NL8100686A

NL8100686A - Beitsen van aluminium.

Info

Publication number: NL8100686A
Application number: NL8100686A
Authority: NL
Original assignee: Fokker Bv
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1981-02-12
Publication date: 1982-09-01
Also published as: US4394232A

Description

r i t

Br/Ih/60 4

Beitsen van aluminium,

De uitvinding heeft betrekking op het beitsen van --aluminium· voorwerpen en beoogt daarvoor een nieuwe methode aan te geven.

w

Voorwerpen van aluminium worden dikwijls* aan het 5 oppervlak gebeitst ter verwijdering'jvan ongewenste oxide-lagen. Dit kan ten doel hebben om alleen een aantrekkelijker uiterlijk te verkrijgen, maar ook om het gebeitste oppervlak later bij het maken van. lijmverbindingen, lasverbindingen of bij het anodiseren bétere hechteigenschappen te geven.

Het beitsen geschiedt doorgaans, langs chemische weg door dompelen in zure baden, die tevens een oxidatiemiddel bevatten. Baden van chroomzuur-zwavelzuur alsmede baden van bichromaat-zwavelzuur zijn hiervoor, bijzonder geschikt gebleken..Niettemin blijkt het gebruik van dergelijke *5 baden meer en meer op milieubezwaren te stuiten, omdat de evenals bijbehorende spoelwaterbaden afgewerkte badenVdoor hun gehalte aan chroomzuur of.bichro- maat bijzonder schadelijk voor de omgeving zijn en daardoor niet zonder meer op een riool of op oppervlaktewater kunnen worden geloosd.

*.; Bij onderzoek naar alternatieve beitsmethoden is vroeger reeds gevonden dat men dezelfde goede resultaten als voorheen ook kan verkrijgen langs elektrochemische weg, door een bad van zwavelzuur zonder oxidatiemiddel te gebruiken, en een geringe anodische stuurspanning op het bad aan te leggen. Een anodische stuurspanning maakt de methode echter gecompliceerder en kost altijd energie. Het zou dan ook prettiger zijn een methode te vinden waarbij geen stuurspanning nodig is.

De uitvinding beoogt dan ook een werkwijze voor 30 het beitsen van aluminium voorwerpen te verschaffen, waarbij enerzijds het gebruik van chroomzuur en bichroraaat in de beitsbaden kan worden vermeden, en anderzijds geen anodische stuurspanning nodig is.

8100686 * -2-

Einden kunnen worden verwezenlijkt door het te beitsen aluminium voorwerp te dompelen in een bad dat een suspensie van koolstofdeeltjes in zwavelzuur bevat. Zodra namelijk het aluminium voorwerp met één der gesuspendeerde 5 koolstofdeeltjes van het bad in aanraking komt/ zal een kleine elektrische cel worden gevormd, met het aluminium, voorwerp als anode en het koolstofdeeltjes als kathode, welke cel tot oplossingsverschijnselen aan het oppervlak van het aluminium · voorwerp aanleiding, geeft. Aangezien het bad een groot aantal 10 gesuspendeerde koolstofdeeltjes bevat, rullen talrijke kool-stofdeeltjes met het aluminium voorwerp in kontakt komen en evenzovele kleine cellen vormen, die voor oplossingsverschijnselen aan het oppervlak van het voorwerp zorgen. Het. gevolg is dat elektrochemische oplossingsverschijnselen over nagenoeg 15 het gehele ondergedompelde oppervlak van het aluminium voorwerp plaatsvinden, zodat de chemische aantasting door het zwavelzuur van het bad doeltreffend wordt versterkt. Indien het aluminium voorwerp voldoende lange tijd in het bad wordt gehouden, kan een volledige beitsing van het oppervlak van 20 het voorwerp worden verkregen, ondanks het feit dat het bad geen chroomzuur of bichromaat bevat en ondanks de afwezigheid van een anodische stuurspanning.

