SE450255B - Forfarande for elektrolytisk fergning av aluminium och dess legeringar - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 450 255 2 åstadkommer bronserade nyanser och svarta färger, samt kopparsalter, som åstadkommer olika röda nyanser.

Uppfinningen hänför sig till ett förfarande för fram- ställning av olika färger och nyanser andra än de, som erhålles vid det kända två-fas elektrolytiska färgnings- förfarandet (anodoxidering och färgning). De färger, som erhålles vid det beskrivna förfarandet enligt uppfinningen är praktiskt taget alla i ett spektrum med olika nyanser.

Olika patent är kända inom området för elektrolytisk färgning för att åstadkomma nya färger. Sålunda beskriver de tyska patenten 2 106 388 och 2 106 389 förfaranden för framställning av blåaktiga färger, vilka huvudsakligen innefattar ástadkommande av elektroavsättningar på ett anodiskt skikt, bildat av kromsyra, under användande av nickel-, kobolt- eller kopparsalter som färgproducerande salter och därefter fixering under speciella förhållanden.

Dessa patent har den nackdelen att färgningen endast kan åstadkommas på föremål som är anodoxiderade med kromsyra, vilket inte är ett normalt förfarande i industrianlägg- ningar och dessutom skall fixering äga rum under speciella förhållanden.

De amerikanska patenten 4 022 671, 4 066 816 och 4 152 222 liksom även den brittiska patentansökan nr 2 012 814 beskriver förfaranden för erhållande av ett vid- sträckt område av färger och nyanser genom optisk inter- ferens mellan det ljus, som reflekteras av färgämnet och det, som reflekteras av aluminiumytan. Dessa patent beskriver en serie förfaranden, vilka huvudsakligen kännetecknas av att mellan anodoxiderings- och infärgningsstegen ett reanodoxideringssteg utföres i ett bad, som innehåller en fosforsyrelösning. Sålunda följer dessa patent inte det kända tvâ-fas elektrolytiska färgningsförfarandet och därför är det nödvändigt att använda flera bad, vilket gör förfarandet mer komplicerat och väsentligt ökar dess kostnader.

Det franska patentet 2 318 246 åstadkommer olika färger genom bildande av ett färgat anodskikt under ett I!! 10 15 20 25 30 35 450 255 3 färglöst anodskikt. Detta patent hänför sig till ett infärg- ningsförfarande av integrerad typ snarare än elektrolyt- typ och uppvisar de typiska nackdelarna hos denna typ av infärgning.

Slutligen uppnås genom det franska patentet 2 236 029 genom användning av elektrolyter med hög svavelsyrekoncen- tration och olika metallsalter och organiska ämnen i badet neutrala grå- och blåaktiga färger.

Det spanska patentet 437 604 använder à sin sida höga svavelsyrekoncentrationer och en blandning av kobolt- och vismutsalter för att åstadkomma samma färger.

Som tidigare nämnts finns endast en process som i praktiken medger att ett vidsträckt färgomráde erhålles.

Det är emellertid ett komplicerat förfarande. Det för- farande, som beskrives i denna ansökan medger att ett vid- sträckt färgområde erhålles vid en enda färgningsprocess med god tillämpning inom industriella förfaranden och ger resistans mot påverkan av solljus. I Förfarandet enligt uppfinningen innefattar följande tre steg: a) Anodoxidering med likström i ett bad, som normalt innehåller svavelsyra ehuru även andra syror såsom oxal- syrá, kromsyra eller blandningar härav kan användas vid detta förfarande. b) Färgning i ett bad, som väsentligen innehåller svavelsyra och metallsalt eller salter, som är i stånd att åstadkomma färgning. c) Fixering av färgskiktet med ånga, varvid dessa steg kännetecknas av: att under det andra steget, färgningssteget, förhål- landet mellan den använda syrans koncentration och kon- centrationen hos färgproducerande salt eller salter ligger mellan 70:l och l5:l, företrädesvis mellan 40:l och 20:1, varvid koncentrationen för svavelsyra är över 15 g/l och de använda salterna är sulfater av metaller, såsom vismut, kobolt, nickel, koppar och tenn, varvid särskilt tenn- sulfat är idealiskt, och 10 15 20 25 30 35 450 255 4 att i beroende av detta koncentrationsförhållande den anbringade toppspänningen väljes mellan 10 och 45 volt och temperaturen är nära 25°C, samt att vid början av färgningssteget spänningen ökas progressivt och regelbundet upp till toppspänningsvärdet.

Båda stegen a) och c) användes normalt inom industri för anodoxidering och infärgning och därför kommer steget b), som är ändamålet med uppfinningen, att beskrivas mera i detalj.

Det är känt och kan därför inte utgöra föremål för ett patent att framställa bronsnyanser i utspädda svavel- syrelösningar med metallsulfater som är i stånd att åstad- komma färgning. Emellertid är följande förutsättningar nödvändiga för att åstadkomma olika färger: l) En svavelsyrekoncentration över 15 g/l. 2) En metallsaltkoncentration, som är nära anpassad till koncentrationen hos den använda syran.

Man har funnit att detta förhållande är idealt när en koncentration hos den använda syran av 15 eller 70, men företrädesvis mellan 20 och 40, gånger koncentrationen hos färgproducerande salt eller salter kommer till använd- ning. Detta förhållande spelar en så viktig roll att om när det är för högt (över 70), åstadkommas ingen färgning eller också har de åstadkomna färgerna en lätt bronsnyans, vilket inte utgör ändamålet med uppfinningen. Om emellertid förhållandet är lägre än 15, åstadkommes antingen brons- eller svarta färger eller också erhålles färgade anodskikt med en mycket dålig vidhäftning till aluminium varför processen inte är användbar.

