DE2714394A1 - Verfahren zum einfaerben von oxidschichten mittels thermotransferdruck - Google Patents
Verfahren zum einfaerben von oxidschichten mittels thermotransferdruckInfo
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Description
3 27U394
u.Z.: L 383 M · 30. März 1977
(Dr. SchN/smh)
Verfahren zum Einfärben von Oxidschichten mittels Thermotransferdruck
Priorität: 3. Feb. 1977 Schweiz Nr. 1350/77
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einfärben von auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen anodisch erzeugten
Oxidschichten mittels Thermotransferdruck.
Aluminium und Legierungen auf der Basis von Aluminium werden in Form von Fertigfabrikaten oder Halbzeugen, an welche erhöhte
Anforderungen betreffend Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit sowie dekoratives Aussehen gestellt werden,
anodisch oxidiert.
In Elektrolyten, welche im allgemeinen aus verdünnter Schwefelsäure, gelegentlich mit Zusätzen an Oxalsäure, weniger
oft nur aus verdünnter Oxalsäure oder aus verdünnter Phosphorsäure oder verdünnter Chromsäure bestehen, wird unter
Einwirkung des elektrischen Stromes, vorwiegend in Form von Gleichstrom, seltener in Form von Wechselstrom oder durch
Abwechslung oder Ueberlagerung von Wechselstrom und Gleichstrom, an den als Anode geschalteten Werkstücken oder Halbzeugen
eine Oxidschicht aufgebaut.
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Diese Oxidschichten bestehen im allgemeinen aus einer sehr dünnen, nahezu porenfreien, dielektrischen Grundschicht,
der sogenannten Sperrschicht und einer darüberliegenden feinporigen Deckschicht. Die Sperrschicht regeneriert sich
durch Umwandlung von Aluminium in Aluminiumoxid mit derselben Geschwindigkeit, wie aus ihr beim Vorgang der
anodischen Oxidation die Deckschicht entsteht.
Die Deckschicht besteht aus Faserbündeln, die im wesentlichen senkrecht zur Metalloberfläche angeordnet und bei
der Verwendung von verdünnter Schwefelsäure als Elektrolyt und Gleichstrom im allgemeinen transparent und farblos sind.
Um diesen anodischen Oxidschichten auf Aluminium Farbeffekte
zu verleihen, existiert eine Vielzahl von Verfahren. Diese Verfahren kann man nach ihrer Arbeitsweise in 4 Gruppen einteilen:
1. Erzielung von Farbeffekten durch Verwendung von speziellen Elektrolyten z.B. wässerige Lösungen von Carbon-,
säuren oder Sulfosäuren.
2. Einlagerung von Metallen in die Poren der Faserbündel der Deckschicht einer transparenten farblosen Oxidschicht
durch Wechselstrombehandlung in wässerigen Metallsalzlösungen.
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3. Einlagerung von anorganischen Picrmenten oder organischen
Farbstoffen in die Poren der Faserbündel der Deckschicht einer transparenten farblosen anodischen
Oxidschicht durch Tauchen in warme, den färbenden Stoff enthaltende Bäder.
4. Einlagerung von organischen Farbstoffen in die Poren der Faserbündel der Deckschicht einer transparenten,
farblosen anodischen Oxidschicht dadurch, dass hydrolysebeständige sublimierfähige Farbstoffe, welche auf
eine Vorlage, z.B. Papiervorlage gedruckt sind, in unmittelbarem Kontakt mit der saugfähigen anodischen
Oxidschicht unter Einwirkung von Wärme in die Poren der Faserbündel aufgesaugt werden. Die für dieses Verfahren
geeigneten Farbstoffe sind Dispersionsfarbstoff auf der Basis entweder von Anthrachinon, wobei in
wenigstens einer der Stellen, 1, 4, 5 oder 8 entweder H, OH-, Amino- oder Amidogruppen mit wenigstens einem
aktiven Wasserstoff vorliegen, oder Azofarbstoffe mit einer OH-Gruppe zur Ortho-Steilung der Azogruppe oder
Farbstoffe mit einer 1,3-Indandiongruppe.
