NO141614B - Fremgangsmaate for kontinuerlig, elektrolytisk innfarging av en foranodisert aluminiumsbane - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for anodisk oksydasjon og påfolgende innfarging av det dannede oksydskikt på et aluminiumbånd (strimmel eller folie) under anvendelse av vekselstrom ved en kontinuerlig gjennomlopsprosess.

Det er kjent fremgangsmåter hvorved en aluminiumgjenstand oksyderes og det dannede oksydskikt innfarges ved en elektrolytisk behandling i en sur, vandig metallsalt-losning.

Hvis et aluminiumbånd anodiseres kontinuerlig ved gjennomlop gjennom en elektrolytt, vil begge sider av båndet bli fullstendig dekket av et oksydskikt. Da aluminiumoksyd er elektrisk isolerende, vil en senere direkte mekanisk kontaktdannelse med en strbmkilde for nevnte påfolgende innfarging av båndet være umulig. Dette vil også være tilfelle når et aluminiumbånd med påfort elektrisk ikke-ledende material (f.eks. plast, papir) på sin ene side skal anodiseres og innfarges.

Som kjent blir den asymetri i ladningsoverfbring som er nbdvendig for metallione-reduksjonen, oppnådd-ved at oksydskiktet med hensyn på de vekslende positive og negative halvperioder av vekselstrommen utover en likerettende virkning. Det er derfor ikke mulig å koble to foranodiserte aluminiumgjenstander direkte mot hverandre for derved i lopet av en rimelig tid å

oppnå en reproduserbar innfarging ved metallutskillelse på begge gjenstanders overflate. En motelektrode av et annet metall må derfor anvendes.

På denne bakgrunn er det derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å angi en fremgangsmåte hvorved det er mulig ved en kontinuerlig gjennomlopsprosess å oppnå både anodisk oksydasjon av et aluminiumbånd ved kjente metoder og elektrolytisk innfarging av det dannede oksydskikt under anvendelse av vekselstrom, idet de ovenfor omtalte ulemper elimineres.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at aluminiumbåndet

etter å ha forlatt anlegget for anodisk oksydasjon forst bringes til å lope gjennom en vandig kontaktelektrolytt og derpå gjennom en vandig innfa-rgingselektrolytt som inneholder metallioner og er adskilt fra kontaktelektrolytten, og ved at vekselstrommen for elektrolytisk utskillelse av metallionene overfores til båndet over inerte elektroder, hvorav en er anordnet i kontaktelektrolytten og minst en i innfargingselektrolytten, uten direkte mekanisk kontakt og med asymetrisk ladningsoverforing.

Kontaktelektrolytten har den fordel at den, i motsetning til

en mekanisk kontaktanordning, kan tre i forbindelse med foreliggende elektrisk ledende væske i porene på det aluminiumoksydskikt som er påfort under den forutgående anodi-sering, således at strdmmen kan ledes direkte inn i disse porer.

I henhold til oppfinnelsens fremgangsmåte oppnås den asymetriske ladningsoverforing for den vekselstrom som påtrykkes mellom de inerte elektroder, ved at de elektrokjemiske prosesser i kontakt- og fargeelektrolytten er forskjellige. Disse elektrolytter velges derfor slik det bare utskilles metall i fargeelektrolytten, men aldri i kontaktelektrolytten.

Det er fastslått at spenningen (potensial-forskjellen) mellom vedkommende inerte elektrode, som f.eks. kan være utfort av grafitt eller platina-i>elagt metall, og aluminiumbåndet vil være vesentlig hbyere i innfargingselektrolytten enn i kontaktelektrolytten. Denne sistnevnte elektrolytt velges hensiktsmessig slik at spenningsfallet i kontaktelektrolytten hbyst utgjor 10% av den samlede spenning mellom de nevnte inerte elektroder. Ut fra denne spennings-asymetri i kontakt- og innfargingselektrolytten fremkommer således det påkrevede katodiske strbmoverskudd i fargeelektrolytten, hvilket bevirker at metallionerie i fargeelektrolytten reduseres og kan utskilles som metall i oksydskiktets porer på aluminiumbåndet.

Som kontaktelektrolytt kan det prinsipielt anvendes enhver

syre som i vekselstrommens anodiske faseområde tillater en ytterligere oksydasjon, samt videre frembringer den bnskede asymetri. Med fordel kan det som kontaktelektrolytt anvendes fortynnet svovelsyre i en konsentrasjon på 5 - 30 g/l. Fortrinnsvis anvendes en relativt svak konsentrasjon fra 10 - 30 g/l for derved i stbrst mulig grad å begrense innfargings-elektrolyttens forurensning på grunn av kontaktelektrolytt som trekkes med båndet.

