PL221188B1

PL221188B1 - Sposób uszlachetniania powierzchni wyciskanych wyrobów aluminiowych

Info

Publication number: PL221188B1
Application number: PL400492A
Authority: PL
Inventors: Radosław Sujecki
Original assignee: Sujecki Marcin Anodal Anodowanie I Barwienie Aluminium Spółka Cywilna; Sujecki Radosław Anodal Anodowanie I Barwienie Aluminium Spółka Cywilna
Priority date: 2012-08-23
Filing date: 2012-08-23
Publication date: 2016-03-31
Also published as: PL400492A1

Description

Opis wynalazku

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu uszlachetniania powierzchni wyciskanych wyrobów aluminiowych, przeznaczonych w szczególności dla przemysłu budowlanego i meblarskiego.

Powierzchnia surowych profili aluminiowych wytwarzanych w hutach metodą wyciskania charakteryzuje się śladami matrycy biegnącymi wzdłuż kierunku wyciskania, w postaci powierzchniowych nierówności, wynikających najczęściej ze zużycia wielokrotnie używanej matrycy. W wielu przypadkach ślady te są głębokie i bardzo widoczne, co znacznie obniża walory estetyczne gotowych wyrobów.

W celu uzyskania wyrobu o powierzchni wysokiej jakości, nierówności te powinny zostać usunięte. W celu usuwania tego typu defektów zwykle stosuje się trawienie, polegające na tym, że usuwa się powierzchniową warstwę materiału pod działaniem substancji trawiącej, w której zanurza się wyrób. Skład kąpieli trawiącej i parametry procesu dobiera się zależnie od rodzaju podłoża i pożądanego stopnia wytrawienia.

W galwanizerniach, trawienie większości metali prowadzi się w kąpielach kwaśnych zawierających kwas solny, siarkowy lub mieszaninę tych kwasów. Natomiast aluminium trawi się najczęściej w kąpielach alkalicznych. Standardowo proces trawienia aluminium prowadzi się w roztworach wodo₃ rotlenku sodowego o stężeniu od 30 do 70 g/dm³ w zakresie temperatur od 50 do 70°C w procesie bezprądowym. Czasy trawienia wynoszą od 2 do 30 minut, w zależności od gatunku aluminium, stanu powierzchni wyrobu i żądanej jakości powierzchni wyrobu gotowego. W przypadku bardzo głębokich śladów po matrycy, w związku z tym, że w procesie trawienia chemicznego zarówno wgłębienia jak i wypukłości powierzchni trawione są z jednakową szybkością bardzo często nie udaje się usunąć ich całkowicie. Chcąc otrzymać gładką i jednolitą powierzchnię końcową, przed procesem trawienia nierówności należy zlikwidować przez mechaniczne, ręczne lub automatyczne szlifowanie powierzchni. Są to jednak procesy czaso- i pracochłonne i zdecydowanie zwiększają koszty całego procesu przygotowania powierzchni wyrobu.

Przykładowo, z polskiego opisu patentowego nr PL 137067 znana jest bezprądowa kąpiel do dekoracyjnego trawienia aluminium i jego stopów zawierająca wagowo wodorotlenek sodu w ilości

10-25%, węglan sodu w ilości 0,05-10%, trójpolifosforan sodu w ilości 0,1-10%, wodorotlenek wapnia w ilości 0,05-6,5%, fluorek miedziowy w ilości 0,001-0,21%, azotan sodu w ilości 0,2-3,5% oraz azotyn sodu w ilości 0,2-4,5%. Trawienie w takiej kąpieli pozwala na otrzymanie błyszczącej powierzchni o wysokich walorach dekoracyjnych, w wyniku powstania cienkiej powłoki, która nadaje trawionym przedmiotom odporność na działanie czynników korozyjnych i wysokiej temperatury. Rozwiązanie nie dotyczy jednak trawienia niwelującego nierówności powierzchni wyrobu powstałe w procesie wytwarzania profili aluminiowych.