Nach dem Arbeitsgang der Farbgebung durch Einlagerung werden die Poren der Faserbündel der anodischen Oxidschicht, welche
nun farbgebende Stoffe enthalten, durch eine Behandlung in
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heissem entionisierten Wasser oder Wasserdampf verschlossen bzw. verdichtet. Dabei erfolgt zumindest teilweise eine Umwandlung
des Al-O der frisch erzeugten Oxidschicht in AlOOH, sogenannten Pseudoböhmit.
Betrachtet man die vier verschiedenen Verfahren der Farbgebung anodischer Oxidschichten auf Aluminium, so wird klar,
dass mehrfarbige, gemusterte oder bebilderte anodische Oxidschichten mit kommerziell vertretbarem Aufwand in besonders
vorteilhafter Weise nach dem vorgängig unter Punkt 4 genannten Verfahren der Uebertragung von sublimierbaren Farbstoffen
von einer Papiervorlage unter Einwirkung von Kontaktdruck und Temperatur dem sogenannten Thermotransferdruck
herstellbar sind.
Dieses schon seit geraumer Zeit bekannte Verfahren konnte sich bisher zu keiner brauchbaren Technik entwickeln, weil
es an dem gravierenden Nachteil krankte, dass beim Transferieren der hydrolysebeständigen, sublimierfähigen organischen
Farbstoffe von der Vorlage in die saugfähige anodische Oxidschicht von 5 bis 20 um Dicke durch Einwirkung der für den
Farbstoffübergang notwendigen Temperaturen von 120°C bis 220 C feine Haarrisse in der anodischen Oxidschicht entstanden,
welche insbesondere bei Betrachtung unter spitzen Einfallswinkeln des Lichtes sehr störend wirkten.
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^ 27U39A
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zuqrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches eine Transferierung
der sublimierfähigen, hydrolysebeständigen Farbstoffe von
der Vorlage in die anodische Oxidschicht gestattet, ohne dass diese durch die Einwirkung der Temperatur nachher die
genannten störenden Haarrisse aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als die Farbe aufnehmende anodisch erzeugte Oxidschichten solche
verwendet werden, die eine Dicke von 5 bis 25 jum aufweisen
und im nicht verdichteten Zustand eine rissfreie Dehnfähigkeit von mindestens 0,65 o/oo zeigen, und wobei das Verhältnis
der rissfreien Dehnfähigkeit der anodisch erzeugten Oxidschicht im unverdichteten Zustand zur rissfreien Dehnfähigkeit
im eingefärbten und unverdichteten Zustand zwischen 1:1,2 bis 1:5,5 liegt.
Bevorzugt liegt die Dicke der anodischen Oxidschicht zwischen 10 und 22 yum, die rissfreie Dehnfähigkeit im unbedruckten und
nichtverdichteten Zustand zwischen 0,7 und 4 o/oo und das Verhältnis der rissfreien Dehnbarkeit im unbedruckten und
nichtverdichteten Zustand zum bedruckten, noch unverdichteten Zustand zwischen 1:1,7 bis 1:5.
ünfangreiche Versuche haben ergeben, dass die rissfreie
Dehnbarkeit der eingefärbten, unverdichteten Oxidschichten
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bei Verwendung der üblichen Farbstoffe - z.B. auf Anthrachinon-Basis,
Azofarbstoffe oder Farbstoffe mit einer Indandiongruppe - in der Hauptsache durch die Anodisierbedingungen
und die eingesetzte Legierung bestimmt wird, d.h. weitgehend von der Art des verwendeten Farbstoffes unabhängig
ist. Weiter wurde gefunden, dass die rissfreie Dehnfähigkeit von eingefärbten, unverdichteten Oxidschichten
zwischen 3 ,4 und 6 o/oo liegt und nicht als Funktion der rissfreien Dehnbarkeit der Oxidschichten im unbedruckten
Zustand dargestellt werden kann. Somit stellt sie eine charakteristische Eigenschaft von anodisch erzeugten Oxidschichten
dar.
