NO145695B - Fremgangsmaate ved dannelse av en farvet oxydfilm paa aluminium og aluminiumlegeringer. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte hvor aluminium og aluminiumlegeringer utsettes for en anodisk oxydasjonsbehandling ved anvendelse av en ny elektrolytt under dannelse av en velfarvet oxydfilm på overflaten av aluminiumet eller aluminiumlegeringene.

Den såkalte naturlige farvemetode hvor aluminium anvendes

som anode for anodisk oxydasjon av aluminiumet slik at dette skal kunne farves, har vært ålment kjent innen dette tekniske område. Slike kjente metoder omfatter den såkalte "Kalcolor"-metode hvor

en elektrolytt anvendes med sulfosalicylsyre og svovelsyre som den hovedsakelige væskebestanddel, den såkalte "Duranodic 300"-metode hvor en elektrolytt anvendes med sulfofthalsyre og svovelsyre som den hovedsakelige væskebestanddel, metoden utviklet av Pechiney i Sveits hvor en elektrolytt anvendes med sulfomaleinsyre og svovelsyre som den hovedsakelige væskebestanddel, og den metode hvor en elektrolytt anvendes med en organisk syre som den hovedsakelige væskebestanddel erholdt ved substitusjon av hydrogen^ som ikke utgjør en del av syren,i ravsyre med en sulfongruppe, og svovelsyre. Ved de ovennevnte "Kalcolor"-metoden og "Duranodic 300"-metoden farves imidlertid elektrolytten på grunn av elektrolyse, oxydasjon eller en lignende mekanisme, og det biokjemiske oxygenf orbiruk (B.O.F.) og det kjemiske oxygenforbruk (K.O.F.) som elektrolytten har cg som utgjør en fare for omgivelsene, er meget høye (B.O.F. =45000-50000 ppm), og som følge derav kreves det store investeringer for utstyr til behandling av avløpsvannet, og dette medfører også høyere fremstillingsomkostninger. Ved "Kalcolor"-metoden, "Duranodic 300"-metoden og den metode hvor sulfomaleinsyre anvendes, kreves dessuten en lang elektrolysetid for å oppnå farving, en strømtetthet av over 1,5 A/dm 2 og et stort forbruk av elektrisk kraft. Disse metoder gir dessuten et dårlig farveopptak, dvs. muligheten for å påføre en j evn farve på den samlede overflate av

deler som behandles, og det har vært mulig f.eks. å behandle to rader av slike deler som er anordnet mellom katodene. Som et resultat av forskjellige forsøk har det ifølge oppfinnelsen vist seg at de mangler som de ovennevnte kjente metoder er beheftet med, kan overvinnes ved å anvende en elektrolytt med sulfonfumarsyre som den hovedsakelige væskebestanddel erholdt fra sulfonering av fumarsyre, og hvortil enten en liten mengde svovelsyre, oxalsyre eller metallsulfat er blitt tilsatt.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved dannelse av en farvet oxydfilm med en farve som kan variere fra gul til sort, på aluminium og aluminiumlegeringer, hvor avfettet og vasket aluminium eller aluminiumlegeringer utsettes for elektrolytisk oxydasjon ved anvendelse av likestrøm med en strømtetthet på 0,3

til 3 A/dm 2, en kombinasjon av likestrøm med en strømtetthet på

0,3 til 3 A/dm 2 og vekselstrøm med en strømtetthet på 1 til 2 A/dm<2 >eller en strøm med pulserende bølgeform, i en elektrolytt som holdes på en temperatur mellom 0 og 40°C og.som inneholder enten opp til 30 g svovelsyre pr. liter, opp til 50 g oxalsyre pr. liter syre eller opp til 50 g metallsulfat pr. liter og en sulfodicarboxylsyre, og fremgangsmåten er særpreget ved at det som sulfodicarboxylsyre anvendes sulfofumarsyre i en konsentrasjon av 5-500 g pr. liter.