Opgemerkt wordt dat in een octrooiaanvrage van gelijke datum is voorgesteld, éen te beitsen aluminium voor-25 werp als anode in een bad van zwavelzuur te plaatsen, te 2amen met een kathode van koolstof, en de beide elektroden dan door een uitwendige geleidende verbinding kort te sluiten. Ook in dat geval kan een goede beitsing worden verkregen, aangezien door de kortsluitverbinding voldoende stroom vloeit 30 om te zorgen voor elektrochemische oplossingsverschijnselen aan de aluminium anode, zodat de chemische beitsing door het zwavelzuur doeltreffend wordt versterkt. De huidige uitvinding verschilt daarvan, doordat geen lichaam van koolstof maar een suspensie van koolstofdeeltjes wordt gebruikt, en 35 doordat een uitwendige kortsluitverbinding onnodig is.

De uitvinding verschaft dan ook een werkwijze voor het beitsen van aluminium voorwerpen, welke gekenmerkt is doordat men het te beitsen aluminium voorwerp in een bad 8 t 0 0 6 8 6 -3- > plaatst, dat een suspensie van koolstof poeder in zwavelzuur bevat, en het voorwerp gedurende een voldoende lange tijdsduur in het bad houdt om een volledige beitsing van het voorwerp te verkrijgen.

5 Andere kenmerken van de uitvinding zullen uit het vervolg van de beschrijving blijken.

Door op deze wijze te werk te gaan, kan men nagenoeg evengoede resultaten verkrijgen als met beitsbaden van chroomzuur-zwavelzuur of bichromaat-zwavelzuur. Een belang-10 rijk voordeel is dat men geen chroomzuur of bichromaat nodig heeft, zodat de problemen rond de verwijdering van de afgewerkte baden sterk zijn verminderd. Een ander voordeel is, dat geen anodische stuurspanning behoeft te worden toegepast, zodat de apparatuur eenvoudig kan blijven en geen energie-toevoer nodig is.

De uitvinding wordt nader geïllustreerd door de bij wijze van voorbeeld gegeven tekening.

Figuur 1 toont schematisch een opstelling voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

20 Figuur 2 geeft een meetopstelling weer.

De opstelling van figuur 1 omvat een beitsvat 1 met daarin een bad 2, bestaande uit een suspensie van koolstof-deeltjes 3 in zwavelzuur. In het bad 2 zijn een roerder 4 en een te beitsen aluminium voorwerp 5 geplaatst. De meetop-25 stelling van figuur 2 omvat dezelfde onderdelen, maar het aluminium voorwerp 5 is hier tevens via een schakeling 6, waarin een voltmeter 7 is opgenomen, gekoppeld met een verzadigde calomel-elektrode 8 voor het continu meten van de potentiaal van het voorwerp.

50 In de meetopstelling van figuur 2 wordt, nadèt het aluminium voorwerp 5 in het bad gedompeld en de roerder 4 in werking gesteld is, voortdurend de potentiaal van het voorwerp 5 ten opzichte van het bad 2 gemeten, ten einde de juiste parameters voor een goede bedrijfsvoering te kunnen 55 vaststellen. Zijn deze parameters eenmaal gevonden, dan gebruikt men verder de opstelling van figuur 1, onder toepassing, van de gevonden waarden.

8 1 0 0 6 8 β °ΡζΓβϊΙιβΓ^ wordt dat de werkwijze volgens de uitvin- * -4- ding en daardoor ook de opstelling van figuur 1 en 2, alleen is bedoeld voor het beitsen van aluminium voorwerpen en niet voor het anodiseren daarvan. Beide processen leiden tot het verwijderen van een ongewenste oxidelaag van het oppervlak 5 van de aluminium voorwerpen en het vormen van een nieuwe oxidelaag daarop, maar bij beitsen heeft de niéuw gevormde oxidelaag ongeveer dezelfde dikte als de oorspronkelijke oxidelaag (ca 400 S)) terwijl bij.-anodiseren door gebruik van een uitwendige spanning opzettelijk een veel dikkere oxidelaag (b.v. van ca'. 3-10 μη dikte) wordt opgebracht.

