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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anodisieren eines
Metallkörpers
unter Schwingrühren
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
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Stand der Technik
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Auf
dem Gebiet der Herstellung von Metallartikeln wie solchen aus Aluminium,
einer Aluminiumlegierung, Magnesium, einer Magnesiumlegierung usw.,
die auf der Oberfläche
eines Metallkörpers
einen mittels des Anodisierungsverfahrens aufgebrachten anodisch
erzeugten Oxidfilm aufweisen, ist die besteht die Anforderung den
Energieverbrauch zu senken und die Produktivität zu steigern und insbesondere
den Anodisierungsvorgang zu beschleunigen und die Effizienz der
Oxidfilmbildung zu verbessern. Weiter besteht die Anforderung den
Anodisierungsvorgang unter der Bedingung zu beschleunigen, dass
ein Anodisierbad mit höherer Temperatur
oder Raumtemperatur verwendet wird.
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Tatsächlich besteht
das wichtigste Problem beim herkömmlichen
Anodisierungsverfahren darin, dass eine sehr lange Verfahrensdauer
erforderlich ist, selbst wenn ein dünnerer Oxidfilm mit einer Dicke
von 10 bis 15 µm
gebildet wird. Daher muss der Anodisierungsvorgang in der Herstellungslinie
für den
Metallartikel, beispielsweise ein Fallfenster aus anodisiertem Aluminium,
unter Verwendung einer Vielzahl von parallel angeordneten Behandlungsvorrichtungen
erfolgen, um ein Stillstehen der Linie zu vermeiden, da der Anodisierungsvorgang
ungefähr
das 10- bis 15fache der Dauer beansprucht, doe der Vorbehandlungsvorgang
und der Nachbehandlungsvorgang erfordern.
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Der
Erfinder hat ein Anodisierungsverfahren vorgeschlagen, bei dem Mikroblasen
mit einem Durchmesser von 50 bis 80 µm kontinuierlich über die
zu behandelnde Oberfläche
des Aluminiumkörpers
geführt werden,
wodurch sich die Anodisierungsrate auf das 2- bis 3fache der Anodisierungsrate
im herkömmlichen Anodisierungsverfahren
erhöht.
Dieses Verfahren ist jedoch hinsichtlich der Behandlungsrate und
der Behandlungstemperatur immer noch unzureichend.
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Demgegenüber wird
in der veröffentlichten
Japanischen Patentanmeldung Nr. Sho-60-9600 ein Anodisierungsverfahren offenbart,
bei dem durch die Belüftungsvorrichtung
in dem Elektrolytbad zahlreiche Blasen mit einem Durchmesser von
0,001 bis 4 mm erzeugt werden, und die Blasen werden einer Schwingung
mit einer Frequenz von 10 bis 200 Hz ausgesetzt und aufsteigen gelassen,
so dass die Effizienz des Anodisierungsvorgangs verbessert wird.
Dieses Verfahren ist jedoch noch unzureichend, da Sauerstoff, der
durch Elektrolyse an der Anode entsteht, zu Blasenbildung neigt
und in die Atmosphäre
abgegeben wird und daher seine oxidierende Wirkung auf dem Metallkörper vermindert
wird. Außerdem
führt die
Bildung von Sauerstoffblasen zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands
an der Oberfläche
des Metallkörpers,
weshalb zur Behandlung eine höhere
Spannung erforderlich ist, so dass eine höhere elektrische Leistung benötigt wird
und sich somit die freigesetzte Wärme und der Energieverlust
erhöhen.
Dementsprechend wird in Betracht gezogen, dass dieses herkömmliche
Verfahren mit geringerer Stromdichte verwendet wird, beispielsweise
2 bis 3 A/dm2, und es ist somit nicht dazu
geeignet, die Beschleunigung des Anodisierungsvorgangs zu realisieren
unter der Bedingung, dass das Anodisierbad bei höherer Temperatur oder Raumtemperatur
verwendet wird.
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Darstellung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Anodisierungsverfahren
mit höherer
Anodisierungsrate, geringerem Energieverbrauch und einer höheren Effizient
der Oxidfilmbildung verfügbar
zu machen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Anodisierungsverfahren
verfügbar zu
machen, bei dem ein exzellenter, gleichmäßiger Oxidfilm erhalten werden
kann, ohne den Metallkörper
zu erhitzen, selbst wenn der Metallkörper ein kompliziertes Profil
besitzt.