Den foreliggende fremgangsmåte byr på de følgende fordeler:

a) B.O.F .-verdien (500-1000 ppm) og K.0.F .-verdien er meget lave sammenlignet med disse verdier ved de kjente metoder. b) Den nødvendige elektrolysetid for farvingen nedsettes sterkt sammenlignet med den nødvendige elektrolysetid ved de

kjente metoder, og energiseringsmengden er også vesentlig lavere.

c) Det fås et godt farveopptak, dvs. at det hurtig kan oppnås en jevn farve over hele overflaten av de deler som behandles.

Ved den foreliggende fremgangsmåte nedsettes spesielt elektrolysetiden sterkt, som vist i de nedenstående eksempler, og dermed nedsettes også forbruket av elektrisk kraft, og dette fører til den fordel at produksjonsomkostningene er langt lavere enn ved de kjente metoder. Ved den foreliggende fremgangsmåte kan dessuten farveopptaket oppnås på en effektiv måte slik at det er mulig å farve to rader av deler anordnet mellom katodene, mens det ved de kjente metoder bare var mulig å anordne en rad av slike deler.

Nedenfor er gitt en beskrivelse i form av et eksempel av en fremgangsmåte for sulfonering av fumarsyre for frem-stilling av organisk syre.

Som råmateriale anvendes en vandig oppløsning av fumarsyre som natriumhydroxyd og natriumbisulfitt blandes med. Den tilsatte mengde natriumhydroxyd er 2 mol pr. mol fumarsyre, og den tilsatte mengde natriumbisulfitt er 1 mol pr. mol fumarsyre. Den således erholdte blandevæske omsettes i 5-6 timer ved en temperatur av 80°C, og det dannes da en oppløsning av natriumsaltet av sulfofumarsyre i et utbytte av 96-98%. Denne oppløsning blir derefter avkjølt, hvor-efter den fortynnes til en konsentrasjon av 10-50% og under-kastes ionebytting ved anvendelse av en sur ionebytteharpiks med en ved hjelp av forhåndsregenerering erholdt sterk eller svak adsorpsjonsevne for sure kationer, og det erholdes da en oppløsning av sulfofumarsyre med en konsentrasjon av 10-50%.

I form av en 90%-rig oppløsning har sulf of umarsyren de følgende egenskaper:

Strukturformelen for sulfofumarsyren med de ovennevnte egenskaper antas å være som følger:

Selv om det som nevnt ovenfor er velkjent å anvende en elektrolytt med sulfomaleinsyre som den hovedsakelige væskebestanddel, anvendes det ifølge oppfinnelsen sulfonert fumarsyre, dvs. isomeren av maleinsyre, som den hovedsakelige væskebestanddel i elektrolytten.

Maleinsyre har imidlertid egenskaper som er forskjellige fra egenskapene til fumarsyre, og sulfomaleinsyre har dessuten egenskaper som er forskjellige fra egenskapene til sulfofumarsyre. Sulfomaleinsyre og sulfofumarsyre er de organiske syrer som erholdes ved sulfonering av de førstnevnte syrer. Ved anvendelsen for den foreliggende fremgangsmåte av den organiske syre som erholdes ved sulfonering av fumarsyre, har det som nevnt ovenfor vist seg at den nødvendige tid for farvingen blir betraktelig kortere og dessuten at farveopptaket også sterkt økes.

Den foreliggende oppfinnelse er nærmere bestemt basert på de følgende betingelser:

Således får et prøvestykke en lysegul-brun farve ved anvendelse av en strømtetthet av 1,2 A/dm 2 i en elektrolysetid av 2 minutter, og denne farve blir gulbrun ved anvendelse av en elektrolysetid av 5 minutter, og efter 25 minutter blir farven nesten sort.

Sammenlignet med de kjente metoder innbærer dette at det ved den foreliggende fremgangsmåte erholdte strømutbytte er meget godt og at farveopptaksevnen er utmerket. Dette gir som resultat at det ved anvendelse av den foreliggende fremgangsmåte er mulig å behandle et større volum av gjenstander enn ved de kjente metoder, og en betraktelig nedsettelse av produksjonsomkostningene fås.