Mellom kontaktelektrolytten og innfargingselektrolytten kan aluminiumbåndet gjennomlbpe en avstrykningsanordning eller eventuelt en spyleanordning, fremfor alt når innfargingen skal finne sted i en svakt sur innfargingselektrolytt.

Den anvendte innfargingselektrolytt, som i og for seg er kjent, kan enten utgjbres av en sur metallsaltelektrolytt, som f.eks. inneholder kobber-, tinn-, sblv- og/eller tallium-ioner, eller en svakt sur metallsaltelektrolytt, som f.eks. inneholder nikkel-, kobolt-, kadmium-, og/eller jernioner.I begge tilfeller kan vedkommende innfargingselektrolytt inneholder ytterligere, i og for seg kjente tilsatser, som f.eks. uorganiske og/eller organiske syrer.

En sterkt sur elektrolytt med 2-10 g/l talliumsulfat har

f.eks. vist seg som særlig fordelaktig for en rask og intensiv sortfarging.

Den bnskede fargenyanse kan innstilles ved variasjon av innfargingsparametre som f.eks. spenning, arten av metallioner eller innfargingstiden.

Anodiseringen og den elektrolyttiske innfargingsprosess forlbper kontinuerlig med samme båndhastighet og kan ved egnet valg av anodiserings- og innfargings-parametre innstilles på sådan måte at den bnskede fargenyanse kan velges ut imiéftfor-

et bredt fargeskalaområde.

Oppfinnelsen vil nå bli forklart under henvisning til den

vedfbyde tegning, som skjematisk viser en anordning for utfbrelse av en kontinuerlig gjennomlopsprosess for anodisk oksydasjon og elektrolyttisk innfarging uten direkte mekanisk kontaktdannelse v med aluminiumbåndet under innfargingsprosessen.

Et aluminiumbånd 10, som på sin ene side er forsynt med et ikke-ledende material, gjennomlbper under avbbyning ved hjelp av stbtteruller forst en kontaktcelle 11 og derpå fire anodiseringsceller 12, 13, 14 og 15 i et i og for seg kjent anodiseringsanlegg. En strbmkilde 16 avgir likestrbm, som over en ikke opplbsbar anode 17 og gjennom fortynnet, vandig svovelsyre overfores til aluminiumbåndet 10. I anodiseringscellene 13, 14 , 15 er de tilsvarende katoder 18, 19 og 20 av metall,

som f.eks. Pb eller Al, som muliggjbr strbmgjennomgang gjennom anodiseringselektrolytten. Den stbrre motstand 21 og den mindre motstand 22 bevirker at båndet i de fbrste celler, hvor oksydskiktet er under oppbygning og fremdeles er tynt, ikke mottar for sterk strbm. Båndets plateområde i de respektive anodiseringsceller tilltar også i retning av anleggets utlbpsside. Etter at det har forlatt anodiseringsanlegget avspyles aluminiumbåndet med vann på begge sider ved hjelp av dusj-anordninger 23, og trer umiddelbart deretter inn i den elektrolyttiske kontaktceller 24 fylt med kon tariélektrolytt og endelig inn i fargecellen 25 som er avskilt fra kontaktcellen og inneholder metallsaltholdig innfargingselektrolytt. Her finner den elektrolyttiske innfarging sted ved hjelp av tilfort sinusformet vekselstrom med en frekvens på 50 Hz. En strbmkrets som er tilsluttet vekselstrbmkilden 26, omfatter bortsett fra tilslutningsledninger og elektrolyttene, en grafittelektrode 27

i kontaktelektrolytten, aluminiumbåndet 10 og en ytterligere grafittelektrode 28 i innfargingselektrolytten. I det tilfelle aluminiumbåndet ikke er belagt, men bare er dekket med et oksydskikt på begge sider, kan en- ytterligere grafittelektrode være anordnet symetrisk i forhold til aluminiumbåndet.

Den .samlede spenning _.Etot mellom de to graf ittelektroder 27

og 28 kan oppdeles i den egentlige infargings- eller utskillelse-spenning Ep mellom elektroden 28 og aluminiumbåndet, samt kontaktspenningen ER mellom elektroden 27 og aluminiumbåndet, idet de ovrige spenningskomponenter som inngår i den totale spenning EtQt er så små at de kan neglisjeres. Folgende ligning kan altså oppstilles:

Ved den kontinuerlige fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen, bor

Alt etter valg av de viktigste innfargingsparametre, nemlig

arten av metallioner, påtrykt spenning og innfargingstid, farges aluminiumbåndet elektrolytisk i fargebadet til en bestemt fargetone ved reduksjon av metallionene i oksydporene.

EKSEMPEL 1.