, ‘De- resultaten van net beitsproces kunnen'on diverse wijzen worden uitgedrukt, bijvoorbeeld, door het opgevéh van 10 waarden voor de beitssnelheid en de afpelsterkte. De beits- snelheid geeft de dikte aan van de bij het beitsen verwijder- —2 de laag in mg.dm .h ^terwijl de afpelsterkte betrekking heeft op een proef, waarbij een lijmlaag aan het gebeitste oppervlak wordt gehecht en dan wordt losgetrokken. Zowel de 15 beitssnelheid als de afpelstefkte zullen in het algemeen groter dan een bepaalde minimum-waarde moeten zijn ten einde tot een economisch beitsproces, resp. tob een gebeitst pro-dukt dan geschikt is voor het maken van lijmverbindingen, te komen, maar de exacte minimumwaarde, zal afhangen van de 20 in de praktijk gestelde eisen.

Verder zijn de resultaten van het beitsproces ook uit te drukken in de kwaliteit van de microstructuur van het oppervlak. Deze microstructuur kan worden nagegaan door elektronen-microscopische waarneming aan. direkte koolstof-25 replica's die direkt van het oppervlak, zijn genomen. In het algemeen kan gesteld worden, dat een aluminiumoppervlak alleen goed geschikt is voor het maken van lijmverbindingen als de microstructuur van dit oppervlak microscopische ets-putten van circa 300 £ diameter vertoont. Bij een te lage 30 beitssnelheid zijn nog resterende oxidedelen aanwezig en bij een te hoge beitssnelheid worden de etsputten te groot.

Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen aluminium voorwerpen van elk willekeurig type worden gebeitst. Bruikbaar zijn voorwerpen uit aluminium en aluminiumlegeringen, 35 maar ook voorwerpen van een ander metaal die met een laag aluminium zijn bekleed. De voorwerpen kunnen elke gewenste vorm hebben, bijvoorbeeld de vorm van platen of buizen. In het geval van buizen doen zich geen problemen voor, want ook 8 1 00 6 8 6 -5- het inwendige oppervlak daarvan zal goed met de koolstofsus-pensie in kontakt komen en daardoor doeltreffend worden gebeitst .

De koolstofdeeltjes in het beitsbad kunnen op elke 5 geschikte wijze zijn geproduceerd en elke geschikte afmeting hebben. Het is wel gewenst dat zij een suspensie en geen emulsie'in het bad vormen, want bij een emulsie zou het kontakt tussen koolstof en aluminium worden bemoeilijkt. Verder -is het wenselijk dat de koolstofdeeltjes tijdens het proces 10 goed in gesuspendeerde toestand worden gehouden, zodat zij het aluminium voorwerp steeds goed kunnen bereiken. Hiertoe wordt het bad bij voorkeur voortdurend geroerd-met de roerder 4.

Het bad 2 behoeft naast de koolstofdeeltjes in 15 principe alleen zwavelzuur te bevatten, ofschoon overigens nog diverse toeslagen ter vergemakkelijking van de elektroschemi-sche verschijnselen aanwezig kunnen zijn. De concentratie van het bad aan: zwavelzuur kan sterk variëren, maar meestal 3 worden gehaltes van 100-300 g/dm aan H^SO^ gebruikt. Verder 20 heeft het bad doorgaans een verhoogde temperatuur, die tussen 60 en 75°C kan liggen.

Bij plaatsing van het aluminium voorwerp in het bad en inwerkingstelling van de roerder dient de elektrochemische potentiaal in het bad voldoende groot te zijn om stroomdoor-25 gang te bewerkstelligen. In het algemeen zal dit bij een aluminium voorwerp en koolstofdeeltjes wel het geval zijn, maar de waarde van deze potentiaal hangt af van diverse fak-toren, zoals het gehalte van het bad aan koolstofdeeltjes, de temperatuur en de zwavelzuurconcentratie van het bad, de 30 roersnelheid, de aard van het aluminium voorwerp en dergelijke.

De belangrijkste faktor is het gehalte aan koolstofdeeltjes in het bad, aangezien voldoende koolstofdeeltjes CO aanwezig moeten zijn om met het aluminium voorwerp in kontakt 35 te komen en kleine elektrische cellen aan het oppervlak daar-0 van te vormen. In het algemeen kan gesteld worden, dat voor CJ> het verkrijgen van een voldoende grote waarde van de elek- 00 trochemische potentiaal (meer dan 200 mV ten opzichte van de verzadigde calomel referentie elektrode) ten minste 200 g/dm3 -6- aan koolstofdeeltjes in het bad aanwezig moeten zijn. Bij 3 concentratie boven 300 g/dm beginnen moeilijkheden bij het roeren op te treden, en een praktische bovengrens wordt gevormd door een concentratie van 350 g/dm .

