ITMI20131604A1

ITMI20131604A1 - Precesso per conferire un aspetto nichelato ad elementi in alluminio anodizzato senza l'impiego di nickel

Info

Publication number: ITMI20131604A1
Application number: IT001604A
Authority: IT
Inventors: Antonio Vincenzo Rota
Original assignee: Ossidazione Anodica S R L
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2015-03-31

Description

Descrizione dell’invenzione avente per titolo:

“PROCESSO PER CONFERIRE UN ASPETTO NICHELATO AD ELEMENTI IN ALLUMINIO ANODIZZATO SENZA L’IMPIEGO DI NICKEL”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un processo per conferire ad elementi in alluminio anodizzato un aspetto nichelato, generalmente lucido, senza l'impiego di alcun rivestimento in nichel.

Più in particolare la presente invenzione si riferisce ad un processo come sopra definito che prevede una prima fase di anodizzazione, una fase di elettrocolorazione e una successiva fase di colorazione con pigmenti organici.

L’alluminio anodizzato è largamente utilizzato per la formazione di profili estrusi per l’architettura e costruzioni grazie al fatto che l’alluminio anodizzato è maggiormente resistente alla ossidazione rispetto all'alluminio metallico e ha anche una durezza maggiore.

L’alluminio anodizzato viene prodotto attraverso un processo di anodizzazione (detto anche ossidazione anodica) il quale permette di rivestire l’alluminio con un ossido di alluminio che ne determina la protezione superficiale.

Tale ossido di rivestimento si compone di due parti: la prima, più esterna, di ossido poroso che cresce su uno strato più profondo chiamato barriera che è molto più denso, compatto e sottile rispetto allo strato poroso.

Le proprietà dell'ossido di alluminio, come pure la sua struttura porosa, dipendono molto dalle condizioni del processo di ossidazione anodica come ad esempio il tipo di reagente, la sua concentrazione, la densità di corrente, la

temperatura del bagno e la durata del trattamento.

Generalmente per conferire al pezzo di alluminio anodizzato un aspetto maggiormente attraente si procede con la sua colorazione che può essere effettuata, a seconda della colorazione che si desidera ottenere, attraverso un processo di elettrocolorazione (generalmente per tonalità dal marrone chiaro al nero) o con un processo di colorazione con pigmenti organici, detti processi di colorazione essendo uno alternativo all’altro.

Sino ad oggi per conferire al'lalluminio un aspetto nichelato lucido si è ricorsi a due tipi di tecniche di trattamento superficiale: una prima tecnica consiste nel rivestire l'alluminio con uno strato di rame metallico e successivamente con uno strato di nichel metallico attraverso una elettrodeposizione; l'altra tecnica prevede di effettuare una colorazione o elettro-colorazione dell'alluminio anodizzato utilizzando opportuni pigmenti grigi, dal chiaro allo scuro.

Tuttavia le suddette tecniche presentano degli inconvenienti. La prima mostra l'inconveniente di essere particolarmente costosa ed elaborata visto il tipo di fasi richieste (elettrodeposizioni) ma anche dannosa per l'ambiente visto l'impiego di nichel; l’altra tecnica mostra l'inconveniente di non riuscire a conferire all'alluminio un vero aspetto nichelato lucido, simile a quello ottenuto con la deposizione di nichel, né mediante elettro-colorazione né mediante colorazione organica.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un processo di trattamento superficiale per conferire all'alluminio una finitura nichelata lucida senza l’impiego di nickel superando, almeno in parte, gli svantaggi della tecnica nota.

Altro scopo è quello di fornire un tale processo che sia di semplice realizzazione, economico e che non richieda un cambiamento nel lay-out dell'impianto di anodizzazione già in uso.

Questi ed altri scopi sono raggiunti dal processo di trattamento superficiale di un elemento d’alluminio anodizzato in accordo all’invenzione avente le caratteristiche elencate nella annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Un oggetto della presente invenzione riguarda un processo di trattamento superficiale per conferire una finitura nichelata, preferibilmente lucida, ad un elemento di alluminio, o sue leghe, anodizzato il quale è caratterizzato dal prevedere dopo la fase di ossidazione anodica, una fase di elettro-colorazione seguita da una fase di colorazione con colori organici.

Per “trattamenti superficiali” si intendono tutte le lavorazioni che vengono applicate alla superficie del pezzo in alluminio, preferibilmente un profilato estruso, per ottenere una diversa finitura.