Przykładowo, z amerykańskiego zgłoszenia patentowego nr US 2008/0149835 znana jest także kompozycja wytrawiająca do aluminium i jego stopów, zawierająca kwas azotowy w ilości wagowo

4-6%, kwas solny w ilości wagowo 1-3% i jony żelaza o stężeniu z zakresu 30-70 g/l. Kompozycja taka jest zdolna do wytrawienia powierzchni danego wyrobu na głębokość 0,1 mm w czasie 1 min w temperaturze z przedziału od 38°C do 48°C.

Z polskiego opisu patentowego PL160386 znany jest sposób obróbki aluminiowych płyt offsetowych, w którym przeprowadza się trawienie (ziarnowanie) płyty w roztworze kwasu solnego prądem zmiennym. Przeprowadza się również inne etapy obróbki, w tym obróbkę wstępną, odtłuszczanie, rozjaśnianie, utlenianie w innych roztworach bezprądowo lub przy udziale prądu stałego lub zmiennego.

Z opisu japońskiego zgłoszenia patentowego JP1136788 znany jest sposób wytwarzania podstawy do płyty plano graficznej o zawartości manganu od 0,3% do 3%, w którym przeprowadza się trawienie prądem stałym lub zmiennym w roztworze kwaśnym z zawartością kwasu solnego.

Przedstawione w dokumentach PL160386 oraz JP1136788 procesy trawienia prądowego w roztworach kwaśnych kwasu solnego, są szeroko stosowane przy obróbce płyt offsetowych, które mają postać cienkiej folii aluminiowej o dużej czystości. Proces ten jednak nie nadaje się do uszlachetniania powierzchni wyciskanych wyrobów aluminiowych, gdyż wyroby wyciskane zawierają dodatki stopowe takie jak krzem, magnez, miedź i trawienie takiego stopu w roztworach kwasu solnego prowadziłoby do nierównomiernego rozpuszczania się powierzchni trawionego aluminium. Ponadto w przypadku obróbki wyrobów wytłaczanych, w związku z ich geometrią, istnieje ryzyko przeniesienia jonów chlorkowych do kąpieli do anodowania, co prowadziłoby do powstawania wżerów w wyrobach.

Celowym byłoby udoskonalenie sposobu uszlachetniania powierzchni wyciskanych wyrobów aluminiowych wykonywanych ze stopów zawierających krzem, magnez i miedź dla uzyskania gładszej

PL 221 188 B1 powierzchni, pozwalającego wyeliminować z procesu produkcyjnego czasochłonne i pracochłonne operacje mechanicznego szlifowania i polerowania wyrobów wyjściowych.

Przedmiotem wynalazku jest sposób uszlachetniania powierzchni wyciskanych wyrobów aluminiowych ze stopu zawierającego krzem w ilości od 0,2% do 0,6% wagowo, magnez w ilości od 0,35% do 0,9% wagowo, miedź w ilości 0,1% wagowo i inne dodatki od 0,25% do 0,8% wagowo oraz aluminium do 100% wagowo, w którym wyroby aluminiowe w kolejnych kąpielach poddaje się odtłuszczaniu, trawieniu, rozjaśnianiu, anodowaniu, płukaniu, barwieniu i uszczelnianiu, charakteryzujący się tym, że odtłuszczone wyroby aluminiowe poddaje się trawieniu w kąpieli zasadowej zawierającej 3 3 3

5-50 g/dm wodorotlenku sodu, 50-250 g/dm węglanu sodu, 20-50 g/dm fosforanu trójsodowego ₃ i 20-300 g/dm³ glukonianu sodu, w temperaturze od 50°C do 70°C, do której doprowadza się prąd ₂ stały o gęstości 1-5 A/dm² w dwóch cyklach: katodowym o czasie trwania od 1 do 10 minut, a następnie anodowym o czasie trwania od 3 do 20 minut.

Przedmiotem wynalazku są również wyciskane wyroby aluminiowe, których powierzchnia została uszlachetniona sposobem według wynalazku.