En ensidig belagt aluminiumfolie oksyderes i et bånd-anodiseringsanlegg som vist på tegningen, til en oksydtykkelse på 6 - 8^um. Båndhastigheten beloper seg til 0,5 m/min. Etter avspyling med vann loper båndet forst inn i en kontaktcelle, som inneholder en vandig elektrolytt med 20 g/l I^SO^^ og er utstyrt med..en grafittelektrode, og deretter inn i en innfargingscelle, som inneholder vandig elektrolytt med 20 g/l CuSO^ og 7 g/l I^SO^

og er utrustet med en motelektrode som likeledes består av grafitt. Etter påtrykk av en spenning på 11 volt mellom de to grafittelektroder farges båndet i innfargingselektrolytten etter folgende skala:

De forskjellige innfargingstider oppnås ved at plasseringene

av de forskyvbare foringsruller 29 i innf argingsbade.t innstilles etter den bnskede oppholdstid for aluminiumbåndet i elektrolytten.

For å oppnå en homogen strbmtetthetsfordeling, må grafittelektrodens horisontale utstrekning i innfargingsbadet tilpasses den foreliggende lengde av det neddykkede aluminiumbånd, idet elektroden utveksles eller utvides i overensstemmelse med dette.

EKSEMPEL 2.

En ensidig belagt aluminiumfolie innfarges i overensstemmelse

med det som er angitt i eksempel 1, hvorunder imidlertid den vandige innfargingselektrolytt ikke inneholder kobbersulfat,

men 25 g/l SnS04 og 7 g/l H2S04. Mellom de to grafittelektroder påtrykkes en spenning på 15 volt. Derved oppnås folgende fargeskala:

EKSEMPEL 3.

En ensidig belagt aluminiumsfolie innfarges i overensstemmelse med det som er angitt i eksempel 1, hvorunder imidlertid den vandige innfargingselektrolytt ikke inneholder kobbersulfat, men 8 g/l T12S04 og 7 g/l H2S04. Mellom de to grafittelektroder påtrykkes en spenning på 14 volt. Derved oppnås folgende fargeskala:

Med en elektrolytt som inneholder tallium-ioner,oppnås således en rask, intensiv sortfarging.

EKSEMPEL 4.

En ensidig belagt aluminiumfolie innfarges i overensstemmelse med det som er angitt i eksempel 1, hvorunder imidlertid den vandige innf argingselektrolytt inneholder 120 g/l NiS04, 6H2<D og 40 g/l borsyre. Mellom de to grafittelektroder påtrykkes en spenning på 14, henholdsvis 16 volt. Derved oppnås folgende fargenyanser:

Ved alle de anforte utfbrelseseksempler hadde det vært mulig

å påtrykke en noe hoyere eller lavere spenning, hvorved noe kortere eller lengere innfargingstider hadde gått med til å oppnå de samme, anforte fargenyanser, slik det er kjent fra klasisk teori for elektrolytisk innfarging.

Oppfinnelsens fremgangsmåte oppviser den fordel at innfargings-stromkretsen er adskilt fra anodiseringsstromkretsen, og innfargingsstrommen derfor lett kan innstilles og kontrolleres uavhengig av likestrbmsforholdene ved anodiseringen.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved anodisk oksydasjon og påfølgende elektrolytisk innfarging av det dannede oksydskikt på et aluminiumbånd under anvendelse av vekselstrøm ved en kontinuerlig gjennomløpsprosess, karakterisert ved at aluminiumbåndet etter å ha forlatt anlegget for anodisk oksydasjon først bringes til å løpe gjennom en vandig kontaktelektrolytt og derpå gjennom en vandig innfargingselektrolytt som inneholder metallioner og er adskilt fra kontaktelektrolytten, og ved at vekselstrømmen for elektrolytisk utskillelse av metallionene overføres til båndet over inerte elektroder, hvorav en er anordnet i kontaktelektrolytten og minst en i innfargingselektrolytten, uten direkte mekanisk kontakt og med asymetrisk ladningsoverføring.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at kontaktelektrolytten er avpasset til innfargingselektrolytten på sådan måte at potensial-forskjellen mellom vedkommende motelektrode og det foranodiserte aluminiumbånd i kontaktcellen er mindre enn den tilsvarende potensialforskjell i innfargingsbadet, og fortrinnsvis beløper seg til høyst 10% av den samlede spenning mellom de inerte elektroder.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved at det som kontaktelektrolytt anvendes en syre som under vekselstrømmens anodiske faseområde tillater en ytterligere oksydasjon.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at det som kontaktelektrolytt anvendes fortynnet svovelsyre med en konsentrasjon på 5 - 300 g/l, fortrinnsvis 10 - 30 g/l.