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Um
die vorgenannte Aufgabe zu lösen,
wird gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Anodisieren
eines Metallkörpers
vorgestellt, das einen Anodisierungsvorgang umfasst, bei dem ein
anodisch erzeugter Oxidfilm auf der Oberfläche des in ein Anodisierbad
eingetauchten Metallkörpers gebildet
wird, wobei der Anodisierungsvorgang unter gleichzeitiger Durchführung der
folgenden Schritte (a) und (b) erfolgt:
- (a)
Schritt, in dem das Anodisierbad durch eine Schwingrührvorrichtung
bewegt wird, wobei das Anodisierbad durch ein Schwingrührwerk bewegt
wird, indem ein Schwingblatt mit einer Amplitude von 0,5 bis 3,0 mm
und einer Frequenz von 200 bis 800 Schwingungen pro Minute in Schwingungen
versetzt wird; und
- (b) Schritt, in dem das Anodisierbad belüftet wird unter Verwendung
von Luftblasen, die ein Diffusor erzeugt, der eine Porenöffnung von
10 bis 400 µm
besitzt. Bei dem Anodisierungsverfahren kann der Anodisierungsvorgang
erfolgen, während
gleichzeitig wenigstens einer der folgenden Schritte (c) und (d)
durchgeführt wird:
- (c) Schritt, in dem eine Schwingung auf den Metallkörper übertragen
wird, wobei der Metallkörper
mit einer Amplitude von 0,5 bis 1,0 mm und einer Frequenz von 100
bis 300 Schwingungen pro Minute in Schwingungen versetzt wird; und
- (d) Schritt, in dem der der Metallkörper eine Schwingbewegung ausführt, wobei
der Metallkörper
in eine Schwingbewegung mit einer Amplitude von 10 bis 100 mm und
einer Schwingfrequenz von 10 bis 30 Schwingungen pro Minute versetzt
wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Anodisierungsverfahren
vorgestellt, das einen Anodisierungsvorgang umfasst, bei dem auf
der Oberfläche
eines in ein Anodisierbad eingetauchten Metallkörpers ein anodisch erzeugter
Oxidfilm gebildet wird, wobei der Anodisierungsvorgang erfolgt,
während zugleich
die folgenden Vorrichtungen (A) und (B) betrieben werden:
- (A) Schwingrührvorrichtung für das Anodisierbad,
die ein schwingungserzeugendes Mittel umfasst enthaltend einen Schwingungsmotor,
ein Schwingrührmittel,
um ein Schwingblatt mit einer Amplitude von 0,5 bis 3,0 mm und einer
Schwingungsfrequenz von 200 bis 800 Schwingungen pro Minute in Schwingungen
zu versetzen, um im Anodisierbad einen Schwingungsfluss zu erzeugen,
wobei das Schwingblatt in einer oder mehreren Stufen an einem schwingenden
Stab befestigt ist, der im Verbund mit dem schwingungserzeugenden
Mittel in dem Anodisierbad schwingt, und ein Mittel zum Auffangen
der Schwingbeanspruchung an einer Verbindungsstelle des schwingungserzeugenden
Mittels und des Schwingrührmittels;
und
- (B) Belüftungsvorrichtung
für das
Anodisierbad, die ein Verteilerrohr aus Keramik umfasst, das eine
Porengröße von 10
bis 400 µm
aufweist.
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Die
Vorrichtung (A) umfasst weiter einen Wechselrichter zur Regelung
des Schwingungsmotors der Vorrichtung (A), um eine beliebige Frequenz
im Bereich von 10 bis 500 Hz zu erzeugen. Die Leistung des Schwingungsmotors
liegt bei einem entsprechend dem Volumen des Anodisierbads geeigneten
Wert.
