DE2805658A1

DE2805658A1 - Verfahren zur elektrolytischen faerbung des nicht anodisierten aluminiums und seiner nicht anodisierten legierungen

Info

Publication number: DE2805658A1
Application number: DE19782805658
Authority: DE
Inventors: Gabriel Colombier; Jos Patrie
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1977-02-11
Filing date: 1978-02-10
Publication date: 1978-08-17
Also published as: US4115212A; DE2805658B2; FR2380357B1; JPS5654399B2; DE2805658C3; GB1598939A; BE863859A; IT1093837B; IT7820018A0; JPS53102843A; NL7801463A; FR2380357A1

Description

30CIETE DE VENTE DE L'ALUMINIUM PECHINEY Paris, Frankreich

Verfahren zur elektrolytisches ^aroan^; des nicht anodisierten Aluminiums und seiner nicht anodisierten Legierungen

Die Erfindung besieht sich auf ein Verfahren zur elektr·:?- lytischen Färbung von Werkstücken aus Aluminium oder eirii-r Aluminiunilegierung, deren Oberfläche keine vorherige Anodisierungsbehandlung durchgemacht hat, für dekorative 'Jrfioa'.i^.

Irr. folgenden versteht man unter der:: '.,'ort ^!'Aluminium" so'ao. aas roine Heta11 als auch seine Legie

Die Mehrzahl der gegenwärtig bekannten Verfahren zur Färbung des Aluminiums bestehen in einer ersten Verfa-irensstufe darin, das zu färbende Metall su anodisieren, d. h. es der Wirkung eines elektrischen Stromes auszusetzen, v/obei es in eine passende leitende Lösung eingetaucht wii'd; unser diesen Bedingungen entwickelt sich auf der Oberfläche des Metalls eine mehr oder weniger poröse Oxidschicht. Ir:· eir^;.· zweiten Verfahrensstufe scheidet man in den Poren αleser Cc: ..c^:. organische Farbstoffe durch einfaches Eintauchon -ri Z'iuer dl-.-3 Stoffe oder besser von gefärbton 1 ignenteii ab, u:'c^s a:.::-cs. Elektrolyse mit V/echs eist rom im Inns re η oilier wässerig,:;". Lös mg von iMetallsalzen erhalten wurden, oolche V=-r'fa :i'ei: a La-.. I:. den FR-PS 1 i' J5 1B5 · 1 -■'" '"-S"? ^d 2 1-2 L2 / besc:.:-L-b--:..

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rfahrer; erz^i^z": dic^e Tarnung durch eine einzige co vr.lt n-scnselstrorr; in Gegenwart von .jilösüs-- .-Ifrtaili.. Laufe- deren es gleichzeitig eine Anodisierung des

und ein·? Abscheidung von aus derr. Elektrolvsebad tagenden farbig-ir. ^:.χάιη ar; seiner Oberfläehs gibt. Biet ist ei ds::: iix dor Jc₁-I-G JiI? ^9-Z beschriebenen Verfahren der

Alls diasc Verfahren orfo^'der-n, auf dei- Oben"lache des iT.lt.:r.i:ii-.i:;:3 eine O"iäsehicht mit gan:: besondoren Eigenschaften ss. habe;¹.: ausreichende Licke, die das Erhalten der dunklen Tarho: or...ojlicht, geeignete Porocitllt ^ur zvieckraäiigen Absoji'poioii ces ί"arbr.itoffes, Regelmäßigkeit der Dicke und der rorcöitUt :z;r Erzielung einer gleichmütigen Färbung, vollständige Beseitigung des die A-iodisi-3rung ermöglichenden Elektrolyten zur Vermeidung einer Korrosion des Substrats und ein /so. färbendes Ketall mit geeigneter Qualität.

