ITMI20082275A1 - ELECTROLYTIC PROCEDURE FOR OBTAINING DARK OR BLACK COVERINGS ON NON-FERROUS METAL MATERIALS - Google Patents
ELECTROLYTIC PROCEDURE FOR OBTAINING DARK OR BLACK COVERINGS ON NON-FERROUS METAL MATERIALS Download PDFInfo
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Description
OGGETTO DELL’INVENZIONE OBJECT OF THE INVENTION
La presente invenzione ha per oggetto un procedimento per il trattamento elettrolitico di materiali metallici non ferrosi quali ad esempio magnesio, alluminio, titanio, vanadio, tantalio ed afnio e loro leghe, in particolare un procedimento per la produzione di un rivestimento superficiale che abbia sia funzione estetica che protettiva. Tale rivestimento è caratterizzato dal fatto di avere una colorazione scura o nera prodotta contestualmente alla sua formazione. Pure oggetto della presente invenzione sono i prodotti realizzati in materiale metallico non ferroso, provvisti di rivestimento superficiale ottenuto secondo il suddetto procedimento. The present invention relates to a process for the electrolytic treatment of non-ferrous metal materials such as for example magnesium, aluminum, titanium, vanadium, tantalum and hafnium and their alloys, in particular a process for the production of a surface coating which has both function aesthetic than protective. This coating is characterized by the fact that it has a dark or black color produced at the same time as its formation. Also object of the present invention are the products made of non-ferrous metal material, provided with a surface coating obtained according to the aforesaid process.
STATO DELLA TECNICA STATE OF THE TECHNIQUE
Negli ultimi anni si è avuto un notevole sviluppo nell’uso di metalli quali magnesio, titanio, loro leghe, mentre si è mantenuto vivo ed anzi, è sempre più aumentato l’uso deiralluminio o sue leghe, ad esempio leghe ad alto contenuto di silicio. Inoltre, anche metalli quali tantalio ed afnio hanno trovato sempre maggiore applicazione, anche dal punto di vista industriale. All’incremento della domanda nell’uso di tali materiali non è corrisposto un adeguato sviluppo delle tecnologie dei trattamenti superficiali, necessari per le successive lavorazioni dei metalli e per gli impieghi ai quali sono destinati. In recent years there has been a notable development in the use of metals such as magnesium, titanium, their alloys, while it has been kept alive and indeed, the use of aluminum or its alloys, for example alloys with a high silicon content, has increasingly increased. . Furthermore, also metals such as tantalum and hafnium have found increasing application, also from an industrial point of view. The increase in demand in the use of these materials is not matched by an adequate development of surface treatment technologies, necessary for subsequent metal processing and for the uses for which they are intended.
Sempre maggiore interesse è attualmente rivolto alla possibilità di realizzare manufatti composti da più metalli, per poter, ad esempio, combinare e quindi sfruttare, la leggerezza del magnesio con la rigidità o le caratteristiche meccaniche del titanio. Sempre a titolo di esempio, tra i metalli sopra citati, alluminio, magnesio e titanio sono stati sempre trattati separatamente e, spesso per quanto riguarda gli ultimi due, in modo inadeguato alle esigenze tecniche del mercato. Increasing interest is currently aimed at the possibility of creating products composed of several metals, to be able, for example, to combine and therefore exploit the lightness of magnesium with the rigidity or mechanical characteristics of titanium. Again by way of example, among the metals mentioned above, aluminum, magnesium and titanium have always been treated separately and, often with regard to the last two, inadequate to the technical needs of the market.
L’alluminio, nelle sue leghe da estrusione e laminazione, prevede dei trattamenti ben definiti quali, ad esempio, il trattamento di ossidazione anodica o anodizzazione e la verniciatura. Aluminum, in its extrusion and rolling alloys, provides for well-defined treatments such as, for example, the anodic oxidation or anodization treatment and painting.
Per quanto riguarda il trattamento di ossidazione anodica, questo è effettuato, convenzionalmente, in soluzioni di acido solforico (160 - 220 g/1). Lo strato anodico così formato può essere ulteriormente trattato, ad esempio può essere colorato sia per assorbimento, cioè immergendo i pezzi di alluminio in soluzioni di coloranti organici od inorganici, oppure per via elettrolitica trattando i pezzi sotto corrente in adatte soluzioni a base di sali di stagno o nichel. Dopo un trattamento di chiusura dei pori dell’ossido che si è formato durante la fase di anodizzazione e che è convenzionalmente chiamato “fissaggio”, i manufatti di alluminio così prodotti mostrano una eccellente resistenza alla corrosione e, se colorati, le colorazioni impartite hanno una idonea solidità alla luce. As for the anodic oxidation treatment, this is conventionally carried out in sulfuric acid solutions (160 - 220 g / 1). The anodic layer thus formed can be further treated, for example it can be colored either by absorption, i.e. by immersing the aluminum pieces in solutions of organic or inorganic dyes, or by electrolytically treating the pieces under current in suitable solutions based on salts of tin or nickel. After a pore-closing treatment of the oxide that formed during the anodizing phase and which is conventionally called "fixing", the aluminum products thus produced show excellent resistance to corrosion and, if colored, the colors imparted have a suitable light fastness.
Analogamente ad altri metalli, l’alluminio può anche essere verniciato. In questo caso è necessario procedere ad una fase preliminare, che prevede un trattamento di “conversione chimica”, al termine del quale è possibile applicare una verniciatura che può essere del tipo “a polvere” o “a liquido”. Una volta verniciato, il manufatto deve essere sottoposto ad un trattamento di “cottura” che generalmente consiste in una polimerizzazione a caldo della vernice. Il materiale così ottenuto, mostra buona solidità alla luce ed una buona resistenza alla corrosione. Similarly to other metals, aluminum can also be painted. In this case it is necessary to proceed to a preliminary phase, which involves a "chemical conversion" treatment, at the end of which it is possible to apply a paint that can be of the "powder" or "liquid" type. Once painted, the product must be subjected to a "firing" treatment which generally consists of a hot polymerization of the paint. The material thus obtained shows good light fastness and good resistance to corrosion.
Le finiture dell’alluminio sono oramai definite da anni, ma rimane ancora irrisolto, tra gli altri, il problema di come trattare leghe ad alto contenuto in silicio, come ad esempio alcune leghe per pressocolate. Quando la percentuale in silicio della lega di alluminio supera il 5%, sia il processo di ossidazione anodica che quello di verniciatura diventano difficoltosi, e la qualità del manufatto ottenuta, è spesso, scadente. Per quanto riguarda il magnesio invece, è necessario tenere conto che fino ad una decina di anni fa era considerato un metallo per applicazioni particolari, nel caso si dovesse sfruttare al meglio le sue caratteristiche meccaniche e di leggerezza. Negli ultimi anni, però, a causa della forte riduzione di prezzo dovuta all’elevata offerta del mercato, il suo uso è diventato più esteso e competitivo, ad esempio rispetto all’ alluminio, anche a causa delle sue migliori caratteristiche di leggerezza e malleabilità. In pratica una lega in magnesio pesa circa il 35% in meno di un’analoga lega in alluminio con simili caratteristiche meccaniche e può inoltre essere “colata” in spessori molto più fini e senza formazione di “bolle”. Il magnesio viene inoltre utilizzato di frequente al posto della plastica per le applicazioni raffinate quali ad esempio i gusci per computer portatili, macchine fotografiche o lettori CD e sta in parte anche sostituendo ralluminio nelle pressocolate meccaniche. Aluminum finishes have been defined for years now, but among others, the problem of how to treat alloys with a high silicon content, such as some alloys for diecasting, remains unsolved. When the silicon percentage of the aluminum alloy exceeds 5%, both the anodic oxidation and the painting process become difficult, and the quality of the manufactured article is often poor. As for magnesium, on the other hand, it is necessary to take into account that until about ten years ago it was considered a metal for particular applications, in case it was necessary to make the most of its mechanical characteristics and lightness. In recent years, however, due to the sharp price reduction due to the high market offer, its use has become more extensive and competitive, for example with respect to aluminum, also due to its better characteristics of lightness and malleability. In practice, a magnesium alloy weighs about 35% less than a similar aluminum alloy with similar mechanical characteristics and can also be "cast" in much finer thicknesses and without the formation of "bubbles". Magnesium is also frequently used instead of plastic for refined applications such as the shells for laptops, cameras or CD players and is also partially replacing aluminum in mechanical die-castings.