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Das
Verteilerrohr aus Keramik der Vorrichtung (B) kann eine Porosität von 30
bis 40 % aufweisen. Zum Beispiel kann im Fall eines Verteilerrohrs,
das dadurch erhalten wird, dass in einem Rohr aus einem Kunstharz wie
PVC viele Löcher
mit einer Porengröße von ungefähr 1 mm
gebildet werden, die elektrolytische Wärme nicht effektiv abgeführt werden,
da die Luftblasen zu groß sind,
und es kommt zu einer Dispersion des elektrischen Widerstands des
Systems. Demgegenüber
wird in der Belüftungsvorrichtung
(B) gemäß der vorliegenden
Erfindung ein poröses
Rohr aus Keramik verwendet, und das vorstehend genannte Problem
kann somit umgangen werden, d.h. im System erzeugte Joulesche Wärme kann
abgeführt
werden. Als poröses
Keramikrohr wird bevorzugt ein bei hohen Temperaturen gesintertes
Keramikrohr verwendet, das als Grundsubstanz Aluminiumoxidkörner wie
ALUNDUM (Handelsbezeichnung) enthält. Ein geeigneter Wert für die Porengröße des Verteilerrohrs
liegt bei 10 bis 400 µm,
vorzugsweise bei 10 bis 120 µm,
und die Porosität
(das Verhältnis der
Porenfläche
zur Oberfläche)
liegt vorzugsweise bei 30 bis 40 %. Der Außendurchmesser des Verteilerrohrs liegt
typischerweise bei 50 bis 100 mm, und seine Länge liegt typischerweise bei
ungefähr
1000 bis 1500 mm, wobei sie allerdings je nach der Länge des
Anodisierbehälters
variiert. Die Weise, in der das Verteilerrohr angeordnet wird, ist
nicht auf eine bestimmte Weise beschränkt, doch wenn mehrere Verteilerrohre
verwendet werden, werden sie so angeordnet, dass sich die von der
Belüftung
erzeugten Luftblasen gleichmäßig verteilt um
den Metallkörper
herum bewegen. Der Abstand zwischen den Verteilerrohren beträgt vorzugsweise
100 bis 120 mm, und der Abstand in senkrechter Richtung zwischen
dem Verteilerrohr und dem Metallkörper beträgt vorzugsweise 100 bis 300
mm. Bei solch einer Anordnung lässt
sich die Belüftung
gegenüber
der herkömmlichen
Belüftung
um das 2fache steigern.
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Bei
dem Anodisierungsverfahren kann der Anodisierungsvorgang erfolgen,
während
zugleich wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen (C) und (D)
betrieben wird:
- (C) Vorrichtung, um auf den
Metallkörper über einen
Elektrodenstab, an dem der Metallkörper aufgehängt ist, eine Schwingung mit
einer Amplitude von 0,5 bis 1,0 mm und einer Frequenz von 100 bis
300 Schwingungen pro Minute zu übertragen;
und
- (D) Vorrichtung, um auf einen Elektrodenstab, an dem der Metallkörper aufgehängt werden
soll, eine Schwingbewegung zu übertragen,
wodurch der Metallkörper
vermittelt durch den Elektrodenstab eine Schwingbewegung ausführt mit
einer Amplitude von 10 bis 100 mm und einer Frequenz von 10 bis
30 Schwingungen pro Minute.
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Die
Vorrichtung (C) kann mit einem Schwingungsmotor ausgestattet sein,
dessen Frequenz mittels eines Wechselrichters auf 10 bis 60 Hz eingestellt
wird, um die Schwingung zu erzeugen. Die Frequenz (Hz) des Schwingungsmotors
der Vorrichtung (C), die dazu dient, den Elektrodenstab in Schwingungen
zu versetzen, beträgt
vorzugsweise auf 50 bis 65 % der Frequenz des Schwingungsmotors
der Vorrichtung (A). Insbesondere beträgt die Frequenz des Schwingungsmotors
der Vorrichtung (C) vorzugsweise 20 bis 35 Hz. Diese Schwingung
versetzt auch den Metallkörper
in Schwingungen, sie verursacht jedoch keinen Fluss der Anodisierflüssigkeit.
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Die
Schwingbewegung der Vorrichtung (D), die über den Elektrodenstab, an
dem der Metallkörper
aufgehängt
ist, übertragen
wird, besitzt eine Schwingungsweite von vorzugsweise 20 bis 60 mm.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anodisierungsvorrichtung
vorgestellt, um den Anodisierungsvorgang durchzuführen, umfassend
die Vorrichtungen (A) und (B). Die Anodisierungsvorrichtung kann
wenigstens eine der Vorrichtungen (C) und (D) umfassen.