Diese Bedingungen erlegen also ein heikle, mehr oder weniger lange, an elektrischer Energie vjegen der zu beachtenden iiindestoxiddicken kostspielige Technik auf, die allgemein in der Größenordnung von mehreren Zehnern von /Um liegen. Auisrderr: mui man nach Erhalten der Färbung noch einen KolmatierungsVerfahrensschritt der Oxidschicht zur Fixierung der järbung und zur Bestandigraachung gegenüber Medien, denen sie ausgesetzt viird, anschließen. Trotz aller dieser Vorsichtsmalnahmen zeigt es sich, daß für bestimmte Methoden, insbesondere iiT: Fall der organischen Färbung, eine geringe Festigkeit der erhaltenen Farben gegenüber dem Licht festzustellen ist; andererseits zeigen sich gewisse mechanische Oberflächenbeeinträchtigungen manchmal in für das Auge unangenehmen Farb-G c hviankumen.

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BAD ORIGINAL

Daher suchte und fand die Anmelderin in der Sorge, die bei allen bisherigen Techniken angetroffenen Schwierigkeiten zu meistern, ein einfaches, wirtschaftliches und derartiges Verfahren, das die Bewältigung eines erweiterten Bereichs von neuen Färbungen im Vergleich mit den bisher erhältlichen Farbtönen und außerdem solche Färbungen ermöglicht, die ihren Glanz unabhängig von der Dauer und dem Medium der Lichtaussetzung behalten und ebenfalls die Eigenschaft aufweisen, das Basismetall durch alle Aussehensarten, die man ihm anfangs verleihen konnte, durchscheinen zu lassen: glänzend, matt, satiniert usw.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur elektrolytischen Färbung von Werkstücken aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, mit dem Kennzeichen,daß man das zu färbende Werkstück zunächst ohne vorherige Anodisierung während einer Dauerunter 10 min der Wirkung eines Wechselstroms bei einer Spannung unter der Anodisierspannung des Aluminiums in einem Bad bei Raumtemperatur aussetzt, das einen pH-Wert unter 2 aufweist und Borsäure, wenigstens eine zur aus Schwefelsäure und Sulfaminsäure bestehenden Gruppe gehörende Säure, wenigstens ein Salz eines zur Gruppe Kupfer, Zinn, Silber, Nickel und Gold gehörenden Metalls enthält, dessen Anion zur Gruppe Sulfat, SuIfamat, Chlorid gehört, und man das so gefärbte Werkstück mit einer Schicht aus farblosem Lack überzieht.

Eines der Merkmale der Erfindung besteht also darin, ein vorher nicht anodisiertes Werkstück aus Aluminium, d. h. das keine Oxydationsbehandlung der Oberfläche durch Elektrolyse erfahren hat, nimmt; sicherlich kann diese Oberfläche Je nach dem Aussehen, das man am Ende erhalten will, Gegenstand von geeigneten Anfangsbehandlungen, wie z. B. mechanisches ■Polieren, Polieren, Glänzen, wenn man beispielsweise ein glänzendes Aussehen wünscht, feines Sandstrahlen, Körnen oder chemische Umwandlung, wenn man eine matte Oberfläche wünscht,

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Bürsten, Grobsandstrahlen, Beizen, falls ein Satiniereffekt angestrebt wird, gewesen seinj am häufigsten begnügt

man sich mit einer einfachen Entfettung mittels bekannter Lösungsmittel, wie z. B. Trichloräthylen oder Perchloräthylen. Jedoch nimmt man in keinem Fall eine vorherige Anodisierung vor.

Nachdem der Zustand des au färbenden Werkstücks so definiert ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren darauf angewandt, nämlich: man bringt es als Elektrode in einen wässerigen Elektrolysekreis ein, wo unter der kombinierten Wirkung verschiedener Faktoren ( Zeit, Stromart, Spannung,Temperatür, Zusammensetzung des Bades, pH-Wert) sich der gewünschte Färbungseffekt entwickelt.

Diese verschiedenen Faktoren werden folgendermaßen präzisiert:

Ausschließlich Verwendung eines Wechselstroms, da jede Polarisation, auch von kurzer Dauer, eine Wirkung der Behinderung der entstehenden Färbung hat. Dieser Strom wird in den Stromkreis während einer variablen Zeit je nach der gewünschten Färbung und den anderen Elektrolysebedingungen geleitet, doch liegt er zwischen J>Q s und 10 min.