5 De temperatuur en de zwavelzuurconcentratie van het bad hebben eveneens een zekere invloed op de elektrochemische potentiaal en kunnen naar believen worden gekozen binnen het Λ traject van 40-75°C, resp. 100-300 g/din . Aangezien bij het onderhavige proces' geen gevaar voor polarisa.tiever.schijnselen 10 bestaat, behoeven de temperatuur en de zwavelzuurconcentra-tie niet op lage waarden te worden gehouden.

De aard van het aluminium voorwerp heeft meestal slechts een geringe invloed op het.beitsproces, al laat een voorwerp met een homogeen oppervlak (bijvoorbeeld met een 15 elektrolytisch opgebrachte aluminiumbekleding} zich wat moeilijker beitsen (geringere beitssnelheid) dan een voorwerp met een inhomogeen oppervlak, zoals een aluminiumlege-ring zonder bekleding.

In de gevallen welk het beitsproces enkele malén 20 achtereen is toegepast op voorwerpen uit een koperhoudende aluminiumlegering, kan het gevaar bestaan van een koperaf- zetting op het aluminium voorwerp. Dit gevaar is echter te ondervangen door de elektrochemische potentiaal op een waarde groter dan 200 mV ten opzichte van de verzadigde calomel refe-?le:. __ rentie elektrode ,te, houden., , , .

25 De tijdsduur van het beitsproces dient voldoende te zijn voor het verkrijgen van een goede beitsing en bedraagt in het algemeen 10-30 min.

Bij proeven met aluminium voorwerpen van uiteenlopend type (2024-T3 en 2024-T3 clad) bleek dat een optimale 30 beitsing, wat betreft de microstructuur van het oppervlak en de afpelsterkte, kon worden verkregen bij gebruik van de volgende combinaties van faktoren: 3 ^SO^-concentratie in bad 200 g/dm

Koolstofconcentratie 250 g/dm^

35 Temperatuur bad 40 of 50 of 60°C

Roersnelheid 1100 of 1500 of 1900 rpm

Beitstijd 30 min.

8 1 00 6 8 6 Bij deze optimale beitsomstandigheden waren de waar- -7- den van de beitssnelheid nog betrekkelijk gering, althans geringer dan bij de bekende beitsing in chroomzuur-zwavelzuur. De beitssnelheid kan echter worden opgevoerd door het beits— proces uit te voeren bij hogere temperatuur.

5 Aangaande de roersnelheid wordt opgemerkt, dat de optimale waarde daarvan afhangt van de wijze van agiteren. Steeds dient de roersnelheid echter voldoende te zijn om de koelstof in suspensie te houden.

Het bad van zwavelzuur met koolstofdeeltjes kan 10 diverse malen achtereen voor het beitsen van aluminium voorwerpen worden gebruikt. Aangezien tijdens het beitsproces geen zwavelzuur of koolstof wordt verbruikt, behoeft het bad in principe niet te worden aangevuld. Wel gaat steeds wat aluminium uit de gebeitste voorwerpen in oplossing, zodat *5 van tijd tot tijd het opgeloste aluminium uit het bad dient te worden verwijderd.

81 00 6 8 6

Claims

1. Werkwijze voor het beitsen van aluminium voorwerpen, met het kenmerk, dat men het te beitsen aluminium voorwerp in een bad plaatst,dat een suspensie van koolstof-poeder in zwavelzuur bevat, en het voorwerp gedurende een 5 voldoende lange tijdsduur in het bad houdt om een volledige beitsing van het voorwerp te verkrijgen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het bad voortdurend wordt doorgeroexd ten einde de kool-stofdeeltjes in suspensie te houden.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het ken- 3 merk, dat het bad ten minste 200 g/dm aan koolstofdeeltjes bevat.

4. Werkwijze volgens conclusies .1-3, met het kenmekk, dat de badtemperatuur 40-75 C, en de zwavelzuurconcentratie 15 100-300 g/dm^ bedraagt. 8 1 0 0 6 8 6