Im eingefärbten und verdichteten Endzustand weisen anodische Oxidschichten eine rissfreie Dehnfähigkeit von 3,3 bis
5 o/oo auf. Es wurde dabei ersichtlich, dass die Dehnbarkeit der Schichten durch den Verdichtungsvorgang in den meisten
Fällen in einer Grössenordnung bis zu 0,6 o/oo vermindert wird. Der Abriebwiderstand bzw. die Abriebhärte, bestimmt
durch die Abrasimeterprüfung nach Haueisen, zeigte keine Abhängigkeit von den erfindungsgemäss geforderten Eigenschaften
der Oxidschichten. Bei Schichten, die im gleichen Elektrolyten mit der gleichen Stromart (Gleichstrom, Wechselstrom
usw.) hergestellt wurden, konnten keine Unterschiede im Abriebwiderstand festgestellt werden, unabhängig davon,
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27U397,
ob in den Oxidschichten durch den Thermotransferdruck
Haarrisse erzeugt wurden oder nicht.
Die erfindungsgemäss geforderten Eigenschaften der saugfähigen
Oxidschichten, werden durch das gezielte Zusammenwirken folgende*· Einflussgrössen erhalten:
a) Legierung und Zustand der zu anodisierenden Werkstücke oder Halbzeuge, insbesondere Bleche und
Profile
b) Elektrolytzusanunensetzung und -konzentration
c) Elektrolyttemperatur
d) Stromdichte
Als besonders geeignet haben sich Oxidschichten erwiesen, die auf AlMg-Legierungen mit 0,5 bis 4 % Magnesium, bevorzugt
1 bis 3 % Magnesium erzeugt werden. Diese Legierunaen werden bevorzugt im halbharten Zustand nach DIN 17007 Bl.
in gewalzter oder rückentfestigter Form verwendet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von zwei Beispielen näher erläutert:
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27U394 ΊΟ
Beispiel 1 .·,.'■
Auf einem 0,8 mm dicken Blech aus einer AlMg 1,5-Legierung
(Eloxalqualität), halbhart gewalzt, wurde anodisch eine 19 pn dicke Oxidschicht erzeugt, die unverdichtet eine rissfreie
Dehnfähigkeit von 0,8 o/oo aufwies.
Von einer Vorlage, bestehend aus einem für Tiefdruck ieeigneten
Papier, auf dem im Tiefdruckverfahren verschiedene hydrolysebeständige, sublimierfähige Dispersionsfarbstoffe
in einem Motiv spiegelbildlich aufgedruckt sind, werden die Farbstoffe unter einer Presse bei Einwirkung einer Temperatur
von 180 C während einer Minute bei einem Druck von
2
0,1 kp/cm in die anodische Oxidschicht übertragen, welche das bunte Motiv nunmehr seitenrichtig trägt. Die anodische Oxidschicht zeigte keine Haarrisse und wies in diesem bedruckten unverdichteten Zustand eine rissfreie Dehnfähigkeit von 3,7 o/oo auf. Das Verhältnis der rissfreien Dehnfähigkeit im nichteingefärbten Zustand zum eingefärbten unverdichteten Zustand betrug demzufolge 1:4,6.
0,1 kp/cm in die anodische Oxidschicht übertragen, welche das bunte Motiv nunmehr seitenrichtig trägt. Die anodische Oxidschicht zeigte keine Haarrisse und wies in diesem bedruckten unverdichteten Zustand eine rissfreie Dehnfähigkeit von 3,7 o/oo auf. Das Verhältnis der rissfreien Dehnfähigkeit im nichteingefärbten Zustand zum eingefärbten unverdichteten Zustand betrug demzufolge 1:4,6.
