DE3301507A1 - Zusammensetzung zum kaltfixieren eloxierter oberflaechen von werkstuecken aus aluminium und deren legierungen - Google Patents

Description

• "Zusammensetzung zum Kaltfixieren eloxierter
• Oberflächen von Werkstücken aus Aluminium und deren Legierungen"-Die Erfindung bezieht sich auf eine Zusammensetzung zum Kaltfixieren von eloxierten Oberflächen von Werkstücken aus Aluminium und dessen Legierungen.
• Um eine physikalisch-chemische Stabilisierung der Werkstücke aus Aluminium zu erzielen, werden die Oberflächen dieser Werkstücke eloxiert, d.h. künstlich oxidiert, um auf den Oberflächen die Bildung einer inerten Schicht aus Aluminiumoxyd zu erhalten.
• Diese Schicht hat die Aufgabe, die darunterliegende metallische Oberfläche vor dem Einwirken atmosphärischer Stoffe und chemischer Bestandteile zu schützen. Diese Schicht besteht aus einer unteren Schutzschicht, die direkt am Grundmetall anhaftet und aus monohydriertem Aluminiumoxyd besteht, sowie aus einer oberen Schutzschicht, die aus trihydrierten Kristallen des Aluminiumoxyds besteht.
• Die Kristalle dieser zuletzt genannten Schicht weisen eine Porösität auf, die den Durchgang atmosphärischer Bestandteile erlaubt, und die somit im Inneren des Aluminiumtrihydrats ihre Zerstörungswirkung durchführen können, die bis zur Zerstörung ganzer Zonen der oberen Schutzschicht führen kann. Auf der Oberfläche der Aluminiumwerkstücke eventuell aufgebrachte Einfärbungen verbleiohen daher sehr schnell und die natürliche Einfärbung der Werkstücke erfährt eine schnelle Zersetzung. Das Werkstück weist eine durch Korrosion zersetzte Oberfläche mit Vernarbungen auf.
• Es ist daher erforderlich, die Oberfläche eloxierter Aluminiumwerkstücke zur Fixierung der Oxydschutzschicht und der auf ihr aufgetragenen Farbschicht zu behandeln.
• Diese Behandlung ist im Ausland unter der Bezeichnung colmatage (französisch) und "sealing" (englisch) bekannt. Ublicherweise erzielt man die Fixierung des trihydrierten Oxyds durch Eintauchen der eloxierten Aluminiumwerkstücke in ein Bad, bestehend aus metallischen Salzen, die auf 95 - 100°C erhitzt werden; mit dieser Behandlung erreicht man die Umwandlung des Aluminiumtrihydrats in Monohydrat, welches wesentlich stabiler ist, und ferner wird gleichzeitig das Auffüllen der Poren der obersten Schicht erzielt.
• Eine weitere, herkömmliche Behandlungsweise besteht im Eintauchen der eloxierten Aluminiumwerkstücke in ein Bad, das entmineralisiertes Wasser enthält und sich fast auf Siedetemperatur befindet. Eine Abwandlung besteht darin, daß die WerkstUcke einer gesättigten Dampfatmosphäre ausgesetzt werden. In diesem Fall erhält man lediglich die Schliessung der Poren der obersten Schutzschicht aufgrund einer Umwandlung des Trihydrats in Monohydrat; ein Auffüllen der Poren erfolgt jedoch nicht.
• Die beschriebenen Verfahren weisen zahlreiche Nachteile auf: Der erste Nachteil ist im erheblichen Energieaufwand zum Erwärmen der Bäder und zum Beibehalten der Badtemperatur in der Nähe des Siedepunktes von Wasser während der gesamten Behandlungsphase zu sehen. Es handelt sich in diesen Fällen um Wannen mit einem Fassungsvermögen bis zu 30.000 Liter Flüssigkeit, die auf 95-1O00C erhitzt und ständig auf dieser Temperatur zu halten ist.
• Die herkömmlichen Behandlungsschritte sind ferner sehr langwierig; üblicherweise benötigt man 50-60 min., um eine 20,/u dicke Alumniumoxydschicht zu fixieren, was die Ausnutzung der Anlage erheblich einschränkt.
• Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß ein blumenhaftes Ablagern von anorganischen Salzen auf der behandelten Oberfläche des Werkstückes erfolgt. Das Vorhandensein dieses Materials, das ein Nebenprodukt des Fixiervorganges des Aluminiumoxyds darstellt, ist äußerst unerwunscht, da ein Entfernen dieses Produktes und ein Polieren und Säubern der Werkstücke erforderlich ist.
• Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren ist in der Abscheidung erheblicher und schädlicher Dampfmengen aus den auf Siedetemperatur des Wassers erwärmten Bädern zu sehen.
• Diese Abscheidung von Dämpfen beeinträchtigt das ökologische Gleichgewicht in den Arbeitsräumen.
• Aufgabe der vorstehenden Erfindung ist es, die vorbeschriebenen Nachteile der bekannten Lösungen zu vermeiden.
• Die Erfindung besteht darin, daß die Zusammensetzung aus einer wäßrigen Lösung besteht, die 0,01 - 5 Gewichts-% Fluor enthält.
• Durch die Erfindung wird der erhebliche Energieaufwand zum Erhitzen der bekannten Lösungen vermieden. Außerdem wird kein Dampf erzeugt, so daß die atmosphärischen Bedingungen in den Arbeitsräumen wesentlich verbessert werden. Ferner werden die Bearbeitungszeiten verkürzt. Schließlich wird vermieden, daß sich eine Pulverschicht auf der Oberfläche des Werkstückes absetzt.
• Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist das gelöste Fluor eine Oxydationszahl von -1 auf, und liegt in Form von Ionen, Gruppen oder deren Kombinationen in Lösungsform vor.
• Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Lösung 0,01-5 Gewichts- einer oder mehrerer der folgenden Ionen oder Ionengruppen auf: Nickel-Ion, B03 BF4-, Co++, NH4+, NO3, PO4--, SO4, SiO3--, SiF6--, Cl-, C1O;L.
• Diese Ionen stammen nach einem weiteren Merkmal der Erfindung von Salzen ab, deren Kationen alkalische Metalle der ersten und der zweiten Gruppe oder Ubergangsmetalle sind.
• Der pH-Wert der Lösung ist während der Behandlungsphase erfindungsgemäß auf einem Wert zwischen 3 und 7,5 zu halten.
• Auch das erfindungsgemässe Verfahren zum Kaltfixieren der eloxierten Oberfläche der AluminiumwerkstUcke ist Bestandteil der Erfindung. Dieses besteht darin, daß die Werkstücke in ein Bad einige Minuten, vorzugsweise 3-15 Minuten, getaucht werden, das aus einer Lösung von 0,01 - 5 Gewichts-% Fluor in Wasser besteht, auf einer Temperatur von ca. 25 -600C gehalten wird und einen pH-Wert zwischen 3 und 7,5 hat.
• Weitere Beispiele für Salze und Ionengruppen des Fluors, die in der erfindungsgemässen Lösung Verwendung finden können, sind: Kaliumfluorid, Litium, Bortetrafluorid oder andere.
• Auch die Konzentrationslösung dieser Ionen kann zwischen 0,01 - 5 Gewichts-% variieren.
• Eine besonders vorteilhafte Säure für den erfindungsgemässen Zweck ist H2S04.
• In der Kaltfixierungsbehandlung des Aluminiums, entsprechend der vorstehenden Erfindung, werden die Werkstücke, die einer Eloxierung, einer organischen Färbung, einer anorganischen Färbung, einer Elektrofärbung oder anderen Verfahren unterzogen wurden, in Wasser gewaschen und in die beschriebene Fluorlösung getaucht. Die Tauchzeit schwankt zwischen 3 und 15 min. Die Badtemperatur liegt zwischen 25 - 600C. Es wurde beobachtet, daß für Temperaturen, die außerhalb dieses Bereiches liegen, die Behandlungszeiten zunehmen.
• Die eloxierten Werkstücke, nach Eintauchen in das Bad, werden einer Trocknung unterzogen, um anschliessend verpackt zu werden. Die Fixierung des Aluminiumoxyds ist innerhalb der folgenden 24 Stunden nach der Behandlung abgeschlossen.
• Das Enderzeugnis weist eine glänzende, gleichmässige Oberfläche auf, die vollständig frei von pulverförmigen Ablagerungen anorganischer Salze, auch nach längerer Zeit, ist, und es sind keine weiteren Endbehandlungen mehr erforderlich.
• Es wird angenommen, daß die erfindungsgemässe Lösung die netzartige Verteilung der Oxydkristalle verändert und die Porösität zunichi macht.
