DE2439202C3

DE2439202C3 - Alkalisch wäßriges Bad zum Ätzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE2439202C3
Application number: DE19742439202
Authority: DE
Inventors: Eberhard Knaak; Lorenz Laeser
Original assignee: Friedr Blasberg & Co Kg 5650 Solingen GmbH
Current assignee: G P - Chemie 5650 Solingen De GmbH
Priority date: 1974-08-16
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1979-09-27
Also published as: DE2439202A1; DE2439202B2

Description

Es ist bekannt. Aluminium und Aluminiumlegierungen, worunter auch Aluminiumlegierungen mit einem überwiegenden Aluminiumgehalt zu verstehen sind, mit alkalischen Beizen zu ätzen. Diese alkalischen Beizen sind jedoch in ihrer Wirkungsweise nicht voll befriedigend, wenn es darum geht, Aluminiumoberflächen mit einem gleichmäßigen matten Finish zu versehen. Besonders neigen die Beizlösungen dazu, hinsichtlich der Standzeit unbefriedigende Ergebnisse zu liefern. Oft ist schon nach kurzer Zeit eine gewisse Trägheit in ihrer Aktivität zu beobachten, die mit einer reichlichen Schlammbildung verbunden ist, wobei der Schlamm sich dann auf den Wänden der Behälter, Heizschlangen und auf dem Wannenboden in Form von schweren Verkrustungen aus unlöslichen Aluminiumsalzen niederschlägt. Hierdurch haben diese Beizen oft eine recht kurze Lebensdauer und benötigen ein häufiges Auffrischen der Lösung durch entsprechende Ätzalkalien und andere Zusätze, die die Steinbildung verhindern und die Standzeit der Lösung verbessern sollen.

Als Zusätze sind beispielsweise Gluconate, Zucker oder Zuckeralkohole, Phosphonate oder Tartrate vorgeschlagen worden, siehe z. B. die DE-PS 1 073272 oder die GB-PS 1 120470. Der Zusatz dieser Verbindungen verhindert zwar ein Auskristallisieren der Aluminiumsalze, hat jedoch den Nachteil, daß es auch bei fortlaufenden Regenerationen zum weiteren Anateigen des Aluminiumgehaltes kommt. Hierdurch wird einerseits die Beizwirkung vermindert, zum anderen wird die Standzeit negativ beeinflußt. Weiterhin ist zu beobachten, daß die zu beizenden Teile zu glänzend werden oder sogar ein ungleichmäßiges Beizbild erhalten.

In der DD-PS 107 724 wird die chemische Mattierung von Aluminium bzw. Aluminium-Knetlegierungen mit sauren Beizlösungen beschrieben. Als Badlösung wird 5- bis 12vol.%ige Salzsäure mit einem Zusatz von 10 bis 3 ml/l Polyäthylenglykol, vorzugsweise mit einem Molekulargewicht von 300, eingesetzt.

Aufgabe der Erfindung war es. die bekannten schwach bis insbesondere stark alkalischen Beizbäder zur ätzenden Oberflächenbehandlung von Aluminium und Aluminiumlegicrungen auf Basis von Alkalihydroxyden und/oder Salzen insbesondere Alkalisalzen beispielsweise Phosphorsäure, Kohlensäure, Salpetersäure und/oder Salzsäure derart zu verbessern, daß sie bei verbesserter Standzeit gleichzeitig einen stö-■ rungsfreien Betrieb der Bäder und ein verbessertes und dabei über längere Zeiträume hinweg gleichmäßiges Ergebnis bezüglich der Oberflächenätzung liefern. Es wurde gefunden, daß diese Aufgabenstellung durch Mitverwendung eines bestimmten Komplexbildners in den Bädern der genannten Art gelöst werden kann. Der erfindungsgemäß eingesetzte komplexbildende Zusatz reguliert einerseits selbsttätig den Aluminiumgehalt der Beizlösung, indem überschüssiges gelöstes Aluminium in Form eines Salzes mit dem

is Komplexbildner ausgeschieden wird. Diese Ausfällungen ergeben keine Verkrustungen, sondern sind durch einfache Arbeitsvorgänge, beispielsweise Filtrieren oder Dekantieren von der Beizlösung absatzweise oder kontinuierlich abzutrennen. Gleich-

;ό zeitig erzeugt der crfindungsgcrnäß mitvcrwcndctc Zusatz keinen Glanz auf dem zu ätzenden Aluminium, sondern bewirkt einen überraschenden Mattierungseffekt, und zwar sowohl bei Beizen mil hoher als auch bei solchen mit niedriger Abtragung. Erfindungsgemaß aufgebaute Bäder zeichnen sich zusätzlich durch eine gute Einebnung bei geringem Materialabtrag aus.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein alkalisches wäßriges Bad zum Ätzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen, das Ätznatron und/oder Ätzkali und/oder Alkalisalze der Phosphorsäure, Kohlensäure, Salpetersäure, Salzsäure und gegebenenfalls Netzmittel enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es zusätzlich polymere Polyhydroxycarboxylate enthält.