Per “finitura nichelata lucida” qui si intende identificare una finitura superficiale ottenuta senza impiegare nichel ma dall’aspetto identico o simile a quello di un metallo nichelato ottenuto attraverso la deposizione di uno strato di nichel lucido.

Nella presente descrizione, per semplicità, ogni successivo riferimento ad “alluminio” è da intendersi come esteso anche a qualsiasi lega di alluminio.

Più in particolare la presente invenzione riguarda un processo per ottenere alluminio anodizzato con una finitura nichelata lucida, che comprende le seguenti fasi

a) pretrattamento superficiale di preparazione di un elemento in alluminio, b) anodizzazione di detto elemento in alluminio pretrattato,

c) trattamento di finitura superficiale di detto alluminio anodizzato comprendente

c’) una prima fase di elettro-colorazione di detto alluminio anodizzato, c”) una successiva fase di colorazione con colori organici dell’ alluminio anodizzato elettrocolorato,

d) trattamento di fissaggio.

Nel presente processo, la fase a) di trattamento preliminare di preparazione superficiale è effettuata secondo la tecnica nota e prevede una sequenza di passaggi quali ad esempio sgrassaggio con soda, uno i più lavaggi con acqua demineralizzata e brillantatura, per preparare al meglio la superficie dell'alluminio prima dell'anodizzazione.

In particolare tale fase di preparazione superficiale a) può comprendere uno o più trattamenti superficiali quali ad esempio spazzolatura ScotchBrite, pulitura a Sisal, nastratura ad umido, micropallinatura, burattatura, vibrolucidatura e lucidatura alluminio.

Ogni tipo di trattamento produce superfici differenti al tatto e alla riflessione della luce rendendo gli oggetti lucidi, opachi, satinati, oppure con superfici “martellate” o micropallinate.

Preferibilmente, la fase a) di pretrattamento superficiale comprende una prima lucidatura sisal, seguita da una lucidatura con cotone ed asciugatura con panno al fine di conferire una superficie riflettente ad effetto “specchio”.

La fase b) di anodizzazione comprende una serie di passaggi, in sequenza, tra i quali sgrassaggio, lavaggio depatinante, brillantatura, ossidazione anodica vera e propria e uno o più lavaggi con acqua demineralizzata.

I suddetti passaggi di sgrassaggio, lavaggio depatinante, brillantatura e lavaggio con acqua demineralizzata sono effettuati secondo le procedure già adottate nei processi di arte nota mentre l’ossidazione anodica impiegata nel presente processo di trattamento superficiale viene effettuata in condizioni differenti rispetto a quelle normalmente impiegate.

In particolare, l’ossidazione anodica della presente invenzione viene realizzata (i) sottoponendo un elemento, o substrato, di alluminio o sue leghe ad una ossidazione anodica in una soluzione acida contenente acido solforico per formare, su una superficie del suddetto elemento o substrato di alluminio, un film di ossidazione anodica avente una pluralità di pori; e successivamente (ii) sottoponendo l’elemento anodizzato ad un successivo trattamento con acqua.

L’ossidazione anodica è realizzata con un bagno contenente una soluzione di acido solforico,

In pratica, la presente ossidazione anodica viene condotta per un tempo uguale o inferiore a 30 minuti, ad una temperatura uguale o maggiore a 20°C, impiegando una soluzione di acido solforico con una concentrazione uguale o inferiore a 220 g/l, applicando un voltaggio inferiore o uguale a 15 Volt, per formare un film di ossidazione anodica, con uno spessore uguale o inferiore a 12 micron.

Più in particolare, con una concentrazione di circa 180-220 g/l, preferibilmente intorno a 200 g/1, ad una temperatura intorno ai 22-24°C, preferibilmente di circa 23 °C, con un voltaggio di circa 11-15 V, preferibilmente intorno a 13 V e per un tempo di circa 30 minuti. La corrente (A) verrà poi impostata in funzione della superficie dell’elemento in alluminio da anodizzare.

Queste condizioni permettono di ottenere uno strato di ossido sottile ma molto poroso, con spessore di circa 6-12 micron, preferibilmente intorno ai 9 micron, che risulta essere particolarmente adatto a ricevere sia lo strato di elettrocolore che quello di colore organico di entrambi i trattamenti di colorazione come verrà qui di seguito descritto.