Zastąpienie tradycyjnego, bezprądowego procesu trawienia aluminium w roztworach wodorotlenku sodu procesem prądowym, w którym trawienie odbywa się w kąpieli o określonym według zastrz. 1 składzie, umożliwia uzyskanie wyrobów aluminiowych o wysokim stopniu gładkości powierzchni, o wykończeniu satynowym lub lekko błyszczącym. Nowy sposób uszlachetniania powierzchni aluminium z wykorzystaniem trawienia prądowego pozwala wyeliminować z procesu produkcyjnego czasochłonne i pracochłonne operacje mechanicznego szlifowania i polerowania wyrobów wyjściowych, co skraca czas obróbki a tym samym koszty procesu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym:

Fig. 1 przedstawia schematycznie proces technologiczny uszlachetniania wyrobów aluminiowych.

Fig. 2 przedstawia fragment profilu aluminiowego przed kąpielą trawiącą widoczny w dużym zbliżeniu.

Fig. 3A przedstawia fragment profilu aluminiowego otrzymany po bezprądowej kąpieli trawiącej według typowej technologii uszlachetniania, widoczny w dużym zbliżeniu.

Fig. 3B przedstawia fragment profilu aluminiowego otrzymany, według wynalazku, po prądowej kąpieli trawiącej według wynalazku, widoczny w dużym zbliżeniu. Po wytworzeniu profili aluminiowych i pocięciu ich na żądane rozmiary, wyroby aluminiowe poddaje się chemicznej i elektrochemicznej obróbce powierzchni mającej na celu poprawienie jej jakości, uszlachetnienie wyglądu, a także zwiększenie odporności korozyjnej i mechanicznej.

Wyciskane wyroby aluminiowe w sposobie według wynalazku wykonuje się ze stopów zawierających dodatek krzemu, magnezu i miedzi, takich jak EN AW-6060 lub EN AW-6063. Zawartość tych dodatków w stopach jest następująca:

Dla stopu EN AW-6060:

Krzem

Magnez

Miedź

Inne dodatki Aluminium

0,3%-0,6% wagowo 0,35%-0,6% wagowo 0,1% wagowo 0,25%-0,8% wagowo do 100% wagowo

Dla stopu EN AW-6063:

Krzem

Magnez

Miedź

Inne dodatki Aluminium

0,2%-0,6% wagowo 0,45%-0,9% wagowo 0,1% wagowo 0,55% wagowo do 100% wagowo

Ogólnie rzecz biorąc, wyroby wytwarzane sposobem według wynalazku zawierają krzem w ilości od 0,2% do 0,6% wagowo, magnez w ilości od 0,35% do 0,9% wagowo, miedź w ilości 0,1% wagowo i inne dodatki od 0,25% do 0,8% wagowo oraz aluminium do 100% wagowo. Zawartość krzemu, magnezu i miedzi powoduje, że stopy te nie nadają się do trawienia prądowego w roztworach kwasu solnego, gdyż prowadziłoby to do nierównomiernego rozpuszczania się powierzchni trawionego aluminium.

PL 221 188 B1

W pierwszym kroku 101 procesu technologicznego przedstawionego schematycznie na Fig. 1, wyroby aluminiowe poddaje się odtłuszczaniu przez zanurzenie w wannie z kąpielą odtłuszczającą. Jest to konieczne zarówno w przypadku wyrobów mocno zatłuszczonych, jak i teoretycznie czystych. Kąpiele odtłuszczające mają za zadanie nie tylko odtłuścić powierzchnię, ale także oczyścić ją z powstałych w sposób naturalny tlenków. Odtłuszczanie wyrobów jest procesem krytycznym dla prawidłowego przebiegu dalszej części chemicznej i elektrochemicznej obróbki powierzchni aluminium.

Odtłuszczanie można prowadzić w kąpieli zawierającej preparat Alficlean 139 o stężeniu ₃

40-60 g/dm w temperaturze 50-60°C, do momentu uzyskania zadawalającego efektu odtłuszczenia, zwykle od 5 do 20 minut. Kąpiel ta nie powoduje nadtrawiania powierzchni aluminium. W kroku 102 wyroby są płukane w wannie ze stałym przepływem wody bieżącej w celu wypłukania z nich pozostałości kąpieli odtłuszczającej.