Polymere Polyhydroxycarboxylate, die auch als POC-Komplexbildner bezeichnet werden, sind anionische Polymere, die - neben den als Gegenionen fungierenden Metallionen - nur die Elemente C, H, O enthalten. Die Besonderheit dieser Polymeren besteht darin, daß sie entlang ihrer Molekülketten neben Carboxylatgruppen auch Hydroxylgruppen aufweisen. Diese POC-Komplexbildner sind neuere bekannte Verbindungen, die beispielsweise ausführlich be-

4-, schrieben sind in den DE-OS 1904941 und 1904940. Es handelt sich bei diesen Verbindungen um geradlinige oder auch vernetzte, in der Hauptkette vorwiegend C-C-Bindungen enthaltende, Polymere, die Carboxyl- bzw. Carboxylatgruppen und Hydroxylgnippen in einem Verhältnis von mindestens 0,5, insbesondere im Verhältnis zwischen 1,1 und 16, vorzugsweise zwischen 2 und 9, aufweisen. Der Mindestpolymerisationsgrad dieser Polymeren ist 3, insbesondere 3 bis 5000, vorzugsweise 3 bis 600. In den genannten Literaturstellen sind in formelmäßiger Darstellung die Strukturelemente gezeigt, die zum Aufbau dieser Polymerenklasse beitragen. Diese POC-Komplexbildnsr sind schon für die verschiedensten Anwendungszwecke vorgeschlagen worden. Be-

_fcn kannt ist beispielsweise ihre Verwendung in Wasch-, Bleich- und Reinigungsmitteln, in Entfettungs- und Entrostungsbädern, allgemein als Metallionenträger, und zwar in Anwendungsgebieten verschiedenartigster Natur. Die Verwendung dieser an sich bekannten

_h- Komplexbildner für den bestimmten erfindungsgemäßen Zweck war jedoch bisher nicht bekannt. Es war dabei auch nicht vorherzusehen, daß ihre Anwendung gerade auf dem Gebiet der alkalischen Alumini-

umbeize derart hervorragende Ergebnisse liefert, wie sie mit der Lehre der Erfindung jetzt erhalten werden können. So haben beispielsweise vergleichende Untersuchungen gezeigt, daß mit den erfindungsgemäßen Bädern zur Einstellung einer gleichen Einebnung der Aluminiumoberfläche eine Einsparung des Abtrags von 30 bis 80% gegenüber üblichen Beizen gleicher Zusammensetzung, jedoch ohne Mitverwendung des POC-KompIexbildners erreicht werden kann. Gleichzeitig wird mit der erfindungsgemäßen Badzusammensetzung eine wesentlich verbesserte Mattierung der Aluminiumoberfläche erzielt. Die erfindungsgemäßen Bäder bzw. Badzusammensetzungen enthalten die polymeren Polyhydroxycarboxylate zweckmäßig in einer Konzentration von 0,1 bis 100 g/l, insbesondere in Mengen von etwa 1 bis 40 g/l.

Die sonstige Beschaffenheit des alkalischen Ätzbades entspricht dem allgemein bekannten Wissen. So kann schon im schwach-basischen Bereich (etwa ab pH 10, vorzugsweise mit einer AJ.kalinität von wenigstens pH 12) gearbeitet werden, wobei das Arbeiten mit sehr starken alkalischen Bädern (pH 14) bevorzugtsein kann. Die zur Beize üblicherweise eingesetzten Komponenten können in einer Konzentration von wenigstens 30, vorzugsweise wenigstens 50 g/l bis zur Sättigungskonzentration im Bad vorliegen. Besonders geeignet ist häufig das Arbeiten mit Bädern, die etwa 50 bis 300 g/I der Ätzalkalien bzw. ätzenden Salze enthalten.

Die erfindungsgemäßen Bäder sind nicht nur zur mattierenden Oberflächenbehandlung von Aluminiumwerkstücken geeignet, auch Bäder mit stärkerer Ätzwirkung, beispielsweise zur chemischen Formgebung, wie chemisches Fräsen, werden in ihrer Standzeit und ihrer Handhabbarkeit durch den erfindungs- r> gemäßen Zusatz der POC-Komplexbildner wesentlich verbessert.