La resistenza alla corrosione del magnesio e delle sue leghe è molto scarsa e, in assenza di trattamenti di superficie, risulta inadeguata alla gran parte delle applicazioni. Fino ad alcuni anni fa tutto il materiale di magnesio era destinato ad essere verniciato dopo trattamento di conversione chimica, ma in ogni caso, anche per quanto riguarda il magnesio, i migliori trattamenti sia in quanto tali che preliminari alla verniciatura, restano quelli di anodizzazione. The corrosion resistance of magnesium and its alloys is very poor and, in the absence of surface treatments, it is inadequate for most applications. Until a few years ago all the magnesium material was destined to be painted after chemical conversion treatment, but in any case, even with regard to magnesium, the best treatments, both as such and preliminary to painting, remain those of anodizing.
La complessità operativa, la tossicità dei processi citati e/o la non eccezionale resistenza alla corrosione e all’abrasione dei materiali così trattati, con il passare del tempo, hanno portato a formulare nuove tecnologie. The operational complexity, the toxicity of the aforementioned processes and / or the not exceptional resistance to corrosion and abrasion of the materials thus treated, over time, have led to the formulation of new technologies.
Un tipico schema per il trattamento di anodizzazione, comune a tutti i trattamenti solitamente impiegati, è il seguente: A typical scheme for the anodizing treatment, common to all the treatments usually used, is the following:
a) Sgrassatura alcalina a) Alkaline degreasing
b) Lavaggio in acqua corrente b) Washing in running water
c) Decapaggio acido (attivazione) c) Acid pickling (activation)
d) Lavaggio in acqua corrente d) Washing in running water
e) Anodizzazione in corrente continua od alternata e) Anodizing in direct or alternating current
f) Lavaggio in acqua corrente f) Washing in running water
g) Lavaggio in acqua deionizzata g) Washing in deionized water
h) Lavaggio in acqua deionizzata calda h) Washing in hot deionized water
i) Fissaggio (chimico o mediante resine). i) Fixing (chemical or by means of resins).
A grandi linee, possiamo dire che i trattamenti sviluppati più di recente, esenti da cromo e a bassa tossicità, presentano le seguenti caratteristiche: Broadly speaking, we can say that the most recently developed treatments, chromium-free and with low toxicity, have the following characteristics:
1) producono rivestimenti incolori, 1) produce colorless coatings,
2) impiegano soluzioni di trattamento a media o elevata alcalinità, 2) use medium or high alkalinity treatment solutions,
3) garantiscono un substrato con ottima aderenza per le vernici, 3) guarantee a substrate with excellent adhesion for paints,
4) garantiscono al substrato media o elevata resistenza alla corrosione (a seconda del tipo di trattamento), 4) guarantee the substrate medium or high resistance to corrosion (depending on the type of treatment),
5) garantiscono al substrato media o elevata resistenza all’abrasione (a seconda del tipo di trattamento), 5) guarantee medium or high abrasion resistance to the substrate (depending on the type of treatment),
6) consentono l’uso di corrente continua o alternata, caratterizzata da elevata tensione (150 - 600 V) e in qualche caso anche elevata densità di corrente (3 - 30 A/dm<2>). 6) allow the use of direct or alternating current, characterized by high voltage (150 - 600 V) and in some cases also high current density (3 - 30 A / dm <2>).
Va tenuto presente che, in alcuni processi, si verifica una intensa “luminosità” che circonda il pezzo sotto trattamento, dovuta ad una fitta serie di scariche che lo raggiungono e che contribuiscono alla formazione dello strato protettivo. It should be borne in mind that, in some processes, there is an intense "brightness" that surrounds the piece under treatment, due to a dense series of discharges that reach it and contribute to the formation of the protective layer.
Per quanto riguarda il titanio, il trattamento più comune, anche in questo caso, è quello di ossidazione anodica, prodotta, analogamente a quanto avviene per l’alluminio, sia in ambiente acido che in ambiente alcalino. L’anodizzazione in ambiente acido (indifferentemente prodotto da acido solforico o fosforico) produce rivestimenti colorati (per effetto interferenza), la cui tonalità dipende dalla tensione applicata (15-100 Volt) e dalla purezza delle leghe. Lo strato di ossido così formato contribuisce all’aspetto estetico dei pezzi e trova una particolare applicazione nel settore odontotecnico e nelle protesi più in generale, perché il colore impartito serve a identificare le caratteristiche meccaniche del pezzo stesso. Non esiste alcun procedimento descritto per il trattamento di pezzi formati accoppiando parti di metalli diversi scelti ad esempio tra alluminio, magnesio, titanio o loro leghe. As for titanium, the most common treatment, also in this case, is that of anodic oxidation, produced, similarly to what happens for aluminum, both in an acidic and alkaline environment. Anodizing in an acidic environment (indifferently produced by sulfuric or phosphoric acid) produces colored coatings (due to interference effect), whose hue depends on the applied voltage (15-100 Volts) and the purity of the alloys. The oxide layer thus formed contributes to the aesthetic appearance of the pieces and finds a particular application in the dental technology sector and in prostheses more generally, because the color imparted serves to identify the mechanical characteristics of the piece itself. There is no procedure described for the treatment of pieces formed by coupling parts of different metals selected for example from aluminum, magnesium, titanium or their alloys.
Lo strato di ossido formato mediante scarica (ad esempio sia nel caso di materiali di magnesio che di alluminio) è formato principalmente da due componenti: una più compatta dello spessore di 10-20 micron a seconda della durata del processo e una molto più rugosa dello spessore di 2-3 micron. Questo accade perché le scariche che raggiungono la superficie del metallo comprimono gli strati sottostanti aumentandone la compattezza e la durezza e, ovviamente, le parti più esterne sono rese rugose dalle scariche stesse. Nella comune pratica industriale è consuetudine eliminare meccanicamente i primi 2-3 micron dello strato prodotto per poter sfruttare completamente le proprietà di durezza della rimanente parte dello strato. The oxide layer formed by discharge (for example both in the case of magnesium and aluminum materials) is mainly formed by two components: a more compact one with a thickness of 10-20 microns depending on the duration of the process and a much more rough one than thickness of 2-3 microns. This happens because the discharges that reach the surface of the metal compress the underlying layers, increasing their compactness and hardness and, obviously, the outermost parts are made rough by the discharges themselves. In common industrial practice it is customary to mechanically eliminate the first 2-3 microns of the layer produced in order to fully exploit the hardness properties of the remaining part of the layer.
In sintesi, i procedimenti secondo la tecnica nota presentano i seguenti inconvenienti. In summary, the processes according to the known art have the following drawbacks.
- Tutti i processi che prevedono l’effetto scarica (micro are o plasma) risultano molto costosi. - All processes that involve the discharge effect (micro ares or plasma) are very expensive.
- Le soluzioni dei bagni di anodizzazione che contengono silicati e/o alluminio sono poco stabili e tendono a formare precipitati che devono essere eliminati per un miglior funzionamento della soluzione stessa. Risulta anche diffìcile mantenere costantemente monitorata la composizione della soluzione. - The solutions of the anodizing baths that contain silicates and / or aluminum are not very stable and tend to form precipitates which must be eliminated for a better functioning of the solution itself. It is also difficult to keep the composition of the solution constantly monitored.
- Le composizioni contenenti sali di fluoro, boro e animine sono tossici, e di difficile gestione e mantenimento. - The compositions containing salts of fluorine, boron and animins are toxic, and difficult to manage and maintain.
- Spesso le composizioni contengono miscele di anioni e/o cationi il cui controllo e bilanciamento in fase di gestione di una vasca industriale per il trattamento di anodizzazione risultano difficoltosi. - Often the compositions contain mixtures of anions and / or cations whose control and balancing during the management phase of an industrial tank for the anodization treatment are difficult.
- Tutti i procedimenti secondo la tecnica nota (indipendentemente dal metallo considerato), prevedono una o più fasi preliminari di pulizia, decapaggio e/o attivazione della superfìcie da trattare. I prodotti di sgrassatura che devono essere impiegati, contengono spesso borati, mentre quelli di “attivazione” contengono soprattutto composti fluorurati in ambiente acido (acido fluoridrico, suoi composti o derivati). - All the processes according to the known art (regardless of the metal considered), provide for one or more preliminary cleaning, pickling and / or activation steps of the surface to be treated. The degreasing products to be used often contain borates, while the "activation" products contain mainly fluorinated compounds in an acid environment (hydrofluoric acid, its compounds or derivatives).
- Nessuno dei processi rivendicati prevede di poter trattare materiali accoppiati, misti o materiali realizzati mediante associazione in lega o altro di metalli diversi. - None of the claimed processes envisages being able to treat coupled or mixed materials or materials made by alloying or otherwise combining different metals.