E' da notare che, pur impiegando un bagno contenente una soluzione di acido solforico, le condizioni operative sopra indicate per la presente ossidazione anodica sono differenti da quelle impiegate nell’ossidazione anodica convenzionale che precede la sola elettrocolorazione o la sola colorazione organica.

Infatti se l’ossidazione anodica convenzionale precede la sola elettrocolorazione (Electrochemical o electrolytic colourìng), essa viene effettuata operando nelle seguenti condizioni:

la concentrazione di acido solforico è intorno ai 190-230 g/1, preferibilmente intorno ai 210 g/1, cioè generalmente maggiore rispetto alla presente invenzione, la temperatura è intorno ai 18-20°C, preferibilmente intorno ai 19°C, cioè inferiore rispetto alla presente invenzione,

il voltaggio è circa 15-17 V, preferibilmente intorno ai 16 V, cioè maggiore rispetto alla presente invenzione,

il tempo è di circa 40 minuti, cioè maggiore rispetto alla presente invenzione,

lo spessore di ossido è di circa 13-17 micron, preferibilmente intorno ai 15 micron, cioè maggiore rispeto alla presente invenzione.

Se l’ossidazione anodica convenzionale precede invece la sola colorazione organica convenzionale (per impregnazione) le condizioni sono le seguenti:

la concentrazione di acido solforico è intorno ai 210 g/l,

la temperatura è intorno ai 18-20°C, preferibilmente intorno ai 19°C, cioè inferiore rispeto alla presente invenzione,

il voltaggio è circa 15 V, cioè più alto rispeto alla presente invenzione, il tempo è circa 45 minuti, cioè maggiore rispeto alla presente invenzione, lo spessore di ossido è di circa 15 micron, cioè maggiore rispeto alla presente invenzione.

La fase di elettrocolorazione c’) della presente invenzione viene realizzata (iii) immergendo l’elemento o substrato anodizzato otenuto nella fase b) in un bagno eletrolitico per eletrocolorazione comprendente una soluzione acida (stabilizzata contro l’ossidazione) contenente sali metallici, sotoponendolo nel contempo ad una corrente elettrica alternata, dove l’alluminio funge da eletrodo facendovi passare la corrente. In queste condizioni si formano depositi metallici soto forma di ossidi nella strutura porosa del film di ossido, producendo il colore carateristico del sale metallico usato, generalmente tonalità dal marrone chiaro al nero quando si impiegano sali di stagno come pigmenti di eletrocolorazione.

In particolare, la fase di elettrocolorazione c') della presente invenzione utilizza come pigmento una soluzione eletrolitica (bagno eletrolitico) acida (pH circa 1) a base essenzialmente di sali di stagno, preferibilmente a base di solfato stannoso (SnSO4), operando in un bagno elettrolitico per elet comprendente una soluzione acida di acido solforico, opportunamente stabilizzata, contenente sali di stagno, preferibilmente solfato stannoso, ad una temperatura uguale o inferiore ai 25°C, applicando un voltaggio uguale o inferiore a l l Volt.

Come esempi di soluzione eletrolitica (bagno eletrolitico) acida di eletrocolorazione a base essenzialmente di sali di stagno si possono citare la soluzione ALUCOLOR 35 della Aluservice srl con tonalità e la soluzione Anodal Color TS-3 Liquid della Clariant con tonalità dal bronzo chiaro al nero.

Come soluzione per elettrocolorazione è preferibile utilizzare una soluzione come sopra definita ma priva di stabilizzanti fenolici e/o fenolderivati.

Preferibilmente la fase di elettrocolorazione c') della presente invenzione viene condotta nelle seguenti condizioni

la concentrazione di solfato stannoso nel bagno è intorno ai 12-18 g/l, la temperatura è intorno ai 18-25°C, preferibilmente intorno ai 22°C, il voltaggio è di circa 9-11 V, preferibilmente intorno ai 10 volt raggiunti senza doppio arresto,

il tempo di circa 50 secondi,

impiegando inoltre elettrodi in acciaio inox, preferibilmente AISI 316L, con superficie pari a quella dell’alluminio da colorare, preferibilmente impiegando un solo elettrodo centrale.

Contrariamente a quanto avviene nella colorazione organica, il pigmento metallico dell’ elettrocolorazione deve depositarsi nel poro vicino all’interfaccia Al-Al2O3per essere efficace, in particolare iniziando dalla base dei pori fino a raggiungere altezze tipicamente di 2-10μm nello strato anodizzato.