I de nedenstående eksempler ble prøvestykker av aluminiumlegeringene 6063-T5 anvendt. Det bør bemerkes at andre aluminiumlegeringer, f.eks. 1100-P eller 5052-P etc, også kan anvendes under lignende betingelser. I dette tilfelle varierer den erholdte farvetone og det erholdte farveinntrykk noe med det anvendte materiale.

Aluminiumlegeringen JIS 6063-T5 består av:

Eksempel 1

Det ble anvendt en elektrolytt inneholdende 70 g sulfofumarsyre pr. liter og 0,7 g svovelsyre pr. liter. Det ble anvendt likestrøm med en strømtetthet av 1 A/dm 2, sluttspenningen var 70 V, elektrolysetiden 15 minutter og elektrolyttemperaturen 20<±>1°C.

Da elektrolysen ble utført under de ovennevnte betingelser, ble en vakker gulbrun farvetone erholdt.

Eksempel 2

Det ble anvendt en elektrolytt inneholdende 50 g sulfofumarsyre pr. liter og 0,5 g svovelsyre pr. liter. Det ble anvendt en kombinasjon av likestrøm og vekselstrøm med en strømtetthet for likestrømmens vedkommende av 1 A/dm <2>og for vekselstrømmens vedkommende 0,5 A/dm 2. Den anvendte spenning var for likestrømmens vedkommende 70 V og for vekselstrømmens vedkommende 50 V, og elektrolysetiden var 20 minutter og elektrolyttemperaturen 20 <±> 1°C.

Prøvestykket som ble anvendt, var blitt renset på vanlig måte, og det ble derefter utsatt for anodisk oxydasjon under de ovennevnte betingelser. Det viste seg at prøvestykket fikk en mørke-gul farve som var forskjellig fra den farve som ble erholdt ifølge eksempel 1. Hvis imidlertid en del av vekselstrømmen økes, er det en tilbøyelighet til at brune flekker dannes på aluminiumover-flaten. Det foretrekkes av denne grunn at strømtettheten for vekselstrømmen ikke økes til over 1,5 A/dm 2. Det bør bemerkes at når andelen av likestrømmen økes ved å variere størrelsen av kraft-tilførselen, forsvinner en gulnyanse, og det fås en brun film med et sterkt skjær av sort.

Eksempel 3

Det ble anvendt en elektrolytt inneholdende 100 g sulfofumarsyre pr. liter og 15 g oxalsyre pr. liter. Likestrøm med en strøm-tetthet av 1 A/dm 2 ble anvendt, og spenningen var 75 V, elektrolysetiden 10 minutter og elektrolyttens temperatur 20 - 1°C.

Det anvendte prøvestykke var blitt renset på vanlig måte, og det ble derefter utsatt for anodisk oxydasjon under de ovennevnte betingelser. Det ble oppnådd en jevn og vakker brunfarvet film med et skjær av blått.

Eksempel 4

Det ble anvendt en elektrolytt inneholdende 70 g sulfofumarsyre pr. liter og 0,7 g svovelsyre pr. liter. Likestrøm ble anvendt med en strømtetthet av 1,0 A/dm 2, og elektrolysetiden var 15 minutter og elektrolyttemperaturen 10-30°C.

Elektrolyttemperaturen ble derfor variert innen området 10-30°C, og sluttspenningen varierte fra 82 V til 60 V.

Da et prøvestykke ble anodisk oxydert under de ovennevnte betingelser, ble de følgende farvetoner erholdt:

Eksempel 5

Det ble anvendt en elektrolytt inneholdende 30-100 g sulfofumarsyre pr. liter og 1,0 g svovelsyre pr. liter. Likestrøm ble anvendt med en strømtetthet av 1,0 A/dm 2, og elektrolysetiden var 15 minutter og elektrolyttemperaturen 15°C.