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Da
gemäß der vorliegenden
Erfindung die beiden Vorrichtungen (A) und (B) gleichzeitig betrieben
werden, kann der Anodisierungsvorgang gegenüber dem herkömmlichen
Anodisierungsvorgang, bei dem nur die Belüftungsvorrichtung verwendet
wird, bei guter Stabilität
mit einer erhöhten
Stromdichte von ungefähr
10 bis 15 A/dm2 und in einer deutlich verringerten
Anodisierungsbehandlungsdauer erfolgen. Bei dem Anodisierungsvorgang
ist die Behandlungstemperatur ein wichtiger Faktor, der die Energiekosten
des Vorgangs und die Qualität
des erhaltenen Oxidfilms beeinflusst. Bei dem herkömmlichen
Anodisierungsverfahren, das unter Verwendung der Belüftung durchgeführt wird,
ist eine Temperatur von –5
bis 0 °C
erforderlich, damit sich ein harter anodisch erzeugter Oxidfilm
bildet, und eine Temperatur von 20 °C oder weniger ist für die Bildung
eines normalen anodisch erzeugten Oxidfilms zu bevorzugen. Demgegenüber kann
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Bildung eines harten anodisch erzeugten Oxidfilms
bei einer Temperatur von 10 bis 20 °C und die Bildung eines normalen
anodisch erzeugten Oxidfilms bei einer Temperatur von 30 bis 35 °C erfolgen,
was zu einer Verringerung der Energiekosten für die Kühlung des Anodisierbads führt und
zu einer exzellenten Qualität
des Oxidfilms auch bei höheren
Temperaturen, als sie beim herkömmlichen
Verfahren herrschen.
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Der
Erfinder hat in der veröffentlichten
Japanischen Patentanmeldung Nr. Hei-6-71544 und in der Japanischen
Offenlegungsschrift Nr. Hei-6-220697 die Verwendung einer Schwingrührvorrichtung
in einem Galvanisierbad vorgeschlagen. Beim Galvanisieren übernimmt
der zu galvanisierende Gegenstand die Funktion der Kathode, und
die Metallionen, die von der Anode abgegeben werden und im Galvanisierbad
vorliegen, scheiden sich auf der Kathode als Metallfilm ab. Beim
Galvanisieren unterliegt Wasser der Elektrolyse, und an der Oberfläche der
Kathode entsteht Wasserstoff. Der Wasserstoff neigt zur Blasenbildung,
was zu einem Anstieg des elektrischen Widerstands und zu einer Verringerung
der Effizienz des elektrischen Stroms führt, wodurch die Abscheidung
der Metallionen an der Kathode gehemmt und die Dauer des Galvanisiervorgangs
erhöht
wird. In der vorstehend genannten veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung
Hei-6-71544 wird die Schwingrührvorrichtung
zu dem Zweck verwendet den Wasserstoff von der Oberfläche der
Kathode zu entfernen, um die durch die Wasserstoffblasen verursachte
Hemmung der Metallabscheidung zu vermeiden.
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Demgegenüber übernimmt
beim Anodisierungsvorgang der zu behandelnde Gegenstand, d.h. ein
Metallkörper,
die Funktion der Anode. Dies ist der dem Galvanisierungsvorgang
entgegengesetzte Vorgang. Die durch Elektrolyse entstandenen Hydroxidionen
werden von der Anode angezogen und durch elektrische Entladung zersetzt,
wodurch Sauerstoff entsteht, der dazu dient, die Oberfläche des
Metallkörpers,
d.h. der Anode, zu oxidieren, damit sich auf der Oberfläche des
Metallkörpers
ein Oxidfilm bildet. Somit hält
sich der Sauerstoff bevorzugt um die Anode auf. Dementsprechend
wurde davon aufgegangen, dass die Verwendung der vorstehend genannten
Schwingrührvorrichtung
in einem Anodisierbad nutzlos wäre,
da die Schwingrührvorrichtung
die Sauerstoffblasen um die Anode vertreiben und somit die Effizienz
des Anodisierungsvorgangs verringern würde.
