NO144494B - Fremgangsmaate for elektrolytisk farging av tidligere anodisert aluminium eller aluminium legeringer - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for elektroly-

tisk farging av tidligere anodisert aluminium eller alumi-

nium legeringer.

Mer spesielt vedrører den farging av anodisert aluminium

under anvendelse av vekselstrøm som ledes mellom den anodiserte aluminiumgjenstand og en motelektrode som er neddykket i en sur elektrolytt inneholdende oppløste metallsalter.

I 1936 oppfant italieneren Caboni en fremgangsmåte for

farging av anodisert aluminium i Ni, Cu- eller Ag salt-oppløsninger under anvendelse av vekselstrøm, jfr. italiensk patent nr. 339232. Fire år senere, i 1940, beskrev Langbein Pfannhauser Werke bruk av en sur elektrolytt inneholdende metallsalter av en første gruppe metallsalter bestående av jern, kobolt, nikkel, mangan og/eller kromsalter sammen med små mengder, dvs. mindre enn 10 gram pr. liter, av et metallsalt av en annen gruppe omfattende oppløselige forbindelser av Sb, Bi, Se, Te eller Sn. Denne metode er beskrevet i norsk patent nr. 69930.

Den industrielle utnyttelse av denne totrinns fargemetode startet så sent som rundt 1960, og på grunn av den stadig økende etterspørsel etter lysekte fargede konstruksjons og dekorasjonsmaterialer av aluminium, er det i de siste få år utviklet et stort antall modifikasjoner og forbedringer av denne kjente grunnleggende metode. Det har således blitt foreslått å benytte salter av elementene Fe, Co, Ni, Mn, Cr, Bi, As, Sb, Sn, Cu, Au, Cd, Mo, Ti, Ca, Mg, V, Pb og Zn som bestanddeler i fargeelektrolytter. Som aniondannede komponenter i slike elektrolytter er foreslått et stort antall elementer og elementgrupper, slik som f.eks. SO^, NO.j, Cl, oxysyrer av Se, Te, V, Cr og P så vel som organiske syrer og sure anioner, slik som acetat, tartrat, oxalat og citrat. Andre kjente kation-dannende komponenter i slike elektrolytter er ammonium, amin og imingrupper.

For alle<*>disse kjente metoder vil valget av elektrolytt-bestanddeler, og mer spesifikt valget av fargedannende metallsalter, gi en serie av fargetoner som er typiske for det valgte metallsalt.

Disse tidligere kjente metoder har imidlertid flere ulemper. For det første er det vanskelig å oppnå en konstant fargetone som ikke varierer fra kjøring til kjøring. Videre er det vanskelig å oppnå jevne farger, således er det vanskelig å oppnå reproduser-bare fargedybder, slik at der vil fremstå fargeujevnheter med mørke kantsoner på én og samme gjenstand, eller det vil bli fargevariasjoner fra en gjenstand til den neste.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å tilveiebringe en ny og forbedret fremgangsmåte av denne type hvor de ulemper som er nevnt ovenfor, blir overvunnet eller i det minste vesentlig redusert.

I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, blir vekselstrøm ført mellom de anodiserte aluminium- eller aluminiumlegerings-gjenstander og en motelektrode mens gjenstanden er neddyppet i en sur oppløsning av en spesiell saltsammensetning bestående av tinn-, kobber- eller nikkelsulfat i blanding med indiumsulfat.

Elektrolytten består fortrinnsvis av 5-17 gram pr. liter av tinn-, kobber- og nikkelsulfat. Som oppløselig indiumsalt er det funnet fordelaktig å benytte indium-sulfat In2 (S04);39 H20, fortrinnsvis i mengder tilsvarende fra 0,1 - 0,5 gram indium-metallpr. liter. Svovel-syre er funnet spesielt fordelaktig som elektrolytt, vanligvis i mengder på fra 8-20 gram pr. liter, mens det foretrekkes å benytte sulfonerte cykliske syrer som kdmpleksdannende forbindelser eller byggere,

f.eks. 3.4 sulfoftalsyre eller sulfosalisylsyre. Som inhibi-torer kan benyttes sulfamsyre, maleinsyre, vinsyre eller sitronsyre.

Motelektrodene er vanligvis av syreresistént stål, fortrinnsvis inert ;18/8/2,5.rustfritt stål selv om andre kvaliteter og materialer også kan benyttes så lenge de beholder sin resistens mot angrepet fra den sure elektrolytt. Elektrodene vil vanligvis være i form av rør og er montert vertikalt i tanken, fortrinnsvis med mellomrom som ikke overstiger 3-4

ganger rørenes diameter.

Selv om indiumsulfat sammen med tinnsulfat og koppersulfat er foretrukne som metallsalter, kan også andre løselige salter benyttes slik som klorider, nitrater m.v.