Die angelegte Spannung ist ebenfalls Funktion der anderen Elektrolysebedingungen und liegt zwischen 2 und 12 V, muß jedoch die Vorschrift erfüllen, nicht die Polarisationsspannung des Aluminiums zu erreichen, welche zum Auftreten von Aluminiumoxid an der Oberfläche des zu färbenden Werkstücks und zur Zerstörung des färbenden Films führen würde. Die anfänglich nahe 1 A/dm liegende Stromdichte sinkt schnell zu Beginn des Vorganges, um sich bei unterschiedlichen Vierten je nach der Zusammensetzung des Bades im Bereich von etwa 0,3 bis 0,8 A/dm zu stabilisieren.

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Dieses Verfahren läuft sehr gut bei Raumtemperatur ab, und es ist kein Vorgang zur Zuführung oder Regulierung von Wärmeströmen erforderlich.

Was das Bad betrifft, in das das zu färbende Werkstück aus Aluminium eingetaucht wird, so entspricht es den folgenden Herkraalen:

pH-Wert unter 2,'so daß es in einer Aziditätszone bleibt, wo sich nur die gefärbten Metallabscheidungen bilden,

die Gegenwart von Borsäure, II^BO^,, die die Tufferrolle für die Azidität des Mediums spielt und deren Konzentration

unter 50 g/l liegt,

die Gegenwart von Schwefelsäure oder Sulfaminsäure in einer Menge der Größenordnung von 2 g /1 für die erste. und von 2 bis IO g/l für die zweite,

die Gegenwart eines oder mehrerer Salze von Metallen, wie z. B. Kupfer, Zinn, Silber, Nickel und Gold, deren Anionen unter den Sulfaten,SuIfamaten und Chloriden gewählt sind und deren Menge Funktion des betrachteten Metalls und in jedem Fall unter 50 g/l ist.

Die Gegenelektrode besteht vorzugsweise bus einem Metall gleicher Art wie der des verwendeten Salzes.

Unter diesen Bedingungen führt die Elektrolyse zur Bildung eines sehr dünnen gefärbten Films einer Dicke unter 1 ,urn an der Oberfläche des Werkstücks aus Aluminium.

Im letzten ihrer Merkmale weist die Erfindung nach einem sorgfältigen Spülen mit demineralisiertem Wasser und einem Trocknen an Luft eine Behandlung des so erhaltenen Films auf,

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die im Eintauchen in einen farblosen Akryllack bekannter Art besteht, der nach Trocknen im Trockenofen zwischen 100 und 150 ⁰C während IC bis I5 min einen Schutzüberzug darstellt und dem Werkstück aus Aluminium ein glänzendes Aussehen gibt.

Bei einer besonderen Ausführungsart der Erfindung kann man, wenn man im Elektrolysebad eine SuIfaminsäurelösung verwendet, eventuell die Verwendung von Borsäure auslassen.

Das so beschriebene Verfahren ermöglicht das Erhalten eines Bereichs von Farben, der praktisch das gesamte Spektrum überdeckt, da sie vom Rot zum Gelb, zum Grün, zum Blau und zum Indigo reichen, ohne die zusammengesetzten Farben, wie z. B. die Grauschattierungen, Bronze und Braun zu zählen.

Dieser weite Bereich zusätzlich zur Tatsache, daß das metallische Substrat sein Aussehen durch den gefärbten Film hindurch bewahrt, macht aus diesem Verfahren eine Auswahlmethode zum Erhalten von Werkstücken, die zur Innen- oder Außendekoration ■von Bauwerken oder auch als einfachere Gegenstände, wie z. B. Skistöckenund anderen,wobei außerdem die erhaltene Färbung gegenüber dem Licht stabil ist und keine irgendwelche Änderung sogar nach längerem Aussetzen gegenüber ultravioletten Strahlen erleidet. Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren auf die Färbung von Aluminiumbändern durch eine kontinuierliche Behandlung anwendbar.