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Der
Erfinder hat jedoch zu seiner großen Überraschung festgestellt, dass
ein anodisch erzeugter Oxidfilm guter Dichte und Gleichmäßigkeit
mit einer höheren
Anodisierungsrate als im herkömmlichen
Verfahren gebildet wird, wenn in dem Anodisierbad eine Schwingrührvorrichtung
verwendet wird. Die Überlegung
des Erfinders geht dahin, dass im Falle der Verwendung der Schwingrührvorrichtung
(A) der durch Elektrolyse entstandene Sauerstoff keine Blasen bildet,
sondern als naszierender Sauerstoff um die Anode verharrt und mit exzellenter
Effizienz an der Anode reagiert.
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Wie
vorstehend erwähnt,
sind der Galvanisierungsvorgang und der Anodisierungsvorgang voneinander
verschiedene Verfahren, und daher ist die Wirkung der Verwendung
der vorstehend genannten Schwingrührvorrichtung (A) im Anodisierungsverfahren
im Rahmen des Stands der Technik nicht offensichtlich.
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Der
Metallkörper,
d.h. der im Anodisierungsvorgang zu behandelnde Gegenstand, besteht
beispielsweise aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Magnesium,
einer Magnesiumlegierung, Titan, einer Titanlegierung, Niob, einer
Nioblegierung, Tantal, einer Tantallegierung, Zirconium, einer Zirconiumlegierung,
Blei oder einer Bleilegierung. Beispiele für Aluminiumlegierungen sind
Al-Si, Al-Mg, Al-Mg-Si und Al-Zn.
Der Metallkörper
kann ein Sackloch oder eine Vertiefung mit einem Durchmesser von
10 mm oder weniger oder ein hindurchgehendes Loch mit einem Durchmesser
von 10 mm oder weniger aufweisen.
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Das
im Anodisierungsvorgang gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendete Anodisierbad, d.h. das Elektrolytbad, ist ein
saures Bad, das beispielsweise Chromsäure, Borsäure, Borammonium, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Oxalsäure, Benzensulfonsäure, Amidoschwefelsäure, Citronensäure, Weinsäure, Ameisensäure, Bernsteinsäure oder
eine Kombination dieser Säuren
enthält.
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Bei
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein Vorbehandlungsvorgang, wie er vor dem Anodisierungsvorgang üblich ist,
erfolgen.
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Beispiele
für einen
Vorbehandlungsvorgang sind:
- (a) Entfetten – Reinigen
mit Wasser
- (b) Entfetten – Reinigen
mit Wasser (Beizen – Reinigen
mit Wasser) – Dekapieren – Reinigen
mit Wasser
- (c) Mechanisches Polieren – Entfetten – Reinigen
mit Wasser
- (d) Mechanisches Polieren – Entfetten – Reinigen
mit Wasser – Beizen – Reinigen
mit Wasser – Dekapieren – Reinigen
mit Wasser
- (e) Entfetten – Reinigen
mit Wasser – elektrolytisches
Polieren oder chemisches Polieren – Reinigen mit Wasser – Oxidentfernung
oder Dekapieren – Reinigen
mit Wasser
- (f) Mechanisches Polieren – Entfetten – Reinigen
mit Wasser – elektrolytisches
Polieren oder chemisches Polieren – Reinigen mit Wasser – Oxidentfernung
oder Dekapieren – Reinigen
mit Wasser
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In
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung kann wie üblich
nach dem Anodisierungsvorgang ein Nachbehandlungsvorgang erfolgen.
Zu den Beispielen für
Nachbehandlungsvorgänge
gehört
ein Verdichtungsschritt zur Behandlung der porösen Oberfläche des Metallkörpers. Der
Verdichtungsschritt kann mittels Dampf, Metallsalz, Galvanisieren,
Farbstoffen oder Pigmenten oder einer Kombination dieser Mittel
erfolgen.
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Der
Ablauf der Vorgänge
der Vorbehandlung, des Anodisierens und der Nachbehandlung in dem
Verfahren zum Anodisieren eines Metallkörpers aus Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung umfasst die in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Schritte,
wobei zu jedem Schritt auch der Wirkstoff und die Bedingungen, unter
denen die Behandlung durchgeführt
wird, genannt werden:
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Der
Entfettungsschritt kann durch Reinigen des Metallkörpers mit
einem organischen Lösungsmittel wie
Benzin oder einer wässrigen
Tensidlösung,
mit einer wässrigen
Säurelösung wie
5- bis 25-prozentiger Schwefelsäure
(Massenkonzentration), mit einer wässrigen Basenlösung wie
5- bis 20-prozentiger NaOH-Lösung
(Massenkonzentration), oder mit einer wässrigen Phosphatlösung erfolgen.