De metallsalter, som användes för att åstadkomma färgade produkter, är företrädesvis metallsulfater såsom av vismut, kobolt, nickel, koppar och tenn, ehuru de bästa resultaten har erhållits med tennsulfat.

Ett annat viktigt drag hos förfarandet är sättet att tillföra spänningarna liksom dess värden. Sålunda åstad- kommer spänningar under 10 volts toppspänning endast lätt bronserade färger och spänningar högre än 45 volt topp- H 10 15 20 25 30 35 450 255 5 spänning àstadkommer ljusa färger, en dålig fördelning av färgerna och brott i anodskiktet. Å andra sidan kan bättre effekt erhållas med en god programmering av spän- ningsstegringen än vid påförande av en konstant spänning när färgen åstadkommes.

I praktiken uppvisar detta förfarande utmärkta re- sultat vid utnyttjande av de spänningar, som erhálles genom det system, som beskrives i det spanska patentet 437 604.

Temperaturen vid förfarandet bör hållas så nära 25°C som möjligt ehuru variationer i denna temperatur inte är alltför avgörande.

Mekanismen i förfarandet är inte fullständigt klar men det synes som om mediets surhet spelar en mycket viktig roll tillsammans med det elektroutfällda pigmentet efter- som hopförandet av dessa båda medför en viktig modifiering vid anodskiktets botten vilket underlättar erhállandet 'av en vidsträckt färgvariation.

I förfarandet enligt uppfinningen ökas tjockleken hos anodskiktet icke alls under färgningsförfarandet.

Fig l visar, i en graf över tjocklek/koncentration, koncentrationsprofilen hos den färgproducerande metallen vid en analys utförd med EDAX-teknik med användande av prover, framställda genom det uppfunna förfarandet.

Beroende på den erhållna koncentrationsprofilen är det tydligt att denna hänför sig till en elektrolytisk process, i vilken en mycket liten mängd av färgämnet avsattes.

Fig 2 visar samma koncentrationsprofil för en elektro- lytisk färgningsprocess för brons- eller svart färg. Såsom synes är metallkoncentrationen och tjockleken hos pigmentet mycket större.

Beträffande motståndet mot ljus är de erhållna färgerna lämpligare för ytterytor enligt 100 timmars acce- lererat prov i URVIAC-kammare.

Exempel 1 Ett prov, som tidigare anodoxiderats med likström i ett bad som innehöll svavelsyra och med en tjocklek av 15 u, sänktes ned i ett bad innehållande 150 g svavelsyra, 10 15 20 25 30 35 450 255 6 5 g tennsulfat och 10 g vinsyra. En platta av rostfritt stål, som fungerade som motelektrod, placerades i badet och en ökning av spänningen från 0-25 volts toppspänning på 2 min programmerades, varefter den senare spänningen bibehölls under hela förfarandet.

De erhållna färgerna framgår av följande tabell, som visar beroendet av behandlingstiden: Behandlingstid Eërg (minuter) 2 Lätt brons 3 Mellanbrons 4 Kraftigt blå 5 Lätt blå 6 Kraftigt grön 7 Gulgrön 8 Gul 9 Violett ll Blå 14 Grön Jämförande exempel l En behandling enligt föregående exempel utfördes men i stället för att använda 5 g/1 tennsulfat användes endast 0,5 g/l. Fjorton min efter behandlingen erhölls endast en mycket lätt bronsfärg.

Jämförande exempel 2 Ett prov underkastades samma behandling som beskri- vits i exempel 1 men i stället för att använda 5 g/l tenn- sulfat användes 20 g/l av samma salt. Vid genomförandet av färgningen erhölls en komplett serie bronsfärger som 14 min efter behandling uppvisade en mörk bronsfärg.

Exempel 2 Ett prov av kommersiell aluminium (exempelvis 1100) underkastades en anodoxideringsprocess med likström i ett bad, innehållande svavelsyra, tills dess en tjocklek på 15 u erhölls. När provet så var anodoxiderat, sänktes det ned i ett bad innehållande 50 g/l svavelsyra, 2,5 g/1 tenn- sulfat och 20 g/1 vinsyra med en motelektrod av rostfritt n i: 450 255 7 stål följt av en programmerad spänningsökning från 0-25 volts toppspänning under 4 min.

De färger, som erhölls i beroende av behandlings- tiden, framgår av följande tabell: 5 Behandlingstid §§_g (minuter) 2 Lätt brons 3 Mellanbrons 5 Blåsvart 10 7 Blå 9 Grön 12 Gul 15 Violett 17 Blå 15 20 Grön

Claims (1)

1. 0 15 20 450 255 PATENTKRAV Förfarande för elektrolytisk färgning av aluminium och dess legeringar av det slag, som innefattar tre steg: ett första steg omfattande anodoxidering, ett andra steg omfattande färgning i ett bad innehållande syra samt färg- producerande salt eller salter, och ett tredje steg om- fattande fixering, k ä n n e t e c k n a t därav, ,att under det andra steget, färgningssteget, för- hàllandet mellan den använda syrans koncentration och kon- centrationen hos färgproducerande salt eller salter ligger mellan 70:l och l5:l, företrädesvis mellan 40:l och 20:1, varvid koncentrationen för svavelsyra är över 15 g/1 och de använda salterna är sulfater av metaller, såsom vismut, kobolt, nickel, koppar och tenn, varvid särskilt tennsul- fat är idealiskt, och av att i beroende av detta koncentrationsför- hållande den anbringade toppspänningen väljes mellan 10 och 45 volt och temperaturen är nära 25°C samt av att vid början av färgningssteget spänningen ökas progressivt och regelbundet upp till toppspänníngs- värdet. W