Die Erfindung wird anhand von Beispielen in einer Tabelle näher erläutert, wo für jedes Beispiel aufgeführt sind: Die Art des zu färbenden Metalls, die mit A₂^, A₁-, Aq be-

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zeichnet ist, wenn es sich um Aluminium mit 99,4 bzw. 99,5 bzw. 99,39 yo Aluaiiniumgehalt handelt, und mit "A-Z5G" für eine Legierung bezeichnet ist, die 5 /° Zink und Magnesium enthält.

Die Dauer der Behandlung in min die angelegte Spannung in V der pH-Wert des Elektrolysebades die Zusammensetzung dieses Bades.

OBLGIl^ INSPECTED

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COPY

tabelle

BeJsp. No.	Art des ge färbten Metalls	Dauer der elektroly- tisc hen Be handlung in Minuten	ange legte Spannung in V ι 1	9	pH-Wert des Elek- tro Iy tba - des	Zus a rnrne nse izung .des Bades in s/i.	erhal tene Farbe
1			! ο j 1 ί	β	1,5	Borsäure H₃BO, : 20 Kupfersul fat CuSO₄ : 5 Schwefel säure H₂SO₄ : 2	gelb grün
2		\ 3 : 8 J	ο	1,5	Wie Bap. I	rot
	Ar	■χ			Zinnsulfat SnSO₄ : 5 11,BO₃ : 20 TT ΡΛ _# O	grau
4	"A-Z5G"	CVI	1,4	Silber sulfat : Ag₂SO₄ : 0,5 H-5-B0-, : 20 H₂SO₄ : 2	gelb
5	ti λ _vrr'i	0,5	1,7	Nickel sulfat NiS O₄. 7H₂O : I5 H₃BO₃ : 30 H₂SO₄ : 2	bronze
	"Λ vrp"	1	1,2	Gold chlorid AuCl₃ : 0,1 Η,ΒΟ, : 20 ■^lO Jl *	heiIbI

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- ίο -

Beisp. No,	Art des ge färbten Metalls	Dauer der elektroly tischen Behandlung in Minuten	ange legte Spannung in V	pH-Wert des Elek trolyt bades	Zusammen setzung des Bades in g/l	2	erhal tene Farbe
7	"A-Z5G" -	1,5	8	0,9	Sulfatnin- s äur? HS 0-,NH^ : 10 CuSO₁^ : 5	2,5 : 15 5	gelb- grün
8		6	10	1,5	HSO₃NK₂ : 2,5 AuCl, :0,025 -> bis 0,5	2 20 0,125	stahl blau
9	"A-Z5G"	■ - " 2	8	1,6	HSO₃NH₂ NiSO₁,.TB)O :	hell- bron ze
j 10	"A-Z5G"	2	8	1,5	HS0,NH₂ SnSO₁, :	danke1- grau
11	^A5	VjJ	8	1,4	IBO₃NH₂ : NiS Q₁.7 H^O SnSO₂,	grau mit roten Reflacen
12	"A-Z5G"		8		H₂SO₄ H₃BO₃ : CuSO₁, : AuCl, :	grau- bronze

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Claims

Pa t e η t a ns pr Ue he

i. Verfahren zur elektrolytischen Färbung von Werkstücken aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet,daiS man das zu färbende Werkstück zunächst ohne vorherige Anodisierung während einer Dauer unter 10 min der Wirkung eines Wechselstroms bei einer Spannung unter der Anodisierspannung des Aluminiums in einem Bad bei Raumtemperatur aussetzt, das einen pH-Wert unter 2 aufweist und Borsäure, wenigstens eine zur aus Schwefelsäure und Sulfaminsäure bestehenden Gruppe gehörende Säure, wenigstens ein Salz eines zur Gruppe Kupfer, Zinn, Silber, Nickel und Gold gehörenden Metalls enthält, dessen Anion zur Gruppe Sulfat, SuIfamat, Chlorid gehört, und man das so gefärbte Werkstück mit einer Schicht aus farblosem Lack überzieht.

£. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß man Sulfaminsäure verwendet, wobei die Gegenwart von Borsäure nicht unerläßlich ist.

503-(3R I979)-TF

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ORIGINAL INSPECTED