NO811347L - Fremgangsmaate ved elektrolytisk fargning av aluminium og aluminiumlegeringer - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved elektrolytisk farving av aluminium og aluminiumlegeringer.

Som følge av et stort behov for anodisk oxydert aluminium i moderne arkitektur og på grunn av kravene til farvning er det blitt utviklet en rekke fremgangsmåter for farving av anodiske skikt i ulike former.

Ved de tidligere utviklede fremgangsmåter ble det

gjort bruk av de anodiske skikts store absorpsjonskapasitet for gitte organiske farvestoffer uten fiksering. Ved denne fremgangsmåte kunne det a.nodiserte aluminium farves i ulike farver. Denne teknikk har den fordel at den muliggjør oppnåelse av praktisk talt en hvilken som helst farve, skjønt .den er beheftet med den alvorlige ulempe som består i at farvene mangler lysbestandighet. Denne farveprosess benyttes derfor ikke for utvendige overflater.

En annen av de kjente fremgangsmåter er den som betegnes den "integrerte farvemetode", ved hvilken dannelsen av det anodiske skikt og farvningen avstedkommes i det samme bad.°'For tiden medfører denne teknikk store omkostninger,

fordi energiforbruket er høyt og behandlingstiden lang.

Sluttelig er det kjent en tredje fremgangsmåte, som betegnes den "elektrolytiske farvemetode", ved hvilken der først dannes et anodisk skikt, vanligvis under anvendelse av likestrøm, og der så, under anvendelse av likestrøm eller vekselstrøm, foretas elektrolyse i farvebadet, hvorunder farvestoffet avsettes elektrolytisk i bunnen av skiktet. Denne fremgangsmåte er billigere enn den integrerte farvemetode,

og det farvede produktet oppviser god motstandsdyktighet overfor sollys. Denne fremgangsmåte er derfor den som for tiden har funnet størst anvendelse.

En av de viktigste ulemper ved den ovennevnte metode

er det lille utvalg av farver den lar seg anvende for, i og med at de salter som normalt anvendes ved farvningen, er nikkel-, kobolt- eller tinnsalter, hvilke gir bronsetoner og sorte farvetoner, foruten kobbersalter, som gir diverse rødlige farvetoner.

Det foreliggende patentskrift angår en fremgangsmåte for å danne ulike farver og farvetoner, som er forskjellige fra dem som,fåes ved den kjente to-fase-elektrolytiske farve prosess (anodisering og farving). De farver som oppnåes med fremgangsmåten beskrevet i dette patentskrift, er praktisk talt alle spektrets farver, og disse kan oppnåes i ulike farvetoner.

Det foreligger en rekke patentskrifter på området elektrolytisk farvning for dannelse åv nye farver. Således beskriver tyske patentskrifter nr. 2 106. 388 og 2 106 389

en fremgangsmåte for frembringelse av blåaktige farver,

hvilken fremgangsmåte omfatter dannelse av elektrolytiske avsetninger på et anodisk skikt dannet av kromsyre, under anvendelse av nikkel-, kobolt- eller kobbersalter som farvedannende salter, hvoretter den farvede artikkel fikseres under spesielle betingelser. Fremgangsmåten ifølge disse patentskrifter er beheftet med den ulempe at farvningen bare lar seg utføre på artikler som er anodisert med kromsyre, hvilket ikke er vanlig praksis ved industriell produk-sjon. Dessuten må fikseringen utføres under spesielle betingelser .

I US patentskrifter nr. 4 022 671, 4 066 816 og

4152 222 og i britisk patentsøknad nr. 2 012 814 beskrives en fremgangsmåte for å oppnå et bredt spektrum av farver og farvetoner ved optisk interferens mellom det lys som reflek-t eres av farvestoffet og det lys som reflekteres av aluminiumets overflate. Disse patentskrifter beskriver en rekke fremgangsmåter som hovedsakelig kjennetegnes ved at der mellom anodi-seringen og farvningen foretas en reanodisering i et bad som inneholder en fosforsyreoppløsning. Prosessene ifølge disse patentskrifter følger således ikke den kjente to-fase-elektrolytiske farvemetode, og det er derfor nødvendig å anvende flere bad, hvilket gjør fremgangsmåten mer komplisert og vesentlig dyrere.