- Inoltre, i bagni di anodizzazione secondo la tecnica nota non consentono di trattare contemporaneamente più metalli diversi tra loro, ma richiedono un bagno differente per ciascun tipo di metallo da sottoporre a processo di anodizzazione e quindi costi aggiuntivi per la sostituzione del bagno ogni volta si debba trattare un diverso tipo di metallo. - Furthermore, the anodizing baths according to the known art do not allow to treat several different metals at the same time, but require a different bath for each type of metal to be subjected to the anodizing process and therefore additional costs for replacing the bath each time need to treat a different type of metal.
Un ulteriore problema che può essere evidenziato, direttamente correlato ai processi secondo la tecnica nota sopra descritti, è relativo alla necessità di ottenere la superfìcie del metallo così trattato di una tonalità di colore scuro e/o nero, specialmente per quanto riguarda magnesio ed alluminio. Una colorazione molto scura / nera trova infatti alcune applicazioni specialistiche molto interessanti, quali ad esempio quella relativa airimpiego dei pannelli come collettori solari (che sono generalmente realizzati sia in alluminio che in magnesio) o quella relativa alle ruote delle motociclette o dei go-kart che, per ragioni di peso, attualmente sono realizzate di preferenza in magnesio. A further problem that can be highlighted, directly correlated to the processes according to the known art described above, relates to the need to obtain the surface of the metal thus treated with a shade of dark and / or black color, especially as regards magnesium and aluminum. In fact, a very dark / black color finds some very interesting specialized applications, such as for example that relating to the use of panels as solar collectors (which are generally made of both aluminum and magnesium) or that relating to the wheels of motorcycles or go-karts that for weight reasons, they are currently preferably made of magnesium.
Sono noti, ad esempio, metodi convenzionali per colorare di nero l'alluminio precedentemente anodizzato in soluzioni di acido solforico. Un sistema è basato sulla colorazione del pezzo metallico mediante assorbimento per immersione in idonei coloranti organici del tutto simili a quelli che vengono utilizzati per le stoffe. In alternativa, la colorazione scura viene effettuata depositando per via elettrolitica sulla superficie del metallo da colorare, particelle metalliche di opportuni metalli quali stagno, nichel, cobalto e rame. Questi metodi, però, richiedono la presenza di uno strato di ossido di alluminio e, come risultato finale, riducono la conduzione termica del metallo, una volta concluso il trattamento di colorazione. Conventional methods are known, for example, for coloring previously anodized aluminum in sulfuric acid solutions black. One system is based on the coloring of the metal piece by absorption by immersion in suitable organic dyes very similar to those used for fabrics. Alternatively, the dark coloring is carried out by electrolytically depositing metal particles of suitable metals such as tin, nickel, cobalt and copper on the surface of the metal to be colored. However, these methods require the presence of an aluminum oxide layer and, as a final result, reduce the thermal conduction of the metal once the coloring treatment is completed.
Un altro sistema per ottenere una colorazione scura/nera su materiali metallici non ferrosi e loro leghe trattati come precedentemente descritto, è quello che prevede la deposizione di nichel nero, ma anche in questo caso sorgono problematiche tecniche ed ambientali di grande rilevanza. Another system for obtaining a dark / black color on non-ferrous metal materials and their alloys treated as previously described, is that which involves the deposition of black nickel, but also in this case technical and environmental problems of great importance arise.
Nel caso della colorazione scura o nera del magnesio, è inoltre opportuno mettere in evidenza ulteriori aspetti. Infatti, alcuni processi che coinvolgono materiali a base di magnesio, prevedono la colorazione del metallo, compresa la colorazione scura e/o nera, per “assorbimento del colore” nello strato formato per via anodica sul substrato metallico, I risultati ottenuti con questa tecnica, sono molto scadenti da un punto di vista estetico e dipendono fortemente dalle caratteristiche del materiale di partenza. Bisogna infatti considerare che certi manufatti metallici hanno un mercato significativo solo se esteticamente attraenti. Non è pensabile, ad esempio, di commercializzare una ruota in lega di magnesio ZK60 che, colorata di nero per immersione, presenti zone a diversa tonalità. In questo caso, il risultato scadente si raggiunge in quanto la colorazione per assorbimento evidenzia i macro cristalli generati in fase di forgiatura, e di conseguenza, assume tonalità differenti a seconda della distribuzione dei suddetti cristalli sul pezzo da colorare. In the case of the dark or black coloring of magnesium, it is also advisable to highlight other aspects. In fact, some processes involving magnesium-based materials, involve the coloring of the metal, including dark and / or black coloring, by "color absorption" in the layer formed by anodic method on the metal substrate. The results obtained with this technique, they are very poor from an aesthetic point of view and strongly depend on the characteristics of the starting material. It must in fact be considered that certain metal products have a significant market only if they are aesthetically attractive. For example, it is unthinkable to market a ZK60 magnesium alloy wheel which, colored black by immersion, has areas of different shades. In this case, the poor result is achieved as the coloring by absorption highlights the macro crystals generated during the forging phase, and consequently takes on different shades depending on the distribution of the aforementioned crystals on the piece to be colored.
SCOPI DELL’INVENZIONE AIMS OF THE INVENTION
Scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un procedimento per il trattamento superficiale di materiali metallici non ferrosi che sia economico, che non comporti l’impiego di sostanze tossiche o potenzialmente dannose e che sia in grado di generare una colorazione scura o nera sulla superfìcie del materiale trattato. The purpose of the present invention is to provide a process for the surface treatment of non-ferrous metal materials which is economical, which does not involve the use of toxic or potentially harmful substances and which is capable of generating a dark or black color on the surface of the treated material.
Anche scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un procedimento per il trattamento superficiale di materiali metallici non ferrosi che preveda Pimpiego di soluzioni stabili, a composizione costante, che non richieda la frequente sostituzione delle soluzioni impiegate e che sia in grado di generare una colorazione scura o nera sulla superficie del materiale trattato. It is also an object of the present invention to provide a process for the surface treatment of non-ferrous metallic materials which provides for the use of stable solutions, with a constant composition, which does not require frequent replacement of the solutions used and which is capable of generating a dark or black color on the surface of the treated material.
Sempre scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un procedimento per il trattamento superficiale di materiali metallici non ferrosi che non preveda fasi preliminari distinte di pulizia, e/o sgrassatura e/o attivazione delle superimi metalliche che devono essere sottoposte a trattamento e che consenta quindi di realizzare il trattamento superficiale del materiale metallico in un unico stadio principale, con l’otenimento di una colorazione scura o nera. Another object of the present invention is to provide a process for the surface treatment of non-ferrous metal materials which does not provide for distinct preliminary cleaning, and / or degreasing and / or activation phases of the metal surfaces which must be subjected to treatment and which therefore allows to carry out the surface treatment of the metallic material in a single main stage, obtaining a dark or black color.
Pure scopo della presente invenzione è quello di metere a disposizione un procedimento per il trattamento superficiale di materiali metallici non ferrosi che consenta il contemporaneo tratamento di metalli diversi e/o di prodotti realizzati in differenti partì con diversi metalli e/o in leghe di metalli non ferrosi, all’interno dello stesso bagno. Another object of the present invention is to provide a process for the surface treatment of non-ferrous metal materials which allows the simultaneous treatment of different metals and / or products made in different parts with different metals and / or non-ferrous metal alloys. ferrous, within the same bathroom.
Ancora scopo del trovato è quello di metere a disposizione un procedimento per il trattamento superficiale di materiali metallici non ferrosi che consenta il contemporaneo trattamento superficiale di materiali accoppiati, misti o materiali realizzati mediante associazione in lega o altro di metalli diversi, con conseguenti vantaggi anche dal punto di vista economico. Another object of the invention is to provide a method for the surface treatment of non-ferrous metal materials which allows the simultaneous surface treatment of coupled, mixed materials or materials made by combining alloys or other materials of different metals, with consequent advantages also from the economic point of view.
Scopo ulteriore della presente invenzione è quello di metere a disposizione metalli non ferrosi, materiali e prodoti realizzati impiegando detti metalli e/o loro leghe, provvisti di un rivestimento superficiale ottenuto mediante il processo oggeto della presente invenzione e che quindi risulti di colorazione scura o nera. A further object of the present invention is to provide non-ferrous metals, materials and products made using said metals and / or their alloys, provided with a surface coating obtained by the process object of the present invention and which is therefore dark or black in color. .
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Questi ed altri scopi ancora e relativi vantaggi che meglio saranno evidenziati dalla descrizione che segue, vengono raggiunti da un procedimento elettrolitico per il trattamento di materiali metallici non ferrosi che comprende almeno una fase di trattamento principale o fase anodica realizzata in vasca o cella, deta fase essendo realizzata mediante impiego di una soluzione alcalina che comprende almeno uno ione metallico scelto fra ferro, cobalto o nichel in concentrazione maggiore o uguale a 0.1 g/i. These and other objects and related advantages, which will be better highlighted by the following description, are achieved by an electrolytic process for the treatment of non-ferrous metal materials which comprises at least one main treatment phase or anodic phase carried out in a tank or cell, said phase being made by using an alkaline solution which comprises at least one metal ion selected from iron, cobalt or nickel in a concentration greater than or equal to 0.1 g / i.
