiert. Hierbei werden bei gleichen Betriebs­bedingungen mit unterschiedlichen Expositionszeiten Farbtöne von Gold-bronze und Hell-dunkelbronze erreicht.
    Der Elektrolyt enthält:
    SnSO₄ (Zinnsulfat) 15 g/l Sn (Zinn als Zinnsulfat)
    H₂SO₄ (Schwefelsäure) 15 g/l
    Oxicarbonsäure 30 ml/l
    Betriebstemperatur 20 - 22 o C
    Stromdichte 1,5 A/dm²
    pH-Wert 1,0
  • In der kathodischen Wechselstromphase wird Zinn durch elektro­lytische Metallabscheidung in die Poren der Okydschicht einge­lagert.
    Die Farbtöne Gold-bronze und Hell-dunkelbronze werden bei varia­blen Stromdichten und unterschiedlichen Expositonszeiten von 10 Sekunden bis 15 Minuten erreicht.
    Soll das Profil einen Farbton außer dem zuvor beschriebenen erhalten, so wird die Expositionszeit bei der Metallabscheidung auf 10 - 30 Sekunden begrenzt, wobei variable Stromdichten unter­schiedliche Farbabstufungen ergeben. Durch diese parameterge­steuerte Metallabscheidung wird eine Grundfärbung erreicht, wobei die Adsorptionsfähigkeit der Oxydschicht weiterhin erhalten bleibt.
  • 4.1 In einer weiteren Einfärbebehandlung wird die Adsorptionsfähig­keit der Okydschicht genutzt, um die Grundfärbung durch chemische Einlagerung eines organischen Azofarbstoffes variabel zu verän­dern.
    Das chemische Farbbad enthält:
    Azofarbstoff 1 g/l
    Fungizid 0,4 ml/l
    pH-Wert 3,5 - 3,9
    Betriebstemperatur 50 o C
    Expositionszeiten 90 - 180 Sekunden
  • Durch unterschiedliche Expositionszeiten im chemischen Farbbad werden die Farbabstufungen Grau-braun, Grau-blau, Anthrazit, Hell-dunkel­blau, Blau-violett erreicht.
  • Bei dem Vorgang der Adsorption lagern sich Pigmentteile des Azofarb­stoffes zusätzlich zum zuvor abgeschiedene Metallsalz in die Poren der Oxydschicht ein und verändern so die Grundfärbung.
    • 5. Verdichten
  • In zwei Verfahrensschritten wird die Oxydschicht als letzte Behandlungsstufe verdichtet und somit gegen äußere Einwirkungen geschützt.
    Im ersten Verfahrensschritt wird das Profil in einer Lösung 6 % Kobalt-Fluorid, 30 % Nickel-Fluorid in vollentsalztem Wasser bei 30 o C etwa 10 Minuten lang vorbehandelt.
  • Dabei erfolgt folgende Grundreaktion mit der Okydschicht und dem Nickel-Fluorid:
    Figure imgb0001
  • Bei diesem ersten Verfahrensschritt wird eine beständige Vorverdich­tung der Oxydschicht erreicht.
  • Im zweiten Verfahrensschritt wird das Profil bei 70 o C in vollent­salztem Wasser unter Zusatz eines Belagsverhinderers von 2 ml/l Triazin-Derivat 50 Minuten behandelt. Hierbei findet zunächst unter Bindung des Wassers eine chemische Reaktion statt (Al₂O₃ + H₂O = 2 AlO x OH). Dabei bewirkt die Volumenzunahme der Schicht einen Verschluß der Poren. Die Schicht ist jetzt gegen äußere Einflüsse geschützt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Alumi­nium oder Aluminium-Legierungen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
1. die Teile werden vorbehandelt, indem sie entfettet bzw. gereinigt werden,
2. die Teile werden elektrolytisch anodisch/alkalisch geglänzt,
3. die Teile werden elektrolytisch unter Anwendung von Gleich­strom anodisiert,
4. die Teile werden elektrolytisch und/oder organisch einge­färbt und
5. die Okydschicht der Teile wird verdichtet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verfahrensschritt in zwei Stufen durchgeführt wird, indem die Teile zunächst in einer alkalischen-phosphat- und borathaltigen wässrigen Lösung mit einem pH-Wert 9 und sodann in einer sauren, phosphorsaurehaltigen wässrigen Lösung mit einem pH-Wert 1,1 be­handelt werden.
3. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im zweiten Verfahrensschritt in einem mittels Gleich­strom betriebenen alkalischen Elektrolyten der Zusammensetzung: Na₃PO₄ (Trinatriumphosphat) 120 g/l Na₂CO₃ (Dinatriumcarbonat) 330 g/l Al Po₄ (Aluminiumphosphat) 10 g/l Extrakte aus Buchenholz 5 m/l
bei einer Stromdichte von 3 A/dm², einer Betriebstemperatur von 70 - 80 o C und einer Expositionszeit von ca. 18 Minuten behandelt werden.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile zwischen dem zweiten und dem dritten Verfahrensschritt einer Zwischenbehandlung unterzogen werden, wobei vorgesehen ist, daß die Teile zunächst in Wasser gespült, dann in einer Chromsäure-Lösung mit etwa 50 g/l CrO₃ bei etwa 98 o C etwa 3 Minuten exponiert und schließlich in einer Natrium­hydrogensulfit-Lösung nochmals gespült werden.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im dritten Verfahrensschritt in einem Elektrolyten der Zusammensetzung: H₂SO₄ (Schwefelsäure) 180 g/l Al 8 g/l Tenside (Netzmittel) 30 ml
bei einer Stromdichte von 1,5 A/dm², einer Betriebstemperatur von 18 - 20 o C und einer Expositionszeit von 35 Minuten behandelt werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in einer ersten Stufe des vierten Verfahrensschritts in einem metallsalzhaltigen Elektrolyten der Zusammensetzung: SnSO₄ (Zinnsulfat) 15 g/l Sn (Zinn als Zinnsulfat) H₂SO₄ (Schwefelsäure) 15 g/l Oxicarbonsäure 30 ml/l
bei einer Betriebstemperatur von 20 - 22 o C, einer Stromdichte von 1,5 A/dm² und einem pH-Wert 1,0 unter Anwendung von Wechsel­strom exponiert werden.
7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in einer zweiten Stufe des vierten Verfahrensschritts in einem chemischen Farbbad der Zusammensetzung: Azofarbstoff 1 g/l Fungizid 0,4 ml/l pH-Wert 3,5 - 3,9
bei einer Betriebstemperatur von etwa 50 o C und Expositionszeiten von 90 - 180 Sekunden behandelt werden.
8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im fünften Verfahrensschritt in zwei Verfahrensstufen verdichtet werden, wobei die Teile in der ersten Verfahrensstufe in einer Lösung mit etwa 6 % Kobalt-Fluorid und etwa 30 % Nickel-Fluorid in vollentsalztem Wasser bei etwa 30 o C etwa 10 Minuten lang vorbehandelt und in einer zweiten Verfahrensstufe in vollentsalztem Wasser unter Zusatz eines Belag­verhinderers von etwa 2 ml/l Triazin-Derivat bei einer Betriebs­temperatur von etwa 70 o C etwa 50 Minuten lang nachbehandelt werden.
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