Den spesielle indiumsalttilsetning har flere spesielle for-deler. Fargetonen blir merkbart noe grå sammenlignet med den fargetone som oppnås med kopper, nikkel eller tinnsulfat alene. Viktigst er imidlertid at den endelige fargejevnhet og reproduserbarhet blir bemerkelsesverdig god og er fullt sammenlignbar med den som oppnås i den såkalte en-trinns integral fargeanodiseringsprosess eller hårdelokserings-prosess. I tillegg blir den tid som medgår for å oppnå fargen redusert i forhold til andre sammenlignbare proses-ser. Videre er det funnet at indium-tilsetningen har en annen markert effekt, nemlig evnen til å forhindre innbyrdes forstyrrelse mellom metallsalter. Mens det normalt er vanskelig å forandre eller variere fargetonen ved først å føre aluminiumgjenstanden gjennom et elektrolyttbad inneholdende et metallsalt og deretter gjennom et annet elektrolyttbad inneholdende et forskjellig metallsalt, for å oppnå en såkalt kryssfarge-effekt, er dette fullt mulig når indium-salttilsetningen blir benyttet. Den tidligere anodiserte aluminiumgjenstand blir f,eks. først elektrolyttisk behandlet i et elektrolyttbad inneholdende indium og kopper i to minutter ved 5 volt for derved å oppnå en rødlig fargetone. Deretter blir aluminiumgjenstanden neddykket i et elektrolyttbad inneholdende tinn (Sn) for ytterligere to minutter ved 20 volt (altså med en noe høyere, spenning). Dette resul-terer i en jevt fordelt brun-rød farge som er resistent mot lys og korrosjon. En slik kryssfarge-metode kan således benyttes for å oppnå forskjellige farger og fargetoner ved hensiktsmessig valg av spesifikke elektrolyttbehandlinger.

Oppfinnelsen vil nå bli videre beskrevet i de etterfølgende sammenlignende eksempler, nr. 1, la, lb og lc som ikke er utført ifølge oppfinnelsen og eksempel 2 og 3 som er utført i henhold til oppfinnelsen.

En eksperimentserie ble utført på 1,5 mm aluminiumplater av en legering AlMgl av en kvalitet som egnet seg for arkitek-toniske og bygningsmessige formål.

For å demonstrere forbedringen i fargejevnhet som oppnås i henhold til oppfinnelsen, ble platene bøyd til L-form med

den vertikale del 0,3'm i utstrekning og den horisontale del 0,20 m i utstrekning. Platenes bredde var 0,25 m. Den vertikale del ble plassert 0,5 m fra motelektrodene som også var anordnet vertikalt, og den horisontale del anordnet perpen-dikulert i forhold til motelektrodene.

Denne anordningen har en prinsipiell likhet med den såkalte Hull-celle for observasjon av spredningsevne ved elektro-plettering.

Etter farging ble platene bøyd plane og selve L-delen ble gjort parallell ved kantpressing av platenes langsider.

Fargejevnheten, spedningsevnen og fargetonen som ble opp-

nådd ifølge eksemplene ble sammenlignet ved simultanobservasjon. Resultatet er illustrert av de fotografier som er vist på den medfølgende Fig. 1.

Eksempel nr. 1

En testplate utformet som beskrevet og som tidligere var anodisert i 40 minutter ved 18,5°C til en tykkelse på

18-23 mikron ved hjelp av likestrøm i en vandig oppløsning av svovelsyre (190 g/liter) og aluminiumsulfat (7 g/liter aluminium) og skylt i fem minutter i et svovelsurt bad med pH 3.6 ble elektrolyttisk farget i tolv minutter ved hjelp av vekselstrøm (50 per./sek.) ved 15 volt i en vandig metall-oppløsning ifølge britisk patent nr. 1,355,619'.

Oppløsning:

30 g/liter nikkelsulfat, NiS04 6H20

30 " borsyre

0.5 " koppersulfat CuS04 5H2<0>

Mot-elektroder av 5 mm nikkeltråder

pH-verdi 5.6

Etter fargingen hadde platen som vist en brun farge. Den øvre del av den vertikale plate var jevnt brun og den nedre del nærmere vinkelen var lys brun. Den horisontale del av platen var lys brun ved vinkelen og sterkt mørk brun ved enden, slik som vist på fotografiet i Fig. 1.

Eksempel nr. la

En prøveplate utformet slik som beskrevet og som tidligere

var anodisert på samme måte som ifølge eksempel nr. 1 ble elektrolyttisk farget i ti minutter ved hjelp av vekselstrøm (50 per./sek.) ved 15 volt i en alminnelig kjent og meget benyttet metallsaltoppløsning. Sammensetningen var:

30 g/liter nikkelsulfat

15 g/liter magnesiumsulfat, MgSO^ 7H20

20 g/liter borsyre

12 g/liter ammoniumsulfat, (NH^^SO^

Mot-elektroder av- 5 mm nikkeltråd

ph-verdi 5 ^8

Etter fargingen hadde platen en brun farge. Den vertikale del var noe lysere enn den horisontale del. Forskjellen var mindre enn ifølge eksempel nr. 1. Det meget lyse området dypt inne i vinkelen var mer synlig ifølge dette eksemplet la enn i det foregående eksempel nr. 1, slik som vist på fotografiet la.