In particolare, secondo la presente invenzione, detti ioni metallici, che possono essere impiegati anche in miscela tra loro, sono presenti in concentrazione compresa tra 1 e 2 g/1 . In particular, according to the present invention, said metal ions, which can also be used in a mixture with each other, are present in a concentration between 1 and 2 g / 1.
Tale procedimento, grazie alle sue caratteristiche innovative, consente di otenere una colorazione scura o nera, uniforme, compatta ed esteticamente gradevole, sul materiale trattato, non raggiungibile con i procedimenti di colorazione secondo la tecnica nota. This process, thanks to its innovative characteristics, allows to obtain a dark or black, uniform, compact and aesthetically pleasing color on the treated material, which cannot be reached with the coloring procedures according to the known technique.
Il procedimento secondo P invenzione, presenta come ulteriore vantaggio la possibilità di effettuare inoltre il contemporaneo trattamento di materiali metallici anche diversi tra loro, e/o materiali realizzati mediante associazione in lega e/o accoppiamento e/o altro genere di associazione di metalli diversi. The process according to the invention has as a further advantage the possibility of carrying out the simultaneous treatment of metallic materials, even different from each other, and / or materials made by alloy association and / or coupling and / or other kind of association of different metals.
In particolare, detta soluzione alcalina comprende acido fosforico, ammoniaca e/o idrossidi alcalini, ed ha un valore di pH compreso tra 7 e 10. In particolare, detta ammoniaca e/o detti idrossidi alcalini sono scelti tra idrossido di litio, idrossido di sodio, idrossido di potassio, dove detti idrossidi alcalini sono presenti in concentrazione compresa tra 3 e 150 g/I, preferibilmente in concentrazione compresa tra 45 e 60 g/1, detto acido fosforico è presente in concentrazione compresa tra 1 e 50 g/1, preferibilmente ad una concentrazione compresa tra 15 e 20 g/1, mentre detto ione metallico scelto fra ferro, cobalto o nichel è presente in quantità da 0.1 g/1 fino a massima solubilità, con l'unica condizione che tali ioni siano stabili nella soluzione base sopra indicata. In particular, said alkaline solution comprises phosphoric acid, ammonia and / or alkaline hydroxides, and has a pH value between 7 and 10. In particular, said ammonia and / or said alkaline hydroxides are selected from lithium hydroxide, sodium hydroxide , potassium hydroxide, where said alkaline hydroxides are present in a concentration between 3 and 150 g / I, preferably in a concentration between 45 and 60 g / 1, said phosphoric acid is present in a concentration between 1 and 50 g / 1, preferably at a concentration between 15 and 20 g / 1, while said metal ion chosen from iron, cobalt or nickel is present in quantities from 0.1 g / 1 up to maximum solubility, with the only condition that these ions are stable in the solution base indicated above.
In alcuni casi, può essere conveniente prevedere Paggiunta, come coadiuvante della stabilità, di alcuni ossiacidi organici (o loro sali di preferenza ammoniacali) quali ad esempio acido ossalico, citrico e tartarico. La loro quantità, se presenti, può variare fino a raggiungere una concentrazione alla quale si ha la massima solubilità nelle condizioni operative. In alcuni casi si è dimostrata vantaggiosa l'aggiunta di acqua ossigenata (idrogeno perossido) per portare detti ioni metallici alla massima valenza chimica stabile nelle condizioni operative della soluzione di base sopra indicata. La concentrazione dell'acqua ossigenata può, ad esempio, essere compresa tra 0 e 50 Non è necessario che sussista un rigido rapporto stechiometrico fra i vari componenti della soluzione. In some cases, it may be convenient to provide for the addition, as an adjuvant of stability, of some organic oxyacids (or their preferably ammoniacal salts) such as for example oxalic, citric and tartaric acids. Their quantity, if present, can vary until reaching a concentration at which maximum solubility is obtained under operating conditions. In some cases, the addition of hydrogen peroxide (hydrogen peroxide) has proved to be advantageous to bring said metal ions to the maximum stable chemical value under the operating conditions of the base solution indicated above. The concentration of hydrogen peroxide can, for example, be between 0 and 50 It is not necessary that there be a rigid stoichiometric ratio between the various components of the solution.
Detti metalli non ferrosi da trattare, sono vantaggiosamente scelti tra alluminio, titanio, magnesio, vanadio, tantalio ed afnio. Said non-ferrous metals to be treated are advantageously selected from aluminum, titanium, magnesium, vanadium, tantalum and hafnium.
Il procedimento secondo la presente invenzione, consente quindi di realizzare una colorazione scura o nera della superfìcie del metallo non ferroso da sottoporre a trattamento, mediante un solo passaggio in un'unica soluzione, con risultati estremamente soddisfacenti, al contrario di quanto invece avviene se si utilizzano le tecniche secondo Parte nota. The process according to the present invention, therefore, allows to obtain a dark or black coloring of the surface of the non-ferrous metal to be subjected to treatment, by means of a single passage in a single solution, with extremely satisfactory results, contrary to what happens instead if one use the techniques according to known part.
Il procedimento secondo il presente trovato offre inoltre numerosi altri vantaggi, ed in particolare consente di eliminare le fasi di pre-trattamento, normalmente previste nei procedimenti secondo Parte nota. In pratica con il procedimento oggetto dell’invenzione, le fasi preliminari distinte di pulizia, e/o sgrassatura e/o attivazione delle superimi metalliche da trattare, ad esempio per realizzare una ossidazione anodica superficiale, vengono completamente eliminate, ed è possibile utilizzare un’unica vasca o bagno per la fase principale di trattamento, senza dover ricorrere ad una successione di vasche diverse, contenenti soluzioni diverse, per effettuare, rispettivamente, ad esempio la fase di pulizia, poi quella di sgrassatura, ed infine quella di attivazione della superfìcie del materiale da trattare. In questo modo, è possibile realizzare il trattamento principale di anodizzazione come unica fase, ed è così possibile realizzare un impianto che non preveda una serie di vasche successive, ma un’unica vasca principale, con conseguenti notevoli vantaggi, sia relativi alle dimensioni dell’ impianto, che anche vantaggi di natura economica. The process according to the present invention also offers numerous other advantages, and in particular allows to eliminate the pre-treatment steps, normally provided for in the processes according to known Part. In practice, with the process object of the invention, the distinct preliminary phases of cleaning, and / or degreasing and / or activation of the metal surfaces to be treated, for example to achieve a surface anodic oxidation, are completely eliminated, and it is possible to use a single tank or bath for the main treatment phase, without having to resort to a succession of different tanks, containing different solutions, to carry out, respectively, for example, the cleaning phase, then the degreasing phase, and finally that of activating the surface of the material to be treated. In this way, it is possible to carry out the main anodizing treatment as a single phase, and it is thus possible to create a system that does not include a series of successive tanks, but a single main tank, with consequent considerable advantages, both in relation to the dimensions of the plant, which also benefits of an economic nature.
Sempre con il procedimento oggetto deirinvenzione, è possibile effettuare il trattamento principale di anodizzazione, e la contemporanea colorazione scura o nera della superficie, di materiali metallici non ferrosi anche diversi tra loro, o anche su prodotti costituiti da metalli non ferrosi diversi combinati fra loro all’interno delio stesso materiale o su materiali realizzati almeno parzialmente, in leghe dì metalli non ferrosi. Tali combinazioni di metalli portano in ogni caso alla formazione di uno strato superficiale di colorazione scura o nera che risulta omogeneo, uniforme e esteticamente pregevole, con raggiungimento degli scopi più sopra indicati in dettaglio.. Again with the process object of the invention, it is possible to carry out the main anodizing treatment, and the simultaneous dark or black coloring of the surface, of non-ferrous metallic materials, even different from each other, or even on products made up of different non-ferrous metals combined with each other. inside of the same material or on materials made at least partially, in non-ferrous metal alloys. Such combinations of metals lead in any case to the formation of a surface layer of dark or black color which is homogeneous, uniform and aesthetically valuable, with the achievement of the purposes indicated above in detail.