• Vergleichsbeispiel Eine herkömmliche Lösung zum Behandeln eloxierter Aluminiumwerkstücke wurde unter Verwendung von entmineralisiertem Wasser vorbereitet. Das mit dieser Lösung hergestellte Bad (100 1) wurde auf 980 C erhitzt, und anschliessend wurden in dieses Bad eloxierte Aluminiummuster eingetaucht. Die für diese Behandlung erfolgten Messungen und Feststellungen für die behandelten Werkstücke führen 48 Stunden nach der Fixierbehandlung der Werkstücke zu folgenden Ergebnissen: Behandlungszeit im Bade zur Erzielung einer Oxydschicht von 20 Micron: 50 Minuten; Badtemperatur: 980C; Erforderliche thermische Energie: 8.800 Kcal; Vorhandensein von pulverförmigen Ablagerungen auf den behandelten Mustern: ja; Erforderliche Endbehandlung: ja.
• Erfindungsgemässes Beispiel: Einem Liter entionisiertem Wasser wurden 3 g NaF, 20 g NiS04* 6H20 und 1 g Na2S04 beigemischt. Es erfolgte ein Rühren bis zur Auflösung. Die Lösung wurde gefiltert, und der pH-Wert wurde unter Zufügung von verdünnter H2504 auf einen Wert von 5,5 eingestellt. Die so hergestellte Lösung wurde auf eine Temperatur von 250C erhitzt, die zu behandelnden Aluminiumwerkstücke wurden 6 min. in dieses Lösungsbad eingetaucht und anschliessend einer Lufttrocknung ausgesetzt. Die für diese Behandlung durchgeführten Messungen und Prüfungen der Werkstücke nach 48 Stunden der Fixierbehandlung erbrachten folgende Ergebnisse: Behandlungszeit im Bad zur Erzeugung einer Oxydschicht von 20 Micron auf den Werkstücken: 6 min; Badtemperatur: 25°C; Erforderliche thermische Energiemenge: 1.500 Kcal; Vorhandensein von pulverförmigen Ablagerungen auf den behandelten Mustern: nein; Notwendigkeit einer Endbehandlung: nein.

Claims (12)

1. AnsPrUche : 1. Zusammensetzung zum Kaltfixieren eloxierter Oberflächen von WerkstUcken aus Aluminium und deren Legierungen, g e k e n n z e i c h n e t durch eine wässrige Lösung, die 0,01 - 5 Gewichts-% Fluor enthält.
2. 2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das gelöste Fluor in Form von Ionen, Gruppen und Kombination derselben vorhanden ist.
3. 3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das gelöste Fluor von den Salzen stammt, deren Kationen alkalische Metalle der ersten und zweiten Gruppe sind.
4. 4. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der AnsprUche 1 bis 3, dadurch gek e n n z e i c h ne t daß sie aus einer Lösung von Natriumfluorid in entmineralisiertem Wasser besteht.
5. 5. Zusammensetzung nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß das gelöste Fluor von Salzen stammt, deren Kationen von Ubergangsmetallen stammen.
6. 6. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß sie 0,01 - 5 Gewichts-% eines oder mehrerer der folgenden Ionen aufweist: Nickel-Ion, BO BF4 , Co++, N03 , P04~~~, S04~~, SiO Sir6~~, Cl-, ClO3-, NH4+.
7. 7. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die genannten Ionen von Salzen stammen, deren Katione alkalische Metalle der ersten und der zweiten Gruppe sind.
8. 8. Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die genannten Ionen von Salzen stammen, deren Kationen Ubergangsmetalle sind.
9. 9. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in dieser eine insbesondere anorganische Säure in einer Menge vorhanden ist, die einen pH-Wert zwischen 3 und 7,5, vorzugsweise 4,5 und 7, bewirkt.
10. 10. Zusammensetzung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß deren Temperatur zwischen 250 und 600C liegt.
11. 11. Verfahren zum Kaltfixieren der eloxierten Oberfläche von Werkstücken aus Aluminium und dessen Legierungen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t -, daß die Werkstücke in ein Bad einige Minuten, vorzugsweise 3 - 15 Minuten, eingetaucht werden, das aus einer Lösung von 0,01 - 5 Gewichts-% Fluor in Wasser besteht, auf einer Temperatur von ca. 25 - 60° gehalten wird und einen pH-Wert zwischen 3 und 7,5 hat.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß in dem Bad eines der folgenden Ionen enthalten ist: Nickel-Ion, B03 BF4-, Co++, NH4+, NO3-, PO4---, SO4--, SiO3--, SiF6--, Cl-, ClO3-.