Ved fremgangsmåten ifølge fransk patentskrift nr.

2 318 246 oppnåes forskjellige farver ved at der dannes et farvet anodisk skikt under et farveløst anodisk skikt. Dette patentskrift er rettet på en farvemetode av den integrerte type snarere enn av den elektrolytiske, type. Farvemetoden oppviser der-

for de typiske ulemper ved denne type farvning.

Sluttelig oppnåes der ved hjelp av fremgangsmåten

ifølge fransk patentskrift nr. 2 236 029 nøytrale gråfarver

og blåfarver under anvendelse av elektrolytter med høy svovel-syrekonsentras jon og diverse metallsalter og organiske produkter i badet.

I spansk patentskrift nr. 437 604 anvendes der høye svovelsyrekonsentrasjoner og en blanding av kobolt- og bismuthsalter, hvorved de samme farver oppnåes.

Som ovenfor nevnt er det bare en fremgangsmåte som i praksis muliggjør oppnåelse av et bredt spektrum av farver. Imidlertid er denne prosess komplisert. Den foreliggende fremgangsmåte gjør det mulig å oppnå et bredt spektrum av farver i ett enkelt farvetrinn. De fremstilte, farver egner seg godt for industriell bruk og er motstandsdyktige overfor sollys.

Fremgangsmåten består hovedsakelig av de følgende trinn: a) Anodisering med likestrøm i et bad som vanligvis inneholder svovelsyre, skjønt også andre syrer, såsom oxal-syre, kromsyre eller blandinger av slike, kan anvendes ved denne fremgangsmåte. b) Farving i et- bad som hovedsakelig inneholder svovelsyre og ett eller flere metallsalter som avstedkommer farvning ...

c) Fiksering av det farvede skikt med damp.

Både trinn a) og c) er konvensjonelle ved industriell

anodisering og farvning, hvorfor trinn b), som er gjenstand for dette patent, vil bli beskrevet mer detaljert.

Det er kjent å frembringe bronsetoner i fortynnede svovelsyreoppløsninger ved å anvende metallsulfater som egner seg for farvning. Dette kan derfor ikke danne basis for noe patent. Imidlertid er de følgende betingelser nødvendige for å frembringe andre farver:

1) En svovelsyrekonsentrasjon over 15 g/l.

2) Én metallsaltkonsentrasjon som er nøye avpasset etter konsentrasjonen av den anvendte syre.

Det har vist seg at dette forhold er ideelt når konsentrasjonen av syren er fra 15 til 70 ganger konsentrasjonen av det eller de farvedannende salter, fortrinnsvis fra 20 til 40 ganger denne konsentrasjon. Dette mengdeforhold spiller en så viktig rolle at hvis det er for høyt (over 70) vil der ikke oppnåes noen farvning, eller de frembragte farver vil være lyse bronsefarver, hvilke ikke omfattes av det foreliggende patent. Dersom imidlertid mengdeforholdet er lavere enn 15,

vil der enten dannes bronsefarver eller sorte farver, eller der vil dannes farvede anodiske skikt som hefter meget dårlig til aluminiumet, hvorved fremgangsmåten blir uegnet.

Metallsaltene som anvendes for fremstilling av farvede produkter, vil fortrinnsvis være metallsulfater, såsom bismuth-, kobolt-, nikkel-, kobber-, og tinnsalter, skjønt de beste resul-atter er blitt oppnådd med tinnsulfat.

Et annet viktig trekk ved fremgangsmåten er måten hvorpå spenningen påføres og likeledes spenningsstyrken. Spenningstopper lavere enn 10 volt gir således bare lyse bronsefarver, mens spenningstopper over 45 volt gir lyse farver, dårlig farvefordeling og brudd på det anodiske skikt. På den annen side oppnåes der bedre virkning med god programmering av spenningsøkningen ved farvedannelse enn når det påtrykkes en konstant spenning.

I praksis gir denne fremgangsmåte utmerkede resultater ved påtrykking av de spenninger.som oppnåes med systemet beskrevet i spansk patentskrift nr. 4 37 604.

Temperaturen bør ved fremgangsmåten holdes så nær

som mulig 2 5°C, skjønt variasjoner omkring denne temperatur ikke har den aller største betydning.