Quanto detto rappresenta un significativo progresso tecnico rispetto ai procedimenti di anodizzazione secondo la tecnica nota, in base ai quali era sempre necessario prevedere delle vasche separate e distinte da quella principale, per effettuare i cosiddetti pre-trattamenti (pulizia, e/o sgrassatura e/o attivazione). Infatti, i pretrattamenti secondo l’arte nota vengono realizzati mediante l’impiego di soluzioni diverse, a diversa concentrazione e, in alcuni casi anche solo mediante impiego di acqua. Per questa ragione, è necessario effettuare ciascun singolo passaggio in una diversa vasca o bagno, per poter utilizzare la soluzione più adeguata al tipo di trattamento da realizzare in vista del trattamento principale di anodizzazione. Secondo la presente invenzione, inoltre, l’impiego della soluzione basica come sopra descritta, consente di trattare contemporaneamente e nella stessa vasca o bagno di anodizzazione, metalli non ferrosi anche diversi tra loro, o anche prodotti realizzati da diversi metalli accoppiati o associati tra loro o ancora prodotti realizzati in leghe di metalli non ferrosi. Con i procedimenti secondo l’arte nota invece, era necessario effettuare un trattamento di anodizzazione specifico per ciascun tipo di metallo e non era possibile trattare, contemporaneamente e nello stesso bagno, metalli diversi tra loro. The foregoing represents a significant technical progress with respect to the anodizing processes according to the known technique, on the basis of which it was always necessary to provide separate and distinct tanks from the main one, to carry out the so-called pre-treatments (cleaning, and / or degreasing and / or activation). In fact, the pre-treatments according to the known art are carried out through the use of different solutions, at different concentrations and, in some cases even only through the use of water. For this reason, it is necessary to carry out each single step in a different tub or bathroom, in order to use the most suitable solution for the type of treatment to be carried out in view of the main anodizing treatment. According to the present invention, moreover, the use of the basic solution as described above, allows to treat at the same time and in the same anodizing tank or bath, non-ferrous metals, even different from each other, or even products made from different metals coupled or associated with each other. or even products made of non-ferrous metal alloys. With the procedures according to the known art, however, it was necessary to carry out a specific anodizing treatment for each type of metal and it was not possible to treat different metals simultaneously and in the same bath.
Per quanto concerne la realizzazione della colorazione scura o nera sulla superficie dei metalli non ferrosi secondo la presente invenzione, i vantaggi raggiunti rispetto a quanto possibile ottenere impiegando le tecniche di colorazione secondo l'arte nota, sono ad esempio i seguenti. As regards the realization of the dark or black coloring on the surface of non-ferrous metals according to the present invention, the advantages achieved with respect to what can be obtained using the coloring techniques according to the known art, are for example the following.
Ad esempio nel caso dell alluminio, se si vuole realizzare una colorazione scura o nera sulla superficie del pezzo utilizzando le tecniche dell arte nota, è indispensabile formare preventivamente uno strato di ossido anodico da sottoporre a colorazione per assorbimento, da realizzare mediante una idonea soluzione di coloranti organici del tutto simili a quelli utilizzati per la tintura delle stoffe. Gli inconvenienti fondamentali di tale tecnica sono rappresentati dall'elevato costo commerciale dei coloranti da utilizzare e dalla elevata difficoltà di eliminare le acque di scarico e le soluzioni esauste o comunque non più funzionanti. For example, in the case of aluminum, if you want to achieve a dark or black color on the surface of the piece using the techniques of the known art, it is essential to previously form an anodic oxide layer to be subjected to absorption coloring, to be made using a suitable solution of organic dyes very similar to those used for dyeing fabrics. The fundamental drawbacks of this technique are represented by the high commercial cost of the dyes to be used and by the high difficulty of eliminating waste water and exhausted or in any case no longer functioning solutions.
L'alluminio, secondo l'arte nota, può essere colorato scuro o nero anche mediante colorazione elettrolitica in soluzioni di sali metallici. Anche in questo caso, però, occorre una apposita vasca collegata ad un alimentatore di corrente, con conseguenti costi aumentati, legati al consumo della corrente ed all’impiego dei prodotti chimici necessari per la colorazione. According to the known art, aluminum can be colored dark or black also by electrolytic coloring in solutions of metal salts. Even in this case, however, a special tank connected to a power supply is required, with consequent increased costs, linked to the consumption of electricity and the use of chemicals necessary for coloring.
Inoltre, in alcuni settori specifici come quello dei collettori solari, queste tecniche, anche se danno colorazioni nere, non consentono una resa ottimale dell'energia gestita mediante i pannelli oggetto dell’ invenzione.. Furthermore, in some specific sectors such as that of solar collectors, these techniques, even if they give black colors, do not allow an optimal yield of the energy managed by the panels object of the invention.
Per quanto riguarda il magnesio, i procedimenti di colorazione secondo l’arte nota non garantiscono qualità e riproducibilità delle colorazioni ottenute e nel caso queste colorazioni siano effettuate per assorbimento del colore, i procedimenti utilizzati richiedono o trattamenti intermedi fra gli stadi di anodizzazione e colorazione (ad esempio per poter cosi utilizzare gli stessi coloranti dell'alluminio) oppure la formulazione di coloranti ad hoc, con conseguente aumento dei costi e dei tempi necessari allo sviluppo del procedimento. Per poter colorare per immersione materiali di magnesio anodizzato occorre che i coloranti usati siano stabili in ambiente alcalino o che comunque non reagiscano con l'alcalinità rilasciata dallo strato anodizzato quando immerso nella soluzione di colorazione. Sfortunatamente, però, i coloranti idonei per l'alluminio sono usati in soluzioni mediamente acide che diventano instabili se portate a contatto con una qualsiasi alcalinità, quale ad esempio quella rilasciata per effetto osmotico da un pezzo di magnesio anodizzato in essa immerso. As far as magnesium is concerned, the coloring procedures according to the known art do not guarantee the quality and reproducibility of the colors obtained and if these colors are carried out by color absorption, the procedures used require either intermediate treatments between the anodizing and coloring stages ( for example to be able to use the same dyes as aluminum) or the formulation of ad hoc dyes, with a consequent increase in the costs and times necessary for the development of the process. To be able to color anodized magnesium materials by immersion, it is necessary that the dyes used are stable in an alkaline environment or that in any case do not react with the alkalinity released by the anodized layer when immersed in the coloring solution. Unfortunately, however, dyes suitable for aluminum are used in medium acid solutions which become unstable if brought into contact with any alkalinity, such as that released by osmotic effect from a piece of anodized magnesium immersed in it.
Pertanto, uno degli scopi principali della presente invenzione è quello di semplificare la tecnologia esistente riducendone la complessità operativa ed i relativi costi e consentire di trattare nella stessa soluzione ad esempio materiali di magnesio, alluminio e titanio (e loro leghe) anche contemporaneamente o in pezzi in cui possano essere in qualsiasi forma accoppiati, ottenendo una colorazione scura o nera uniforme, omogenea ed esteticamente valida. Therefore, one of the main purposes of the present invention is to simplify the existing technology by reducing its operational complexity and the relative costs and to allow to treat in the same solution, for example, magnesium, aluminum and titanium materials (and their alloys) even simultaneously or in pieces. in which they can be coupled in any form, obtaining a uniform, homogeneous and aesthetically valid dark or black color.
Ad esempio nel caso del magnesio, per molti anni quest’ultimo ha trovato un uso specifico ed altamente apprezzato nelle meccaniche avanzate soprattutto per uso militare o aerospaziale, dove anche elevati costi di finitura erano facilmente assorbiti dall’elevato valore aggiunto del manufatto finale. Da quando, però, il costo del magnesio metallo è diventato paragonabile, se non inferiore a quello dell’alluminio, il suo uso si è enormemente allargato a prodotti di largo consumo, con la conseguenza che il costo della finitura deve essere proporzionato al valore reale dell’articolo prodotto. For example, in the case of magnesium, for many years the latter has found a specific and highly appreciated use in advanced mechanics, especially for military or aerospace use, where even high finishing costs were easily absorbed by the high added value of the final product. Since, however, the cost of magnesium metal has become comparable, if not lower than that of aluminum, its use has expanded enormously to consumer products, with the consequence that the cost of the finish must be proportionate to the real value. of the produced item.
Per contenere i costi e rendere il prodotto competitivo anche rispetto ai materiali di largo consumo, occorre quindi semplificare sia la parte chimica che elettrica (potenza consumata) del processo di anodizzazione. Il procedimento secondo l’invenzione, consente di raggiungere gli obiettivi sopra esposti, vantando le caratteristiche qui di seguito esposte. To contain costs and make the product competitive even with respect to consumer materials, it is therefore necessary to simplify both the chemical and electrical parts (power consumed) of the anodizing process. The process according to the invention allows to achieve the objectives set out above, boasting the characteristics set out below.