Fragment odtłuszczonego profilu aluminiowego przed kąpielą trawiącą widoczny w dużym zbliżeniu, przedstawia Fig. 2.

W kolejnym etapie, w kroku 103, wyroby poddaje się trawieniu elektrochemicznemu w kąpieli 3 3 3 zasadowej zawierającej 5-50 g/dm³ wodorotlenku sodu, 50-250 g/dm³ węglanu sodu, 20-50 g/dm³ ₃ fosforanu trójsodowego i 20-300 g/dm³ glukonianu sodu. Temperatura kąpieli wynosi 50-70°C. Elektrochemiczne trawienie prowadzi się prądem stałym o zmiennym kierunku dostarczanym z generatora ₂ prądu stałego, przy czym gęstość prądu wynosi 1-5 A/dm². Proces składa się z dwóch cykli: katodowego i anodowego. Długość cyklu katodowego wynosi od 1 do 10 minut, a długość cyklu anodowego wynosi od 3 do 20 minut, w zależności od stanu powierzchni aluminium, przy czym pierwszym etapem jest trawienie katodowe (zawsze krótsze od anodowego), a drugim trawienie anodowe. Czas trwania całego procesu trawienia wynosi od 10 do 25 minut, w zależności od gatunku obrabianego aluminium i stanu jego powierzchni. Gęstość prądu dla obydwu cykli jest taka sama. W związku z różną odległością wgłębień i wypukłości na powierzchni obrabianych wyrobów od katody, w cyklu anodowym wypukłości wytrawiają się szybciej niż wgłębienia, co w efekcie pozwala na uzyskanie powierzchni idealnie wyrównanej, satynowej lub lekko błyszczącej, w zależności od zastosowanych warunków prądowych temperaturowych. Uzyskanie takiej jakości powierzchni nie było możliwe w przypadkach głębokich śladów po matrycy przy stosowaniu standardowego trawienia bezprądowego. Fragment profilu aluminiowego otrzymany po trawieniu elektrochemicznym, widoczny w dużym zbliżeniu przedstawia Fig. 3B. Widać, że dzięki trawieniu prądowemu uzyskano idealnie gładką powierzchnię o wykończeniu satynowym lub lekko błyszczącym, charakteryzującą się tym, że powierzchnia wierzchołków i wgłębień została wyrównana.

W kolejnym kroku 105 wyroby poddaje się kaskadowemu płukaniu w wannach z ciągłym przepływem wody bieżącej, aby zabezpieczyć przed przenoszeniem kąpieli trawiącej do następnych procesów.

Następnie wyroby poddaje się w kroku 106 rozjaśnianiu, zwanym też dotrawianiem, stosowanym w celu usunięcia z powierzchni aluminium nalotu tlenków powstających z domieszek stopowych w procesie trawienia. Nalot ten musi być usunięty z powierzchni przed procesem anodowania. Rozjaśnianie prowadzi się w kąpieli zawierającej kwas azotowy, o stężeniu od 20 do 30% w temperaturze 15-25°C, w czasie od 1 do 5 minut. Następnie, w kroku 107 wyroby płucze się kaskadowo w wannach z ciągłym przepływem wody bieżącej.

Tak przygotowane wyroby poddaje się, w kroku 108, anodowaniu. Anodowanie polega na elektrolitycznym wytwarzaniu na powierzchni przedmiotów wykonanych z aluminium lub jego stopów, porowatej powłoki tlenku glinu o grubości od 5 do 25 μm. Anodowanie stosuje się w celu ochrony wyrobu przed korozją, zwiększenia odporności na ścieranie i wytworzenia powierzchniowej warstwy tlenku glinu podatnej na procesy barwienia. Anodowanie prowadzi się w kąpieli zawierającej kwas siarkowy, ₃ o stężeniu 180-200 g/dm³, w temperaturze 19-21°C, przez czas od 30 do 60 minut, przy czym napięcie prądu wynosi 14-20 V, w zależności od gatunku aluminium, a gęstość prądu wynosi od 1 do ₂

A/dm². Po anodowaniu, w kroku 109, wyroby poddaje się płukaniu kaskadowemu w wannach z ciągłym przepływem wody bieżącej.