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Der
Beizschritt kann durch eine alkalische Reaktion mit 5 bis 25 % NaOH
(Massenkonzentration), durch eine alkalische Phosphatreaktion mit
3 bis 8 % NaOH und 5 bis 10 % Natriumphosphat (Massenkonzentration)
oder durch eine Reaktion mit Chromsulfat erfolgen.
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Der
Anodisierungsschritt kann bei einem Verhältnis von 4 g/Liter zwischen
dem Metallkörper
und dem Anodisierbad erfolgen. In diesem Schritt kann Phosphorsäure, Oxalsäure usw.
oder eine Kombination dieser Säuren
anstatt Schwefelsäure
verwendet werden. Die Dauer der Behandlung variiert je nach der
Dicke des gebildeten Oxidfilms.
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Bei
dem Anodisierungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung wird vorzugsweise wenigstens ein Schritt, insbesondere
der Entfettungsschritt und der Verdichtungsschritt, die Teil der
Vorbehandlung bzw. der Nachbehandlung sind, durchgeführt, während die
Vorrichtung (A) betrieben wird. Vorzugsweise wird gleichzeitig auch
die Vorrichtung (B) betrieben. Vorzugsweise wird gleichzeitig auch
wenigstens eine der Vorrichtungen (C) und (D) betrieben.
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Wenn
die Schwingrührvorrichtung
(A) während
des Anodisierungsschritts betrieben wird, senkt sich die Oberflächenspannung
des Anodisierbads, so dass auf der Oberfläche des Metallkörpers oder
des zu behandelnden Gegenstands entstehender aktiver Sauerstoff
gut mit dem Metallkörper,
d.h. der Anode in Kontakt kommt, oben Blasen zu bilden, und die
Oberfläche
des Metallkörpers
wird mit einer Geschwindigkeit oxidiert, die ein Mehrfaches, beispielsweise
das 5fache der Geschwindigkeit im herkömmlichen Anodisierungsverfahren
beträgt,
und es wird ein anodisch erzeugter Oxidfilm von exzellenter Gleichmäßigkeit
gebildet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung bewegt sich eine große
Zahl von Blasen, die durch das Keramikverteilerrohr gebildet werden,
im Anodisierbad nach oben, wobei der gesamte zu behandelnde Gegenstand von
den Blasen umhüllt
wird. Die Blasen werden dann nach außen abgegeben. Daher wird die
elektrolytische Wärme
(Joulesche Wärme)
effektiv von den Blasen absorbiert, wodurch der zu behandelnde Gegenstand rasch
gekühlt
wird, und auch Luft und Staub, die von den Mikroporen des zu behandelnden
Gegenstands entfernt werden, können
effektiv mit den Blasen ausgetragen werden, so dass an dem zu behandelnden
Gegenstand keine Ablagerungen durch Hitzewirkung entstehen und der
Oxidfilm somit eine exzellente Gleichmäßigkeit aufweist. Damit die
Joulesche Wärme
effektiv abgeführt
wird, beträgt
die Menge der einem Anodisierbad von 160 Litern zugeführten Luft
vorzugsweise mindestens 120 Liter/Min.
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Bei
dem Anodisierungsvorgang entsteht durch die anodische Oxidation
Reaktionswärme,
und daher wird das Anodisierbad gekühlt, um seine Temperatur konstant
zu halten. Als Kühlvorrichtung
wird ein Wärmetauscher
verwendet, und das Anodisierbad wird über den Wärmetauscher umgewälzt.
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Es
ist bekannt, dass die sich Qualität des Oxidfilms aus γ-Al2O3·H2O, der sich auf der Oberfläche des Metallkörpers aus
Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bildet, verschlechtert,
wenn sich die Temperatur des Anodisierbads erhöht. Es ist auch bekannt, dass
der Oxidfilm rissig wird, wenn die Temperatur des Anodisierbads
zu niedrig ist. Der Oxidfilm, der gemäß der vorliegenden Erfindung
erhalten wird, ist von besserer Qualität als ein nach herkömmlichen
Verfahren unter denselben Temperaturbedingungen erhaltener anodisch erzeugter
Oxidfilm. Außerdem
kann der gemäß der vorliegenden
Erfindung erhaltene Oxidfilm, dessen Qualität besser als diejenige eines
herkömmlichen
anodisch erzeugten Oxidfilms ist, bei Temperaturen erhalten werden,
die um 10 bis 15 °C
höher als
beim herkömmlichen
Verfahren liegen.