Con il procedimento oggetto dell’ invenzione, è possibile prevedere l eliminazione di qualsiasi tratamento preliminare di pulizia, sgrassatura e, soprattutto, di attivazione. Questi trattamenti, indispensabili se il processo di anodizzazione viene realizzato secondo la tecnica nota, prevedono il trattamento dei materiali metallici con soluzioni a base, ad esempio, di acidi fluorurati o sali di fluoro, che costituiscono sia una notevole complessità operativa che un problema ambientale e di salute dei lavoratori coinvolti nel processo. With the process object of the invention, it is possible to provide for the elimination of any preliminary cleaning, degreasing and, above all, activation treatment. These treatments, indispensable if the anodization process is carried out according to the known technique, involve the treatment of metallic materials with solutions based, for example, of fluorinated acids or fluorine salts, which constitute both a considerable operational complexity and an environmental problem and health of the workers involved in the process.
Il procedimento oggetto del presente trovato costituisce inoltre una notevole semplificazione per quanto riguarda la soluzione con la quale viene effettuato il trattamento principale, la cui composizione non è vincolante ma scelta in base al basso costo e alla sua praticità operativa. La soluzione deve essere idonea a trattare, anche contemporaneamente, magnesio, alluminio, titanio vanadio, tantalio ed afhio . Ad esempio, secondo l’invenzione, è essenziale una piccola quantità di acido fosforico (ad esempio 15 g/1) ed una quantità variabile di ammoniaca o idrossidi alcalini ( litio, sodio o potassio ) in quantità sufficiente a portare il pH della soluzione a valori compresi tra pH 7 e 10. Componente indispensabile per la formazione di una strato scuro o nero è la presenza di almeno uno ione metallico scelto tra ferro, cobalto o nichel in bassa concentrazione (ad esempio 2g/l come ione). The process of the present invention also constitutes a considerable simplification as regards the solution with which the main treatment is carried out, the composition of which is not binding but chosen on the basis of low cost and its operational practicality. The solution must be suitable for treating, even simultaneously, magnesium, aluminum, titanium vanadium, tantalum and afhium. For example, according to the invention, a small quantity of phosphoric acid (for example 15 g / 1) and a variable quantity of ammonia or alkaline hydroxides (lithium, sodium or potassium) in sufficient quantity is essential to bring the pH of the solution to values between pH 7 and 10. An indispensable component for the formation of a dark or black layer is the presence of at least one metal ion chosen from iron, cobalt or nickel in low concentration (for example 2g / l as ion).
Si è dimostrata vantaggiosa la presenza di piccole quantità (ad esempio 10 g/1) di ossiacidi organici quali acido ossalico, citrico e/o tartarico, presi singolarmente o in miscela tra loro (o loro sali ammoniacali o sali di metalli alcalini) o di acqua ossigenata (idrogeno perossido) in analoghe quantità. The presence of small quantities (for example 10 g / 1) of organic oxyacids such as oxalic, citric and / or tartaric acid, taken individually or in a mixture with each other (or their ammonia salts or alkali metal salts) has proved to be advantageous. hydrogen peroxide (hydrogen peroxide) in similar quantities.
La temperatura preferita per la realizzazione del procedimento oggetto dell’invenzione è compresa tra 15-25 °C, senza che sia necessario un controllo particolarmente accurato. Tale soluzione è di facile gestione perché una pompa filtro può mantenerla accuratamente limpida eliminando ogni traccia di sporco e precipitati. The preferred temperature for carrying out the process object of the invention is between 15-25 ° C, without the need for particularly accurate control. This solution is easy to manage because a filter pump can keep it accurately clear by eliminating all traces of dirt and precipitates.
Il trattamento elettrolitico della fase di anodizzazione è effettuato, di preferenza, utilizzando un alimentatore noto, come ad esempio descritto in EP 0619643. Tale alimentatore ben si presta agli scopi indicati, in quanto è dotato di un sistema di regolazione automatica dei parametri della corrente erogabile. Nella cella elettrolitica, e cioè nella vasca di trattamento, viene immesso un elettrolita del tipo sopra indicato, sulle pareti lunghe della stessa vasca verranno poste due lastre preferibilmente di acciaio inossidabile, che svolgeranno essenzialmente la funzione di catodo, mentre parallelamente a queste, nella parte mediana della cella o vasca verranno immersi uno o più pezzi da sottoporre a trattamento. The electrolytic treatment of the anodizing step is preferably carried out using a known power supply, as described for example in EP 0619643. This power supply is well suited to the purposes indicated, as it is equipped with an automatic adjustment system of the parameters of the deliverable current. . In the electrolytic cell, that is to say in the treatment tank, an electrolyte of the type indicated above is introduced, on the long walls of the same tank two plates, preferably of stainless steel, will be placed, which will essentially perform the function of cathode, while parallel to these, in the part median of the cell or tank, one or more pieces to be treated will be immersed.
Nella tabella che segue, vengono riportati alcuni esempi di trattamento, realizzati con il procedimento secondo l’invenzione, con l’ottenimento di diversi spessori dello strato superficiale di ossido che si forma sul metallo e l’ottenimento contestuale delle colorazioni scure o nere desiderate. Sono indicate le fasi eseguite dall’alimentatore di corrente gestito da un idoneo computer. Come si vede, si preferisce operare a corrente costante in modo da minimizzare Teffetto di eventuali variazioni di composizione o temperatura della soluzione. Se si operasse a tensione costante non si avrebbe la certezza dello spessore formato (e relativo colore) perché questo dipende solo dalla corrente effettivamente passata (sulla base della legge di Faraday). The following table shows some examples of treatment, carried out with the process according to the invention, with the obtaining of different thicknesses of the surface layer of oxide that is formed on the metal and the contextual obtaining of the desired dark or black colors. The steps performed by the power supply managed by a suitable computer are indicated. As can be seen, it is preferred to operate at constant current in order to minimize the effect of any variations in the composition or temperature of the solution. If we were to operate at constant voltage we would not have the certainty of the thickness formed (and relative color) because this depends only on the current actually passed (on the basis of Faraday's law).
Tabella 1 - Esempio di programma di trattamento Table 1 - Example of a treatment program
Fase Phase
Descrizione Attesa Pulizia/attivazione Attesa Anodizzazione Nessuna Corrente negativa Nessuna Corrente positiva corrente (fase catodica) corrente (fase anodica) Durata 30 sec. Rampa 30 secondi Durata 5 sec. Rampa 1-5 minuti Corrente 2.0 A/dm<2>Corrente 2.0 - 10 Durata 2 minuti A/dm<3>Description Waiting Cleaning / activation Waiting Anodizing None Negative current None Positive current current (cathode phase) current (anodic phase) Duration 30 sec. Ramp 30 seconds Duration 5 sec. Ramp 1-5 minutes Current 2.0 A / dm <2> Current 2.0 - 10 Duration 2 minutes A / dm <3>
Durata 1-20 minuti Funzione Consentire ai Eliminare sporco, e Consentire la Formare lo strato il pezzi di essere grasso dalle superfici, depolarizzazion cui colore e adeguatamente attivandole e e dei pezzi e spessore saranno bagnati dalla rendendole reattive l’eliminazione funzione del tempo soluzione alla successiva dei gas prodotti. di trattamento. Duration 1-20 minutes Function Allow to Remove dirt, and Allow the Layer the pieces to be greasy from the surfaces, depolarizing whose color and adequately activating them and and of the pieces and thickness will be wetted by making them reactive elimination function of time solution to the next of the gases produced. of treatment.
anodizzazione anodizing
Note alla tabella. Notes to the table.
Il colore generato è funzione dello spessore e dello ione metallico, considerato componente essenziale e scelto tra ferro, cobalto o nichel, (anche in miscela) presente in soluzione. Solitamente colorazioni molto scure o nere sono prodotte con spessori di ossido di 15-20 micron, che solitamente si ottengono in nei tempi sopra indicati. The color generated is a function of the thickness and of the metal ion, considered an essential component and chosen from iron, cobalt or nickel, (also in mixture) present in solution. Usually very dark or black colors are produced with oxide thicknesses of 15-20 microns, which are usually obtained in the times indicated above.
Lavorando a corrente costante, la tensione cresce all aumentare del tempo di trattamento; il suo valore finale dipende, ovviamente, dalla densità di corrente applicata ma si mantiene mediamente inferiore ai 350 volt. Working with constant current, the voltage increases as the treatment time increases; its final value obviously depends on the applied current density but it remains on average below 350 volts.