Anschliessend wurde die anodisch erzeugte eingefärbte Oxidschicht in einem Bad von entionisiertem kochendem
Wasser mit Zusätzen an handelsüblichen Sealsalzen während 45 min. verdichtet, d.h. die Poren der anodischen Oxidschicht
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welche nun auf ihrem Grund die hydrolysebeständige sublimierfähigen
Farbstoffe enthalten werden durch Bildung von Aluminiumhydraten geschlossen.
Nach dieser Verdichtungsbehandlung weist die anodische Oxidschicht eine rissfreie Dehnfähigkeit von 3,5 o/oo auf
und eine Abriebhärte nach Haueisen von 8,3 see pro um Schichtdicke.
Im Gegensatz zu Beispiel 1 zeigt Beispiel 2 das Verhalten einer für den Thermotransferdruck ungeeigneten Oxidschicht.
Auf einem Blech des gleichen Typs wie in Beispiel 1 wurde anodisch eine 19 jum dicke Oxidschicht erzeugt, die unverdichtet
und nicht eingefärbt eine rissfreie Dehnfähigkeit von 0,63 o/oo aufwies.
Vor einer Vorlage, bestehend aus einem für Tiefdruck geeigneten Papier, auf dem in Tiefdruckverfahren verschiedene
hydrolysebeständige, sublimierfähige Dispersionsfarbstoffe in einem Motiv spiegelbildlich aufgedruckt sind, wurden die
Farbstoffe unter einer Presse bei Einwirkung einer Tempera-
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27U394
tür von 180°C während einer Minute bei einem Druck von
0,1 kp/cm in die anodische Oxidschicht übertragen, welche
das bunte Motiv sodann seitenrichtig enthielt.
Diese anodische Oxidschicht zeigt feine Haarrisse welche bei Betrachtung des Bildes mit freiem Auge unter spitzem
Winkel zur Horizontalen des einfallenden Lichtes sehr störend wirken.
Die rissfreie Dehnfähigkeit dieser Oxidschicht im bedruckten unverdichteten Zustand beträgt 3,7 o/oo und das Verhältnis
der rissfreien Dehnbarkeit im nichteingefärbten unverdichteten Zustand zum eingefärbten unverdichteten Zustand
1:5,9.
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Claims (7)
- 27U394^- ~ PATENTANSPRÜCHEVerfahren zum Einfärben von auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen anodisch erzeugten Oxidschichten mittels des Thermotransferdruck-Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, dass als die Farbe aufnehmende anodisch erzeugte Oxidschichten solche verwendet werden, die eine Dicke von 5 bis 25 ium aufweisen und im nicht verdichteten Zustand eine rissfreie Dehnfähigkeit von mf&estens 0,65 o/oo zeigen, und wobei das Verhältnis der rissfreien Dehnfähigkeit der anodisch erzeugten Oxidschicht im unverdichteten Zustand zur rissfreien Dehnfähigkeit im eingefärbten und unverdichteten Zustand zwischen 1:1,2 bis 1:5,5 liegt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, . dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Oxidschicht 10 bis 22 pm beträgt.
- 3 · Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rissfreie Dehnfähigkeit der Oxidschicht im frisch erzeugten und nicht verdichteten Zustand zwischen 0,7 und 4 o/oo beträgt.809832/055B .ORIGINAL INSPECTEDti -27U394
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der rissfreien Dehnbarkeit im nichteingefärbten unverdichteten Zustand zum eingefärbten unverdichteten Zustand zwischen 1:1,7 und 1:5 liegt.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschicht auf einer AlMg-Legierung erzeugt wird, wobei der Magnesiumgehalt der Legierung zwischen 0,5 und 4 % liegt.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnesiumgehalt der AlMg-Legierung zwischen 1 und 3 % liegt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die AlMg-Legierung im halbharten Zustand nach DIN 17007 Bl. 4 eingesetzt wird.809832/0555
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