W dalszej kolejności, w kroku 110, wyroby poddaje się barwieniu w jednej z kąpieli barwiących, w zależności od żądanego koloru wybarwienia. W pierwszej kąpieli barwiącej zawierającej Mineral ₃

Gold SW 814, tj. barwnik nieorganiczny oparty na związkach żelaza, o stężeniu 10-30 g/dm³, wyroby barwi się na kolor złoty w temperaturze 50-60°C, przez czas od 1 do 6 minut, w procesie bezprądowym przy pH kąpieli barwiącej wynoszącym 3,5-4,8. W drugiej kąpieli barwiącej zawierającej Alficolor

677 o stężeniu 100 g/dm³ i kwas siarkowy o stężeniu 15-25 g/dm³, wyroby barwi się w temperaturze

PL 221 188 B1

18-24°C, przez czas od 0,5 do 15 minut, w zależności od żądanego odcienia koloru, przy czym na₂ pięcie prądu zmiennego wynosi 14-20 V, a gęstość prądu 0,2-1 A/dm Alficolor 677 jest gotowym koncentratem do barwienia na bazie cyny dla odcieni barw od jasno do ciemno-brązowych i czarnych.

Wyróżnia się bardzo dobrym, równomiernym natężeniem barwy, dużą odpornością na światło. W trze₃ ciej kąpieli barwiącej zawierającej Alficolor 681 o stężeniu 100-150 g/dm³ i kwas siarkowy, o stężeniu ₃

15-20 g/dm³, wyroby barwi się na kolor stali szlachetnej w temperaturze 18-24°C, przez czas od

0,5 do 5 minut, w zależności od żądanego odcienia, przy czym napięcie prądu zmiennego wynosi ₂

14-20 V, a gęstość prądu 0,2-1 A/dm². Po zabarwieniu wyrobów, w kroku 111, wyroby poddaje się płukaniu kaskadowemu w wannach z ciągłym przepływem wody bieżącej.

W ostatnim kroku 112, wyroby poddaje się uszczelnianiu w celu zamknięcia porowatej powłoki tlenku glinu. Uszczelnianie prowadzi się w wodzie demineralizowanej z dodatkiem preparatu Alfiseal ₃

969, o stężeniu 3-5 g/dm³, w temperaturze 88-92°C, przez czas od 30 do 60 minut, przy czym pH kąpieli zawiera się w przedziale od 5,8 do 6,2. Alfiseal 969 jest płynnym, niezawierającym metali ciężkich dodatkiem do uszczelniania, zapobiegającym tworzeniu się osadu na powierzchni uszczelnianych wyrobów.

Claims

Sposób uszlachetniania powierzchni wyciskanych wyrobów aluminiowych ze stopu zawierającego krzem w ilości od 0,2% do 0,6% wagowo, magnez w ilości od 0,35% do 0,9% wagowo, miedź w ilości 0,1% wagowo i inne dodatki od 0,25% do 0,8% wagowo oraz aluminium do 100% wagowo, w którym wyroby aluminiowe w kolejnych kąpielach poddaje się odtłuszczaniu, trawieniu, rozjaśnianiu, anodowaniu, płukaniu, barwieniu i uszczelnianiu, znamienny tym, że odtłuszczone wyroby aluminio₃ we poddaje się trawieniu w kąpieli zasadowej zawierającej 5-50 g/dm³ wodorotlenku sodu, 3 3 3

50-250 g/dm³ węglanu sodu, 20-50 g/dm³ fosforanu trójsodowego i 20-300 g/dm³ glukonianu sodu, ₂ w temperaturze od 50°C do 70°C, do której doprowadza się prąd stały o gęstości 1-5 A/dm² w dwóch cyklach: katodowym o czasie trwania od 1 do 10 minut, a następnie anodowym o czasie trwania od 3 do 20 minut.