Konsentrasjonen av den organiske syre varierte således fra

30 til 100 g/l, og sluttspenningen varierte fra 80 til 68 V. Da et prøvestykke ble anodisk oxydert under de ovennevnte betingelser, ble de følgende farvetoner erholdt:

Konsentrasjonen av svovelsyre var i dette tilfelle basert

på 1,0 g/l, men dersom konsentrasjonen av organisk syre forandres, er det nødvendig også å forandre konsentrasjonen

av svovelsyre.

Eksempel 6

Det ble anvendt en elektrolytt inneholdende 70 g sulfofumarsyre pr. liter og 0,5-2,0 g svovelsyre pr. liter. Likestrøm ble anvendt med en strømtetthet av 1', 0 A/dm 2, og elektrolysetiden var 15 minutter og elektrolyttemperaturen 15°C.

Konsentrasjonen av svovelsyre varierte således fra 0,5 til 2,0 g/l, og sluttspenningen varierte fra 82 til 50 V. Da et prøve-stykke ble anodisk oxydert under de ovennevnte betingelser, ble de følgende farvetoner erholdt:

Eksempel 7

Det ble anvendt en elektrolytt inneholdende 50 g sulfofumarsyre pr. liter og 0,68 g svovelsyre pr. liter. Likestrøm ble anvendt med en strømtetthet av 1,0 A/dm 2, og elektrolysetiden var 5-20 minutter og elektrolyttemperaturen 15°C.

Elektrolysetiden varierte således fra 5 til 20 minutter, og sluttspenningen varierte fra 62 til 90 V. Da et prøvestykke ble anodisk oxydert under de ovennevnte betingelser, ble de følgende målte filmtykkelser og farvetoner erholdt:

Filmtykkelsen ble målt ved anvendelse av et apparat som selges under betegnelsen "Permascope".

Eksempel 8

Det ble anvendt en elektrolytt inneholdende 70 g sulfofumarsyre pr. liter og 0,8 g svovelsyre pr. liter. Likestrøm ble anvendt med en strømtetthet av 0,8-1,5 A/dm 2, og elektrolysetiden var 15 minutter og elektrolyttemperaturen 15°C.

Strømtettheten varierte således fra 0,8 til 1,5 A/dm 2, og sluttspenningen varierte fra 65 til 98 V. Da et prøvestykke ble anodisk oxydert under de ovennevnte betingelser, ble de følgende målte filmtykkelser og farvetoner erholdt:

Selv om elektrolyse med konstant strøm ble utført i de ovenstående eksempler, vil det forstås at elektrolysen kan ut-føres under andre betingelser, som ved konstant spenning eller ved anvendelse av et system som utgjøres av en kombinasjon av de to prosesser.

Det fremgår dessuten av eksemplene 1 - 4 at konsentrasjonen av sulfofumarsyre kan forandres for derved å oppnå en mørk eller lys farvetone, på lignende måte som i eksempel 5, eller en svak forskjell i farveinntr<y>kket.

Det har også vist seg at det forekommer en svak forandring av farvetonens mørkhet og lyshet innen det tillatelige område i av-hengighet av badtemperaturen.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved dannelse av en farvet oxydfilm med en farve som kan variere fra gul til sort, på aluminium og aluminiumlegeringer, hvor avfettet og vasket aluminium eller aluminiumlegeringer utsettes for elektrolytisk oxydasjon ved anvendelse av likestrøm med en strømtetthet på 0,3 til 3 A/dm 2, en kombinasjon av likestrøm med en strømtetthet på 0,3 til 3 A/dm<2 >og vekselstrøm med en strømtetthet på 1 til 2 A/d. m 2eller en strøm med pulserende bølgeform, i en elektrolytt som holdes på en temperatur mellom 0 og 40°C og som inneholder enten opp til 30 g svovelsyre pr. liter, opp til 50 g oxalsyre pr. liter syre

   eller opp til 50 g metallsulfat pr. liter og en sulfodicarboxylsyre,karakterisert ved at det som sulfodicarboxylsyre anvendes sulfofumarsyre i en konsentrasjon av 5-50 0 g pr. liter.