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Bei
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung liegt die Temperatur des Anodisierbads für einen
normalen Aluminiumoxidfilm bei 35 °C oder niedriger, vorzugsweise
bei einer Raumtemperatur von ungefähr 30 °C; für einen normalen Oxidfilm auf
einer Aluminiumlegierung liegt sie bei 20 °C oder niedriger, vorzugsweise
aber bei ungefähr
15 °C; für einen
harten Oxidfilm liegt sie bei 10 bis 15 °C.
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Bei
dem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung
- (1) lässt sich die Behandlungsdauer
des Anodisierungsvorgangs erheblich verkürzen, wobei die Anodisierungsrate
gegenüber
dem herkömmlichen
Anodisierungsverfahren das 3- bis 5fache beträgt, ohne dass Ablagerungen
durch Hitzewirkung entstehen, wodurch eine Energieeinsparung erreicht
wird; die Behandlungsdauer des gesamten Vorgangs einschließlich des
Vorbehandlungsvorgangs und des Nachbehandlungsvorgangs lässt sich
weiter verkürzen,
wenn die Vorrichtung (A) bei der Vorbehandlung oder bei der Nachbehandlung
verwendet wird, wobei vorzugsweise auch die Vorrichtung (B) verwendet
wird, und eine Verwendung der Vorrichtungen (C) und/oder (D) noch
mehr zu bevorzugen ist;
- (2) weist der erhaltene anodisch erzeugte Oxidfilm eine größere Vickers-Härte auf;
- (3) weist der erhaltene anodisch erzeugte Oxidfilm eine exzellente
Gleichmäßigkeit
auf; somit ist die vorliegende Erfindung für die Herstellung von OPC-Trommeln
von Vorteil;
- (4) kann der Anodisierungsvorgang bei einer um 5 bis 10 °C höheren Temperatur
als beim herkömmlichen Verfahren
durchgeführt
werden, wobei ein Oxidfilm von gleichwertiger Qualität erhalten
wird. Zum Beispiel sind beim herkömmlichen Verfahren zur Bildung
eines harten anodisch erzeugten Oxidfilms Behandlungstemperaturen
von –5
bis 5 °C
und zur Bildung eines normalen anodisch erzeugten Films von ungefähr 20 °C erforderlich,
während
die vorliegende Erfindung Temperaturen von 10 bis 15 °C zur Bildung
von harten anodisch erzeugten Oxidfilmen und 30 bis 35 °C zur Bildung
von normalen anodisch erzeugten Oxidfilmen ermöglicht und somit die Verwendung
einer Kühlvorrichtung
mit niedrigerer Leistung ausreicht;
- (5) bildet sich selbst, wenn der Metallkörper Sacklöcher oder hindurchgehende Löcher mit
einem Innendurchmesser von 10 mm oder weniger aufweist, problemlos
ein anodisch erzeugter Oxidfilm auf der Oberfläche des Metallkörpers einschließlich der
Innenflächen
der Sacklöcher
oder hindurchgehenden Löcher mit
exzellenter Gleichmäßigkeit;
somit ist die vorliegende Erfindung für die Herstellung von Metallartikeln mit
kompliziertem Profil wie Platten mit unregelmäßiger Oberfläche, Maschinenteilen,
Teilen von Wärmetauschern
usw. von Vorteil;
- (6) weist der erhaltene anodisch erzeugte Oxidfilm hinsichtlich
Glanz, Härte,
Verschleißeigenschaften
und Korrosionsbeständigkeit
eine höhere
Qualität
auf als ein Oxidfilm, der nach dem herkömmlichen Verfahren bei derselben
Behandlungstemperatur erhalten wird;
- (7) lässt
sich die Menge der Luft, die dem Anodisierbad durch die Belüftung zugeführt wird,
durch Kombination mit der Schwingrührvorrichtung stark erhöhen, so
dass die Temperatur des Anodisierbads gesenkt und die Stromdichte
erhöht
werden kann, während
beim herkömmlichen
Verfahren ohne Verwendung der Schwingrührvorrichtung die durch die
Belüftung
zugeführte
Luft auf einen niedriegeren Wert beschränkt ist, damit ein gleichmäßiger anodisch
erzeugter Oxidfilm erhalten wird; und
- (8) lässt
sich der erhaltene Oxidfilm gut färben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die die Vorrichtung aus 1 zeigt;
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3 ist
ein Grundriss der Vorrichtung aus 1;
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4 ist
ein Grundriss einer anderen Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
eine Seitenansicht, die die Vorrichtung aus 4 zeigt;
-
6 ist
eine Frontansicht, die die Vorrichtung aus 4 zeigt;