Nella elettrocolorazione c’) è importante controllare continuamente il grado di contaminazione della soluzione e la reazione elettrochimica di trasformazione del solfato stannoso a solfato stannico, per evitare effetti indesiderati di variazione cromatica e/o perdita di colorazione. Ad esempio, concentrazioni superiori a 0,2-0,3 g/l di nitrati riducono drasticamente l'efficienza della colorazione.

La presente fase di elettrocolorazione c’) pur impiegando lo stesso tipo di pigmento grigio, stesse temperature e durata, viene realizzato in condizioni voltaggio differenti rispetto a quelle impiegate convenzionalmente nella elettrocolorazione convenzionale dove il voltaggio è di circa 16-20 Volt, cioè maggiore rispetto a quello della presente elettrocolorazione c’).

Poiché in generale la riflettività della superfìcie elettrocolorata dipende dal voltaggio applicato, che determina l’entità del deposito dei pigmenti, è presumibile che il voltaggio impiegato nella presente elettrocolorazione c’) risulti in uno spessore dei depositi metallici inferiore a quelli noti ma appropriato per interagire con il successivo colore organico così da conferire una riflettività tale da simulare un aspetto nichelato dopo opportuna colorazione organica con pigmenti grigi.

In particolare è presumibile che il successivo trattamento di colorazione c”) effettuato dopo una elettro-colorazione aumenti la diffusione e la riflessione dei pigmenti metallici del trattamento di elettrocolorazione.

La fase di colorazione organica c”) viene realizzata (iv) immergendo l’elemento o substrato anodizzato ed elettrocolorato in una composizione di pigmenti azoici per colorazione organica di tonalità grigia (dal chiaro allo scuro) comprendente particelle di detto pigmento, un agente disperdente e acqua.

In particolare la fase di colorazione organica c”) della presente invenzione avviene utilizzando un particolare colorante organico liquido solubile in acqua e grigio, ad esempio Sanodure Grey HLN Liquid della Clariant, operando con una concentrazione di colorante inferiore a 0,7 g/l, ad una temperatura maggiore o uguale a 30°C, per un tempo maggiore o uguale a 20 minuti.

Più preferibilmente la fase di colorazione organica c”) della presente invenzione viene effettuata nelle seguenti condizioni

la temperatura è intorno ai 35°C,

la concentrazione del colorante circa 0,3 -0,7 g/l, preferibilmente intorno allo 0,5 g/l,

il tempo è di circa 20-40 minuti, preferibilmente intorno ai 30 min.

La presente colorazione organica c”) pur impiegando lo stesso tipo di pigmento grigio impiegato in altre colorazioni organiche, presenta, a parità di tonalità di grigio (shade) e di concentrazione di colorante per ottenere tale tonalità, condizioni di lavoro differenti rispetto a quelle impiegate nella colorazione organica convenzionale.

In particolare nella colorazione organica convenzionale si ha che

la temperatura massima è circa 30°C, cioè minore rispetto alla presente invenzione,

il tempo massimo è di circa 20 minuti, cioè minore rispetto alla presente invenzione.

Successivamente dopo ciascuna delle suddette fasi di elettrocolorazione c’) e colorazione c”), seguono una serie di fasi convenzionali nei processi noti di colorazione organica o di elettrocolorazione, quali ad esempio lavaggio del colore, lavaggio, prefissaggio, fissaggio a freddo.

Preferibilmente alla fine della presente fase di colorazione c”), dopo il lavaggio del colore, si passa ad un lavaggio con acqua demi e asciugatura in forno a 60°C per un tempo intorno ai 10 minuti che è più lungo del tempo convenzionale impiegato nei processi di fissaggio noti.

Senza volersi legare ad alcuna teoria è presumibile che l’ossidazione anodica della presente fase b) sopra descritta risulti in pori leggermente più larghi in tutta la loro lunghezza (grazie al minor voltaggio) cosicché tra i pigmenti depositati sulle pareti dei fori e sul fondo, i pigmenti organici depositati sopra a chiusura del poro e la superficie dell'alluminio sottostante si verifichi un’elevata interferenza ottica, quando sottoposti a luce incidente.

Uno dei vantaggi del presente processo è che può essere realizzato negli impianti esistenti già in uso di anodizzazione e colorazione senza richiedere cambiamenti nel lay-out dell'impianto di anodizzazione, semplicemente cambiando le condizioni di lavoro quali, ad esempio, il voltaggio.

