DE2450175A1 - Verfahren zum elektrolytischen einfaerben von aluminium - Google Patents
Verfahren zum elektrolytischen einfaerben von aluminiumInfo
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- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing
- C25D11/20—Electrolytic after-treatment
- C25D11/22—Electrolytic after-treatment for colouring layers
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Description
SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, ChippiS
Verfahren zum elektrolytischen Einfärben von Aluminium
Priorität:
9. November 1973/Schweiz
Anmelde-Nr. 15 799/73
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrolytischen Einfärbung von anodischen Oxidüberzügen auf Aluminium
oder Aluminiumlegierungen mit Wechselstrom
Es ist bekannt, daß Oxidschichten auf Al und Al-Legierungen,
welche beispielsweise nach dem GS-Verfahren hergestellt worden sind, durch anschließende Wechselstrombehandlung in
sauren, wässrigen Metallsalzlösungen eingefärbt werden können. Durch die Ventilwirkung der Oxidschicht wird der Wechselstrom
weitgehend gleichgerichtet, und in der Phase, ±n welcher das Werkstück kathodisch ist, findet durch Reduktion der Kationen
eine Metallabscheidung in den Oxidporen statt.
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Für diese Metallabscheidung ist der pH-Bereich der Metallsalzlösung
von entscheidender Bedeutung. Die dabei freiwerdenden Protonen wirken sich in einem stark sauren Breich, in welchem die Protonenkonzentration schon hoch ist, nur wenig aus.
In einem schwach, sauren Bereich hingegen, in welchem die Protonenkonzentration um einige Zehnerpotenzen niedriger ist,
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ORIGINAL INSPECTED
haben die zusätzlichen Protonen eine bedeutende Auswirkung. Daher ist bei Elektrolyten mit Metallsalzen, deren Metalle
aus schwach sauren Lösungen, z.B. im pH-Bereich zwischen 1I
und 6, abgeschieden werden, eine bedeutende pH-Verschiebung zu erwarten. Die Pufferwirkung der Borsäure reicht nicht aus,
ein starkes Absinken des pH-Wertes zu vermeiden.
Die Zunahme an freier. Säure im Verlauf der Einfärbung erfolgt vor allem, wenn mit inerten Gegenelektroden, beispielsweise .
aus Grafit, gearbeitet wird.
Dem Ungleichgewicht der Elektrodenreaktion ist man bisher begegnet, indem für die pH-Einstellung Ammoniumhydroxid oder
allenfalls Alkalihydroxide verwendet worden sind. Das wirkt sich aber eher nachteilig aus, weil diese Zusätze in gewissen
Elektrolyten zu Pitting, d.h. nadelstich- oder punktförmigen Fehlstellen, und lokalem Abplatzen der Oxidschichten führen
können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einfärben von vorgängig anodisch oxidierten Gegenständen
aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch elektrolytisches Behandeln der Aluminiumoxidschicht mit Viechseistrom in
einem sauren, wässrigen Elektrolyten, der farbgebende Metallsalze enthält, zu entwickeln, mit welchem schnell und reproduzierbar
eine erhöhte Farbegalität erreicht werden kann. Damit sollen auch die erwähnten Mängel beseitigt werden. .;
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■ ■ 2450775;
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der
Elektrolyt mit einem Aminoalkoholzusatz versetzt wird. Dieser Zusatz kann zu einem bereits in Betrieb stehenden Elektrolyten
gegeben werden, um den in Verlauf des Einfärbeverfahrens sinkenden pH-Wert zu korrigieren. Die Aminoalkohole werden kontinuierlich
oder periodisch hinzugefügt, bis der gewünschte pH-Wert wieder erreicht ist.
Es ist vorteilhaft, bereits beim Ansetzen eines neuen Elektrolyten
einen Aminoalkoholzusatz vorzunehmen. Die erwünschte Wirkung, kann jedoch nur erzielt werden, wenn mindestens 1 g/l,
vorzugsweise mindestens 2 g/l eines Aminoalkohole hinzugefügt werden. Wenn durch diesen Zusatz der pH-Wert zu stark ansteigt,
so kann er durch Zugabe von Schwefeisäure korrigiert
werden.
Der Färbeelektrolyt kann alle bekannten Metallsalze enthalten, vorzugsweise die Ionen von mindestens einem der Metalle Ni,
Co, Cu, Sn, Ag, Fe.
Die Aminoalkoholzusätze, insbesondere Mono-, Di- und Triäthanolamin,
haben den Vorteil, dass einerseits der pH-Wert erhöht werden kann, andererseits günstigere Abscheidungsbedingungen
für die Metallionen entstehen. So wird beispielsweise wegen der erhöhten Leitfähigkeit die Farbegalität
der gefärbten Oxidschichten verbessert. Ein weiterer Verteil der Zusätze von Aminoalkoholen besteht darin,
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dass bei den üblich angewandten Färbezeiten eine. intensivere, dunklere Farbtönung erhalten wird. Für
einen bestimmten Farbton benötigt man also eine kürzere Färbezeit und/oder die Viechseistromspannung kann reduziert
werden. Ferner wird die Empfindlichkeit der Elektrolyte auf zufällige Verunreinigungen durch Alkali-, Erdalkali- und
Ammoniumioneh herabgesetzt, was sich derart äussert, dass bei
üblichen Bedingungen, auch bei dunklen Farben, keine nadelstich- und punktförmigen Fehlstellen auftreten.