Va tenuto presente che è comunque difficile misurare con accuratezza lo spessore dello strato ottenuto, con il metodo delle correnti indotte (lo stesso usato per l’alluminio anodizzato in ambiente acido), in quanto su alcune leghe la superficie finale si presenta rugosa. Va inoltre tenuto presente che molti sono i fattori che influenzano la tensione massima raggiunta a fine processo, ad esempio il tipo di lega, la temperatura della soluzione utilizzata ed il tipo di materiale usato per Pagganciatura dei materiali da sottoporre a trattamento. It should be borne in mind that it is however difficult to accurately measure the thickness of the layer obtained, with the induced current method (the same used for anodized aluminum in an acidic environment), as on some alloys the final surface is rough. It should also be kept in mind that there are many factors that influence the maximum tension reached at the end of the process, for example the type of alloy, the temperature of the solution used and the type of material used for the coupling of the materials to be treated.
Sempre secondo il trovato, è possibile effettuare dei trattamenti successivi a quello principale di anodizzazione e colorazione contemporanea come sopra descritto. Questi trattamenti successivi, anche definiti post-trattamenti, devono essere commisurati al P applicazione finale, per cui verranno sotto indicate diverse opzioni. Ad esempio, sempre prendendo il magnesio come materiale prescelto, dopo un accurato lavaggio in acqua, il materiale di magnesio è inviato o all’asciugatura, se destinato ad una verniciatura trasparente, o se si desidera conservarne l’aspetto nero / scuro satinato ottenuto con il processo di ossidazione anodica, il materiale viene destinato ad un trattamento di fissaggio con uno dei metodi di uso corrente. Still according to the invention, it is possible to carry out treatments subsequent to the main one of anodizing and contemporary coloring as described above. These subsequent treatments, also defined post-treatments, must be commensurate with the final application, for which various options will be indicated below. For example, always taking magnesium as the chosen material, after a thorough washing in water, the magnesium material is sent either to drying, if it is intended for a transparent varnish, or if you want to keep the black / dark satin appearance obtained with the anodic oxidation process, the material is destined for a fixing treatment with one of the methods of current use.
La soluzione elettrolitica mediante la quale viene realizzato il trattamento principale di anodizzazione oggetto del processo secondo l’invenzione, si è dimostrata polivalente (o multi uso ), dal momento che può essere vantaggiosamente impiegata sia per metalli quali magnesio, che per titanio, vanadio, tantalio, afnio o alluminio, anche quando in lega tra loro, quando accoppiati tra loro o agganciati sulla stessa carica di pezzi da trattare. The electrolytic solution by means of which the main anodizing treatment object of the process according to the invention is carried out, has proved to be polyvalent (or multi-use), since it can be advantageously used both for metals such as magnesium, and for titanium, vanadium, tantalum, hafnium or aluminum, even when alloyed with each other, when coupled together or hooked onto the same charge of pieces to be treated.
La presente invenzione ha quindi per oggetto un procedimento elettrolitico per la produzione di un rivestimento sia estetico che protettivo di colore scuro o nero su materiali non ferrosi quali magnesio, titanio, vanadio, tantalio, afnio e alluminio (e loro leghe), anche quando questi metalli siano tra loro accoppiati in modo vario a formare un unico manufatto, li processo viene effettuato fornendo ai pezzi da trattare, debitamente immersi in una soluzione elettrolitica contenuta in una cella di adeguate caratteristiche e dotata di “contro-elettrodi”, una corrente preferibilmente continua, ma di particolari caratteristiche. The present invention therefore relates to an electrolytic process for the production of both an aesthetic and protective coating of dark or black color on non-ferrous materials such as magnesium, titanium, vanadium, tantalum, hafnium and aluminum (and their alloys), even when these metals are coupled together in various ways to form a single product, the process is carried out by providing the pieces to be treated, duly immersed in an electrolytic solution contained in a cell with adequate characteristics and equipped with "counter-electrodes", a preferably continuous current , but with particular characteristics.
La soluzione elettrolitica è di natura alcalina ed è stata appositamente formulata esente da ioni tossici quali cromo sia esavalente che trivalente, fluoruri, borati o derivati amminici sotto qualsiasi forma. The electrolytic solution is alkaline in nature and has been specially formulated free from toxic ions such as hexavalent and trivalent chromium, fluorides, borates or amino derivatives in any form.
Detto processo è caratterizzato dal fatto di non prevedere alcun trattamento preliminare di sgrassatura o di attivazione, per cui il trattamento viene svolto in una singola vasca o cella, consentendo una notevole semplificazione impiantistica, oltre che un notevole risparmio dal punto di vista economico. La colorazione scura o nera è generata dalla presenza di particolari ioni metallici aggiunti alla soluzione stessa. Ioni di metalli quali ferro, cobalto e nichel, che restando inglobati sotto forma di ossidi nello strato prodotto dalla corrente ne causano una colorazione scura. Secondo la presente invenzione, il contro ione non ha particolare rilevanza, posto che sia compatibile con i componenti della soluzione e le condizioni generali di processo. La concentrazione indicativa di detto ione metallico può essere di 2 g/1 come ione del metallo in soluzione, considerando che, comunque, un eccesso non causa problemi di alcun genere. In alcuni casi, si rivela proficua l’aggiunta di acidi (o sali alcalini o ammoniacali di acidi) organici, quali acido ossalico, tartarico o citrico. Una concentrazione indicativa di detti acidi può essere considerata pari a 10 g/1. Said process is characterized by the fact that it does not foresee any preliminary degreasing or activation treatment, so that the treatment is carried out in a single tank or cell, allowing a considerable simplification of the plant, as well as a considerable saving from the economic point of view. The dark or black color is generated by the presence of particular metal ions added to the solution itself. Metal ions such as iron, cobalt and nickel, which, remaining incorporated in the form of oxides in the layer produced by the current, cause a dark color. According to the present invention, the counter ion has no particular relevance, provided that it is compatible with the components of the solution and the general process conditions. The indicative concentration of said metal ion can be 2 g / 1 as the ion of the metal in solution, considering that, however, an excess does not cause problems of any kind. In some cases, the addition of organic acids (or alkaline or ammoniacal salts of acids), such as oxalic, tartaric or citric acid, is beneficial. An indicative concentration of these acids can be considered equal to 10 g / 1.
In alcuni casi si rivela proficua raggiunta di acqua ossigenata (idrogeno perossido) in concentrazione indicativa di 10 g/1 (considerando ad esempio il prodotto commerciale a 120 volumi). In some cases the achievement of hydrogen peroxide (hydrogen peroxide) in an indicative concentration of 10 g / 1 proves to be profitable (considering for example the commercial product at 120 volumes).
Un adeguato uso della corrente, fornita preferibilmente da uno speciale alimentatore, consente di produrre un rivestimento del colore desiderato variando, essenzialmente, solo il tempo di trattamento e, dì conseguenza, lo spessore dello strato. An adequate use of the current, preferably supplied by a special power supply, allows to produce a coating of the desired color by essentially varying only the treatment time and, consequently, the thickness of the layer.
Il trattamento così delineato migliora sia le proprietà di resistenza alla corrosione che le proprietà estetiche dei materiali di partenza, che possono essere ulteriormente incrementate in caso di esigenze particolari, mediante un ulteriore post -trattamento specifico. The treatment thus outlined improves both the corrosion resistance properties and the aesthetic properties of the starting materials, which can be further increased in case of particular needs, by means of a further specific post-treatment.
Il procedimento oggetto dell’invenzione consente di trattare i citati metalli anche quando si presentano in leghe particolari (ad esempio getti di alluminio con contenuto di silicio fino al 10% ed oltre) o quando siano tra loro variamente accoppiati a formare un unico pezzo o manufatto. The process object of the invention allows to treat the aforementioned metals even when they occur in particular alloys (for example aluminum castings with silicon content up to 10% and more) or when they are variously coupled to form a single piece or product. .
Il procedimento, come già detto, consente inoltre di risolvere il problema di trattare sullo stesso impianto ad esempio magnesio, alluminio, specie se in leghe ad alto silicio, titanio e, tanto meno, di trattare pezzi misti (con parti, ad esempio, in alluminio e magnesio accoppiate insieme). The procedure, as already mentioned, also allows to solve the problem of treating on the same plant for example magnesium, aluminum, especially if in alloys with high silicon, titanium and, much less, to treat mixed pieces (with parts, for example, in aluminum and magnesium coupled together).
Quanto sopra descritto verrà ora meglio esemplificato con la serie di esempi sotto riportati, dati a solo titolo indicativo e non limitativo del presente trovato. What has been described above will now be better exemplified with the series of examples reported below, given for indicative and non-limiting purposes of the present invention.
Esempi applicativi Application examples
Note preliminari Preliminary Notes
1) Tutti i campioni sono stati prodotti nelle stesse condizioni operative, per mettere in risalto la semplicità e duttilità di quanto proposto. 1) All the samples were produced under the same operating conditions, to highlight the simplicity and ductility of what is proposed.