Das Arbeiten mit den alkalischen Ätzbädern gemäß der Erfindung erfolgt in üblicher Weise beispielsweise bei schwach erhöhten Temperaturen, die etwa im Bereich von 30 bis 80° C, vorzugsweise zwischen 40 und 60° C, liegen können. Die sich bei längerer Arbeitsweise einstellenden Verluste an Alkali- bzw. POC-Komplexbildner können absatzweise oder kontinuierlich wieder ausgeglichen werden. Die bei der « Verfahrensdurchführung anfallenden Fällungsprodukte der bereits erwähnten Art werden zweckmäßigerweise, jedoch nicht notwendigerweise, ebenfalls absatzweise und/oder kontinuierlich aus dem Ätzbad entfernt.

Im folgenden sind geeignete wäßrige Badzusammensetzungen der Erfindung und bevorzugte Arbeitstemperaturen und Behandlungszeiten für die einebnende mattierende Oberflächenätzung von Aluminium br.w. Aluminiumlegierungen zusammengestellt.

Beispiel
97 g/l Natriumhydroxyd

3 g/l polymeres Polyhydroxycarboxyiat
Arbeitstemperatur·. 40 bis 70° C
Behandlungszeit: 5 bis 10 Minuten

Beispiel 2

50 g/l Kaliumhydroxyd
5 g/l polymeres Polyhydroxycarboxyiat
Arbeitstemperatur: 50 bis 60° C
Behandlungszeit: 5 bis 10 Minuten

60

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Beispiel 3

50 g/I Natriumhydroxyd 40 g/l Natriumcarbonat 5 g/l polymeres Polyhydroxycarboxylat 10 g/l Trinatriumphosphat Arbeitstemperatur: 40 bis 60° C Behandlungszeit: 5 bis 10 Minuten

Beispiel 4

75 g/l Ätznatron 50 g/I Natriumnitrat

7,5 g/l polymeres Polyhydroxycarboxylat Arbeitstemperatur: 40 bis 70° C Behandlungszeit: 3 bis 10 Minuten

Beispiel 5

60 g/l Natriumhydroxyd 20 g/I Natriumcarbonat 10 g/l Natriumchlorid 5 g/i polymeres Polyhydroxycarboxylat 5 g/l Trinatriumphosphat Arbeitstemperatur: 50 bis 60° C Behandlungszeit: 5 bis 10 Minuten

Beispiel 6

50 g/l Natriumhydroxyd 50 g/I Natriumnitrit 10 g/I polymeres Polyhydroxycarboxylat Arbeitstemperatur: 50 bis 60° C Behandlungszeit: 5 bis 10 Minuten

Beispiel 7

75 g/I Natriumhydroxyd 25 g/l Natriumnitrat 25 g/l Natriumnitrit 10 g/I polymeres Polyhydroxycarboxylat Arbeitstemperatur: 50 bis 60° C Behandlungszeit: 5 bis 10 Minute«!

Beispiel 8

125 g/l Natriumhydroxyd 100 g/l Natriumnitrat 25 g/l polymeres Polyhydroxycarboxylat Arbeitstemperatur: 40 bis 60° C Behandlungszeit: 3 bis 10 Minuten

Beispiel 9 50 g/I Natriumcarbonat 25 g/l Natriumhydroxyd 15 g/l Natriumchlorid 5 g/l polymeres Polyhydroxycarboxylat Arbeitstemperatur: 40 bis 60° C Behandlungszeit: 5 bis 10 Minuten

Beispiel 85 g/l Natriumnitrat 10 g/l Natriumhydrogenphosphat

5 g/l Trinatriumphosphat 60 g/l Natriumhydroxyd

5 g/l polymeres Polyhydroxycarboxylat Arbeitstemperatur: 40 bis 60° C Behandlungszeit: 5 bis 10 Minuten

Beispiel 50 g/I Natriumhydroxyd 40 g/l Natriumcarbonat 7 g/l Trinatriumphosphat 3 g/l polymeres Polyhydroxycarboxylat

5 g/l waschaktive Substanz Arbeitstemperatur: 40 bis 75° C Behandlungszeit: 5 bis 10 Minuten

Beispiel 12 IO g/l Natriumhydroxyd 30 g/l Natriumcarbonat 30 g/l Trinatriumphosphat 3 g/l polymeres Polyhydroxycarboxylat 5 g/l waschaktive Substanz Arbeitstemperatur: 30 bis 75° C Behandlungszeit: 5 bis 15 Minuten

Claims

Patentansprüche:

1. Alkalisches wäßriges Bad zum Ätzen von Aluminium und Aluminiumlegierungen, das Ätznatron und/oder Ätzkali und/oder Alkalisalze der Phosphorsäure, Kohlensäure, Salpetersäure, Salzsäure und gegebenenfalls Netzmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich polymere Polyhydroxycarboxylate enthält.

2. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die polymeren Polyhydroxycarboxylate in einer Konzentration von Ü,l bis 100 g/I, vorzugsweise 1 bis 40 g/1 vorliegen.