Die gefärbten Aluminiumgegenstände werden vorzugsweise, aber nicht ausschliessüch, für dekorative Zwecke und in der
Aussenarchitektur eingesetzt.
Blechförmige Proben aus einer Aluminiumlegierung, welche aus
1,4 - 1,8* Mg, 0,4* Fe, 0,4* Si, 0,1 - 0,3* Mn, 0,1* Zn,
0,05* Cu, Rest Al mit üblichen Verunreinigungen, besteht, v/erden in Schwefelsäure anodisiert und anschliessend in einem
wässrigen Färbeelektrolyten, der
80 g/l CoSO. . 7 HO
4o g/i NisoJ . 7 h;o
40 g/l Η,ΒΟ; d
1 g/l CdSO^
enthält, bei einer Temperatur von 20 - 25°C mit Wechselstrom behandelt. Gegenüber der Mitte einer Probenfläche wird einseitig
ein Grafitstab mit 6 mm Durchmesser, in einem Abstand
von 8 cm, als Gegenelektrode benützt. '
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Beim Anlegen einer Spannung von 16 V/v während 120 see erhält
man eine Färbung mit einem mittelbronzenen Ton. Auf der der Grafit gegenele.kt ro de abgewandten Fläche zeigen die
Proben Farbunegalität in Form von dunklen Randflächen.
Werden die Proben unter gleichen Bedingungen während 15 min
einem Wechselstrom von 16 V/v unterworfen, so zeigen sie
eine schwarze Farbe. Wegen der tiefschwarzen Einfärbung sind keine Unregelmässigkeiten mehr festzustellen.
Rund 100 voranodisierte Proben mit einer Gesamtfläche von
1 m v/erden nacheinander in einem Elektrolyten gefärbt, wobei die Legierung der Proben, die Zusammensetzung des
Elektrolyten, die geometrische Anordnung, und die Wechselstromspannung mit Beispiel 1 übereinstimmen.
Im Verlauf des Einfärbens sinkt der pH von 4,7 auf 4,2; alle'Proben zeigen die in-Beispiel 1 erwähnte Farbunegalität.
Durch einen Zusatz von· 4 g/l Triäthanolamin zum Elektrolyten
wird der pH wieder von. 4,2 auf 4,7 erhöht. Anschliessend werden
wieder etwa 100 Proben gefärbt, indem Wechselstrom von 16 V angelegt wird. Nach nur 90 statt 120 see Behandlungszeit
erhält man denselben mittelbronzenen Ton wie in Beispiel 1, alle Proben zeigen auf beiden Flächen einj regelmässige Einrifci·
Im Verlauf des Einfärbens der 100 Proben sinkt der
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pH wiederum auf 4,2; er kann durch eine erneute Triäthanolaminzugabe
wieder erhöht werden.
Für eine Schwarzfärbung der gleichen Intensität wie in Beispiel 1 ist eine Behandlungszeit von lediglich 10 statt 15
min erforderlich.
.Durch den Zusatz von Triathänolamin kann also nicht nur der
ursprüngliche pH-Wert des Färbebades wieder hergestellt werden, es.ist auch eine Verkürzung der Färbezeit sowie eine
Verbesserung der Farbegalität erreichbar.
Dieses Beispiel zeigt auch, dass die gefärbten Proben erst die gewünschte Farbegalität aufweisen, wenn Triäthonolamin
zugegeben worden· ist. Bei einer wirtschaftlichen Anwendung
des Verfahrens müssen daher schon vor dem Einfärben mindestens 1 g/l eines Aminoalkohols zugegeben v/erden.
Voranodisierte Proben mit derselben Legierungszusammensetzung
wie in Beispiel 1 werden einem wässrigen Farbeelektrolyten,
der 20 g/l SnSO1. und 7 g/l H3SO11 enthält, was einen pH von
1,J» ergibt, bei 20-25°C mit Wechselstrom behandelt.
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Wenn der pH auf 1,3 gesunken ist, werden 3 g/l Monoäthanolamin zugegeben. Dadurch wird nicht nur der pH wieder auf 1,4
erhöht, auch die Farbegalität wird verbessert, und die Einfärbezeit verkürzt. Obwohl, abgesehen vom Monoäthanolaminzusatz,
mit gleichen Bedingungen wie bei üblichen Verfahren gearbeitet wird, kann also ein bestimmter Farbton aus der
erreichbaren Farbskala schneller und in besserer Qualität hergestellt werden.
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Claims (7)
1) Verfahren zum Einfärben von vorgängig anodisch oxidierten Gegenständen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch
elektrolytisches Behandeln der Aluminiumoxidschicht mit Wechselstrom in einem sauren, wässrigen Elektrolyten, der
farbgebende Metallsalze enthält, dadurch gekennze i chnet, daß der Elektrolyt mit einem Aminoalkoholzusatz
versetzt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der im Verlauf des Einfärbens sinkende pH-Wert durch einen Aminoalkoholzusatz
korrigiert wird.
3) Verfahren"nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim
Ansetzen eines neuen Elektrolyten mindestens 1 g/l eines Aminoalkohols zugegeben wird. „
4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
2 g/l eines Aminoalkohols zugegeben werden.
5) Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß
ein durch die Aminoalkoholzugabe vor dem Einfärben zu stärk
erhöhter pH-Wert mit Schwefelsäure korrigiert wird.
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6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Aminoalkohole Mono-, Di- oder Triäthanolamin sowie Mischungen
davon sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Elektrolyt die Ionen von mindestens einem der Metalle Ni, Co, Cu, Sn, Ag, Fe enthält.
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