2) La cella elettrolitica (vasca di trattamento) era in Moplen di dimensioni indicative di 700 x 300 x 700 mm. Lamiere in acciaio inossidabile 316L erano poste sulle pareti lunghe della vasca e collegate ad una barratura di alluminio chiusa ad anello e collegata al polo negativo (catodo) dell’ alimentatore di corrente. Una barra porta pezzi era posta longitudinalmente al centro della vasca e collegata al polo positivo (anodo). Come ganci si sono usate indifferentemente strisce dì titanio 99.5 oppure piccoli profilati estrusi in alluminio di lega 6060, indipendentemente dal tipo di materiale da trattare. L’uso dì ganci d’alluminio innalzava leggermente la tensione utilizzata, 1 singoli pezzi erano fìssati ai ganci con comuni morsetti in materiale plastico usati nella tradizionale ossidazione anodica dell’alluminio. 2) The electrolytic cell (treatment tank) was in Moplen with approximate dimensions of 700 x 300 x 700 mm. 316L stainless steel sheets were placed on the long walls of the tank and connected to an aluminum bar ring closed and connected to the negative pole (cathode) of the power supply. A piece-holder bar was placed longitudinally in the center of the tank and connected to the positive pole (anode). As hooks were used indifferently strips of titanium 99.5 or small extruded profiles in aluminum of 6060 alloy, regardless of the type of material to be treated. The use of aluminum hooks slightly raised the tension used, the single pieces were fixed to the hooks with common plastic clamps used in the traditional anodic oxidation of aluminum.
3) La vasca di trattamento era dotata di scambiatore di calore collegato ad un frigorifero. 3) The treatment tank was equipped with a heat exchanger connected to a refrigerator.
4) La vasca di trattamento era dotata di agitazione mediante aria compressa. 4) The treatment tank was equipped with agitation by means of compressed air.
5) La soluzione era mantenuta filtrata da una pompa filtro con dischi a carta con porosità di 5 micron. 5) The solution was kept filtered by a filter pump with paper discs with porosity of 5 microns.
6) L’alimentatore di corrente del tipo sopra indicato erogava una potenza massima di 450V x 50 Ampere. 6) The power supply of the type indicated above delivered a maximum power of 450V x 50 Ampere.
7) Per ogni singolo trattamento o prova si utilizzavano (indifferentemente) uno o più pezzi fino ad una superficie massima immersa di circa 20 dm , 7) For each single treatment or test, one or more pieces were used (indifferently) up to a maximum immersed surface of about 20 dm,
8) Dopo ciascun trattamento i ganci erano decapati in modo idoneo ad eliminare lo strato precedentemente prodotto. 8) After each treatment the hooks were pickled in a suitable way to eliminate the layer previously produced.
9) La soluzione base usata per f anodizzazione era la seguente: 9) The basic solution used for anodizing was the following:
Acido fosforico 15 gA Phosphoric acid 15 gA
Ammoniaca (25%) 50 g/1 Ammonia (25%) 50 g / 1
Ione metallico 2 g/l Metal ion 2 g / l
Acido organico 10 g/1 (quando presente) Acqua ossigenata (120 Voi) 10 g/1 (quando presente) Temperatura 15 °C Organic acid 10 g / 1 (when present) Hydrogen peroxide (120 Vol) 10 g / 1 (when present) Temperature 15 ° C
Densità di corrente come indicato nei singoli esempi Tempo di trattamento come indicato nei singoli esempi Current density as indicated in the individual examples Treatment time as indicated in the individual examples
Sono stati utilizzati i programmi indicati nella tabella 1. In pratica, si è variato, se necessario, solo la durata della fase anodica, lasciando inalterati tutti gli altri parametri. The programs indicated in table 1 were used. In practice, if necessary, only the duration of the anodic phase was changed, leaving all the other parameters unchanged.
Le singole leghe trattate sono indicate nei singoli esempi. The individual alloys treated are indicated in the individual examples.
10) Post trattamenti eventualmente applicati sullo strato prodotto. 10) Post treatments possibly applied on the product layer.
a) Verniciatura con polvere poliestere trasparente (ad es. 5020/0000 - DuPont ) b) Fissaggio secondo le metodiche correnti a) Painting with transparent polyester powder (e.g. 5020/0000 - DuPont) b) Fixing according to current methods
Tabella riassuntiva degli esempi Summary table of examples
Metallo Lega Tipo di ione Tipo di Acido Acqua Densità Tempo Spesso pezzo metallico sale organico ossigenata corrente min (') strato Afdm<3>(pm) Titanio 99.5% lastrina Nichel Acetato / Nessuno SÌ 10 5 15 Alluminio AA5005 lastrina solfato 10 5 10 Titanio 99 5% lastrina Cobalto acetato nessuno no 4 15 10 Allumìnio AA5005 lastrina 6 15 15 AA360 Parte Metal Alloy Type of ion Type of acid Water Density Time Thick metal piece oxygenated organic salt min current (') layer Afdm <3> (pm) Titanium 99.5% plate Nickel Acetate / None YES 10 5 15 Aluminum AA5005 plate sulphate 10 5 10 Titanium 99 5% plate Cobalt acetate none no 4 15 10 Aluminum AA5005 plate 6 15 15 AA360 Part
10 15 25 meccanica 10 15 25 mechanics
6 15 10 10 15 20 10 15 20 Titanio 99 5 lastrina Ferro solfato Citrico si 4 15 20 Allumìnio AA5005 lastrina 4 15 25 AA360 Parte ruota 6 15 10 10 15 20 10 15 20 Titanium 99 5 plate Iron sulphate Citric yes 4 15 20 Aluminum AA5005 plate 4 15 25 AA360 Wheel part
moto 6 15 25 Magnesio AZ31 lastrina 4 15 20 A291 Parte ruota 15 20 gokart moto 6 15 25 Magnesium AZ31 plate 4 15 20 A291 Wheel part 15 20 gokart
2K60 Parte ruota 15 20 moto 2K60 Wheel part 15 20 motorcycle
Note: Note:
(*) Il tempo qui indicato si riferisce alla durata della fase anodica , come indicata nella colonna 5 riga 2 (1) L’aggiunta di un ossiacido o suo sale non porta vantaggi tali da giustificare l’aumento dei costi operativa.. (*) The time indicated here refers to the duration of the anodic phase, as indicated in column 5 line 2 (1) The addition of an oxyacid or its salt does not bring advantages such as to justify the increase in operating costs ..
(2) L’aggiunta di acqua ossigenata non porta vantaggi tali da giustificare l’aumento dei costi e della co (3) Aspetto liscio e porcellanato (2) The addition of hydrogen peroxide does not bring advantages such as to justify the increase in costs and co (3) Smooth and porcelain appearance
(4) L’acido citrico agisce da complessante de) ferro, che rimane completamente in soluzione. (4) Citric acid acts as a complexing agent for iron, which remains completely in solution.
(5) La presenza dell’acqua ossigenata garantisce un colore più scuro. (5) The presence of hydrogen peroxide guarantees a darker color.
(6) Operando a densità di corrente più alte anche di quelle rivendicate nel presente brevetto, lo stra formato ma i costi operativi sono maggiori, come pure la rugosità superficiale. (6) By operating at higher current densities even than those claimed in the present patent, the strategic shape but the operating costs are higher, as well as the surface roughness.
Claims (18)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
IT002275A ITMI20082275A1 (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | ELECTROLYTIC PROCEDURE FOR OBTAINING DARK OR BLACK COVERINGS ON NON-FERROUS METAL MATERIALS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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IT002275A ITMI20082275A1 (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | ELECTROLYTIC PROCEDURE FOR OBTAINING DARK OR BLACK COVERINGS ON NON-FERROUS METAL MATERIALS |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ITMI20082275A1 true ITMI20082275A1 (en) | 2010-06-20 |
Family
ID=41351623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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IT002275A ITMI20082275A1 (en) | 2008-12-19 | 2008-12-19 | ELECTROLYTIC PROCEDURE FOR OBTAINING DARK OR BLACK COVERINGS ON NON-FERROUS METAL MATERIALS |
Country Status (1)
Country | Link |
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IT (1) | ITMI20082275A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US3418219A (en) * | 1966-03-29 | 1968-12-24 | Martin Marietta Corp | Coloring anodized aluminum |
EP0409785A1 (en) * | 1989-07-19 | 1991-01-23 | Jenoptik Jena G.m.b.H. | Electrolyte for obtaining black conversion layers in light molds |
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-
2008
- 2008-12-19 IT IT002275A patent/ITMI20082275A1/en unknown
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