Mekanismen bak fremgangsmåten er ikke fullt ut forstått, men det synes som om mediets surhet spiller en meget betydelig rolle sammen med det elektrolytisk avsatte pigment, da disse to faktorer sammen avstedkommer en vesentlig modifikasjon i bunnen av det anodiske skikt, hvilket letter oppnåelsen av et stort utvalg av farver.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen øker tykkelsen av det anodiske skikt overhodet ikke under farveprosessen. Fig. 1 viser et diagram hvor tykkelsen av det anodiske skikt er avsatt mot konsentrasjonen av det farvedannende metall. Konsentrasjonsprofilen ble erholdt ved en analyse utført etter EDAX-teknikken under anvendelse av farvede artikler fremstilt etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Konsentrasjonsprofilen viser klart at det dreier seg om en elektrolytisk prosess hvor en meget liten mengde farvestoff er blitt avsatt. Fig. 2 viser den samme konsentrasjonsprofil for. en elektrolytisk farvemetode som ga bronsefarving eller sort-farving. Som det vil sees er metallkonsentrasjonen og pigment-høyden meget større.

Med hensyn til lysbetsandigheten var de erholdte farver bedre egnet for utvendige overflater, slik det kunne påvises etter en 100 timers akselerert test i et URVIAC-kammer.

Eksempel 1

Et prøvestykke som på forhånd var blitt anodosert med likestrøm i et bad inneholdende svovelsyre, og som hadde en tykkelse på 15 um, ble neddykket i et bad inneholdende 150 g svovelsyre, 5 g tinnsulfat og 10 g vinsyre. En plate av rustfritt stål, som tjente som motelektrode, ble anbragt i badet, og en økning av spenningen fra 0 til en spenningstopp på 25 volt i løpet av 2 minutter ble programmert. Denne siste verdi av spenningen ble så opprettholdt gjennom hele prosessen.

De farver som ble oppnådd, er oppført i den følgende tabell. Farven var avhengig av behandlingstiden.

Behandlingen ifølge dette eksempel ble gjentatt, bort-sett fra at der i sammenligningsøyemed ble benyttet bare 0,5 g/l tinnsulfat i stedet for 5 g/l. 14 minutter etter behandlingen var det bare oppnådd en meget lys bronsefarve.

Et prøvestykke ble i sammenligningsøyemed underkastet den samme behandling som beskrevet i dette eksempel, men i stedet for å anvende 5 g/l tinnsulfat ble det benyttet 20 g/l av dette salt. Under farveprosessen ble det oppnådd en hel serie av bronsefarver. Etter 14 minutter var det oppnådd en mørk bronsefarve.

Eksenpel 2

Et prøvestykke av et kommersielt aluminium ( f.eks. 1100) ble underkastet en anodiseringsprosess med likestrøm i et bad inneholdende svovelsyre, inntil en tykkelse på 15 um var nådd. Så snart prøvestykket var blitt anodisert ble det neddykket i et bad inneholdende 50 g/l svovelsyre, 2,5 g/l tinnsulfat og 20 g/l vinsyre, idet en motelektrode av rustfritt stål ble benyttet og spenningen ble programmert til å øke fra 0 til en toppspénning på 25 volt i løpet av 4 minutter.

De oppnådde farver, som varierte med behandlingstiden, er angitt i den nedenstående tabell:

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved elektrolytisk farving av aluminium og aluminiumiegéringer, av den type som omfatter tre trinn:

   anodisering, farving og fiksering,

   karakterisert ved at man i det annet trinn, farvetrinnet, holder konsentrasjonen av den anvendte syre og konsentrasjonen av det eller de farvedannende salter i området mellom 70:1 og 15:1, fortrinnsvis mellom 40:1 og 20:1,

   idet konsentrasjonen av svovelsyren holdes over 15 g/l og der som salter anvendes metallsulfater, såsom bismuth-, kobolt-, nikkel-, kobber- og tinnsulfat, fortrinnsvis tinnsulfat, åt man i overensstemmelse med.dette konsentrasjonsforhold påtrykker en maksimal spenning på fra 10 til 4 5 volt og anvender en temperatur nær 25°C, og ved at man i begynnelsen av dette trinn av fremgangsmåten øker spenningen på progres-siv og regulert måte.