Eksempel nr. lb

Prøveplate utformet slik som beskrevet og som tidligere

var anodisert på samme måte som som ifølge eksempel nr. 1, ble elektrolyttisk farget i 4 minutter ved hjelp av veksel-strøm (50 perioder/sek.) ved 15 volt i en vanlig benyttet metalloppløsning med følgende sammensetning:

30 g/liter koppersulfat CuS04 ' 5H20

10 g/liter magnesiumsulfat

5 g/liter svovelsyre

pH-verdi 1.6 Mot-elektroder av 10 mm koppertråd.

Etter farging av platen hadde denne en vinrød farge. Farge-styrken var den samme på den vertikale og den horisontale del. Som vist på fotografiet lb var det et lysere område dypt i vinkelen Dette var mindre synlig enn ifølge eksemplene nr. 1 og la.

Eksempel nr. lc

Dette eksperiment ble utført på en L-formet plate slik som beskrevet ovenfor. Anodisering og farging ble utført i en ett-trinns operasjon, den såkalte integral farge-anodiserings-prosess. Denne type farge-anodisering er kjent som den beste når det gjelder jevnhet og spredningsevne. Ett-trinnsmetoden hie utført i 45 minutter til en tykkelse på 19-24 mikron ved hjelp av likestrøm til 40-85 volt i en vandig oppløsning ved 20°C bestående av:

44 g/liter 3_4-sulfoftalsyre

2,9 g/liter svovelsyre

pH-verdi 1,4

Mot-elektroder av ren-aluminium plater.

Etter fargeanodiseringen av platen hadde denne en mørk bronsefarge, slik som vist på fotografiet lc. Den vertikale og den horisontale del hadde samme styrke og samme farge dypt inne i vinkelen.

Eksempel nr. 2

En prøveplate utformet som beskrevet ovenfor og som tidligere var anodisert på samme måte som ifølge eksempel nr. 1, ble elektrolyttisk farget i 5 minutter ved hjelp av vekselstrøm (50 perioder/sek.) ved 20 volt i en metallsaltoppløsning^ bestående av:

0,8 g/liter indiumsulfat In2 (S04_) 3 9H20

15 " tinnsulfat Sn SO.

4

9 1 " svovelsyre

10 " 3.4-sulfoftalsyre

1 " vinsyre

pH-verdi 1,7

Mot-elektroder 18/8/2,5 rustfritt stål.

Etter farging hadde platen en gråbrun farge. Den vertikale og den horisontale del hadde samme fargestyrke og i vinkelen var den samme farge. Se fotografi 2.

Eksempel nr. 3

En testplate utformet som beskrevet ovenfor og som tidligere var anodisert som ifølge eksempel nr. 1 ble elektrolyttisk farget i to forskjellige metallsaltoppløsninger, A og B, som begge inneholdt indiumsulfat..Platen ble skyldt mellom de to behandlinger. Farging A ble utført ved hjelp av vekselstrøm (50 perioder/sek.) i to minutter ved 15 volt i oppløsning A med følgende sammensetning:

0,7 g/liter indiumsulfat

16 " koppersulfat

4 " magnesiumsulfat

5 " svovelsyre

pH-verdi 1,7

Mot-elektroder av 10 mm koppertråd.

Farging B ble utført i den samme oppløsning, som ifølge eksempel nr. 2 i to minutter ved 20 volt.

Etter farging A og farging B hadde platen en rødbrun farge. Styrken var den samme både på den vertikale og den horisontale del. Der var et lite lysere område dypt inne i vinkelen, men dette var vesentlig mindre synlig enn ifølge eksemplene 1, la og lb. Ved hjelp av slik dobbeltfarging som beskrevet i dette eksempel 3, blir oppnådd en forbedring-i lysfastheten av den rødfarge som oppnås ved den kopperbaserte metode, som er kjent for å være noe dårligere i forhold til den lys-fasthet som oppnås ved hjelp av tinn, nikkel og kobolt.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for farging av anodiserte gjenstander av aluminium eller aluminiumlegeringer ved å føre vekselstrøm mellom gjenstandene og en mot-elektrode mens gjenstandene er neddykket i en elektrolytt inneholdende oppløste metallsalter, karakterisert ved at gjenstandene behandles mens dé er neddykket i en sur oppløsning av indiumsulfat i blanding med tinn-, kobber- eller nikkelsulfat.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at gjenstandene behandles i en blanding bestående av tinnsulfat, kobbersulfat eller et nikkelsalt i mengde på fra 5-17 gram pr. liter i blanding med indiumsaltet som foreligger i en mengde på fra 0,1-0,5 gram metall pr. liter.

3. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av d-e foregående krav, karakterisert ved at gjenstanden etter den første behandling blir behandlet enda en gang i et annet elektrolyttbad fremstilt av,en metallsaltblanding inneholdende et av metallsulfåtene tinn, kobber eller nikkel som ikke ble benyttet i det første elektrolyttbad sammen med indiumsulfat.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at aluminiumgjenstanden blir elektrolyttisk behandlet i et første bad inneholdende kobbersulfat og indiumsulfat i to minutter ved 15 volt, hvoretter den blir behandlet i et annet bad inneholdende tinnsulfat og indiumsulfat i to minutter ved 20 volt.