Con il processo in accordo alla presente invenzione è possibile ottenere manufatti quali profili estrusi per l’architettura e costruzioni anodizzati e dotati di una finitura superficiale nichelata, preferibilmente lucida, senza dover applicare alcuno strato di nichel.

La presente invenzione non è limitata alle particolari forme di realizzazione precedentemente descritte e illustrate nei disegni annessi, ma ad essa possono essere apportare numerose modifiche di dettaglio, alla portata del tecnico del ramo, senza per questo fuoriuscire dall’ambito dell’invenzione stessa, come definito nelle rivendicazioni annesse.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo per il trattamento superficiale di elementi in alluminio, o sue leghe, per conferire una finitura nichelata, preferibilmente lucida, a detto elemento senza utilizzare nickel, detto processo comprendente una fase di anodizzazione b) di detto elemento in alluminio, o sue leghe, comprensiva di ossidazione anodica, e una fase di trattamento di finitura superficiale c) di detto elemento anodizzato comprendente c’) un primo passaggio di elettro-colorazione di detto elemento anodizzato con pigmenti di elettrocolorazione per tonalità dal marrone chiaro al nero, c”) un successivo passaggio di colorazione organica di detto elemento anodizzato ed elettrocolorato mediante l’impiego di colori organici per alluminio o sue leghe, di tonalità grigia (dal chiaro allo scuro).
2. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui l’ossidazione anodica della fase di anodizzazione b) viene realizzata (i) sottoponendo, per un tempo uguale o inferiore a 30 minuti, detto elemento di alluminio, o sue leghe, ad una ossidazione anodica ad una temperatura uguale o maggiore a 20°C, impiegando una soluzione di acido solforico con una concentrazione uguale o inferiore a 220 g/l, applicando un voltaggio inferiore o uguale a 15 Volt, per formare un film di ossidazione anodica, con uno spessore uguale o inferiore a 12 micron, avente una pluralità di pori; e successivamente (ii) sottoponendo detto elemento di alluminio o sue leghe anodizzato ad un successivo trattamento con acqua.
3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui la fase di elettrocolorazione c’) viene realizzata (iii) immergendo l’elemento anodizzato ottenuto nella fase b) in un bagno elettrolitico per elettrocolorazione comprendente una soluzione acida stabilizzata a base essenzialmente di sali di stagno, preferibilmente solfato stannoso, ad una temperatura uguale o inferiore ai 25°C applicando un voltaggio uguale o inferiore a 1 1 Volt.
4. Processo secondo la rivendicazione 3 in cui la soluzione di sali di stagno ha una concentrazione di solfato stannoso intorno ai 12-18 g/l.
5. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4 in cui la fase di colorazione organica c”) viene realizzata (iv) immergendo l’elemento anodizzato ed elettrocolorato ottenuto dalla fase c’) in una composizione di pigmenti azoici per colorazione organica di tonalità grigia (dal chiaro allo scuro) comprendente particelle di detto pigmento, un agente disperdente e acqua.
6. Processo secondo la rivendicazione 5 in cui la composizione colorante è un liquido organico solubile in acqua e grigio, preferibilmente Sanodure Grey HLN Liquid della Clariant, avente una concentrazione di colorante uguale o inferiore a 0,7 g/1; la temperatura di lavoro essendo maggiore o uguale a 30°C, la durata dell’ immersione essendo maggiore di o uguale a 20 minuti.
7. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 in cui dopo ciascuna delle suddette fasi di elettrocolorazione c’) e colorazione organica c”), è prevista una fase di lavaggio del colore.
8. Processo secondo la rivendicazione 7 in cui dopo la fase di lavaggio colore della colorazione c”) vengono effettuati un ulteriore lavaggio, prefissaggio, fissaggio a freddo, lavaggio con acqua demi e asciugatura in forno a 60°C per un tempo intorno ai 10 minuti.
9. Processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui prima della fase di anodizzazione è prevista una fase a) di pretrattamento superficiale di preparazione di detto elemento in alluminio o sue leghe, che comprende una prima lucidatura sisal, seguita da una lucidatura con cotone ed asciugatura con panno al fine di conferire una superficie riflettente ad effetto “specchio”.
10. Manufatti in alluminio anodizzato o sue leghe quali profili estrusi per l’architettura e costruzioni dotati di una finitura superficiale nichelata, preferibilmente lucida, ottenuti dal processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.