-
7 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie Y–Y in 6;
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8 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie X–X in 5;
-
9 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines Abschnitts eines schwingenden Stabs;
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10 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die eine Weise zeigt, auf die Schwingblätter an einem schwingenden
Stab befestigt werden können;
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11 ist
ein Grundriss, der noch eine weitere Ausführungsform einer seitlich schwingenden
Schwingrührvorrichtung
zeigt;
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12 ist
eine Querschnittsansicht von 11;
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13 ist
ein Grundriss, der noch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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14 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung aus 13;
-
15 ist
eine Frontansicht der Vorrichtung aus 13;
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16 zeigt
einen Metallkörper,
der von einem Anodenstab herabhängt;
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17 zeigt
einen Metallkörper,
der mittels eines Halters gehalten wird;
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18 ist
ein Grundriss, der eine Anordnung von Anode und Kathode zeigt;
-
19 ist
ein Grundriss, der eine Anordnung von Verteilerrohren zeigt;
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20 ist
ein Blockdiagramm einer Anodisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
21.
ist ein Diagramm, das die anfängliche
Stromdichte beim Anodisierungsvorgang zeigt;
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22 ist
ein Flussdiagramm eines kontinuierlichen Behandlungssystems;
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23 zeigt
eine Beziehung zwischen der Härte
(Hv) des erhaltenen Oxidfilms und der Temperatur des Anodisierbads;
und
-
24 zeigt
eine Weise der Unterteilung und Messpunkte auf einer anodisierten
Aluminiumplatte zur Auswertung der Dicke und Härte des Oxidfilms.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Die 1 bis 3 zeigen
eine Ausführungsform
der Anodisierungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei der die Vorrichtungen (A) und (B) vorhanden sind.
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In
den 1 bis 3 umfasst die Belüftungsvorrichtung
(B) drei Verteilerrohre 12, die auf der Bodenplatte des
Anodisierbehälters 1 angeordnet
sind, und Einlassöffnungen
für Druckluft 10,
durch die den Verteilerrohren 12 Druckluft zugeführt wird.
Von den Bezugsziffern bezeichnet 4 einen Schwingungsmotor, 16 einen
schwingenden Stab und 17 ein Schwingblatt. Dies sind Teile
der Schwingrührvorrichtung
(A).
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Die
Bezugsziffer 5 bezeichnet einen Anodenstab, der als Aufhängungselement
für einen
(nicht gezeigten) zu behandelnden Gegenstand oder Metallkörper dient.
Die Bezugsziffer 6 bezeichnet einen Kathodenstab, der als
Aufhängungselement
für eine
(nicht gezeigte) Kathode dient. Die Bezugsziffer 9 bezeichnet
ein Sockelelement, auf dem der Anodisierbehälter 1 steht.
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Das
Verteilerrohr 12, der Anodisierbehälter 1, die Einlassöffnungen
für Druckluft 10,
der Schwingungsmotor 4, der schwingende Stab 16,
das Schwingblatt 17, der Anodenstab 5, der Kathodenstab 6 und
das Sockelelement 9 sind im Wesentlichen dieselben wie
diejenigen der im Folgenden erläuterten
Ausführungsformen.
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In
den 4 bis 6, die eine andere Ausführungsform
zeigen, sind die Vorrichtungen (A), (B), (C) und (D) vorhanden.
Die in den 4 bis 6 gezeigte
Schwingrührvorrichtung,
die den Schwingungsmotor 4 umfasst, ist in den 7 und 8 gezeigt.
-
Die
Belüftungsvorrichtung
(B) in den 4 bis 6 umfasst
zwei Verteilerrohre 12, die auf der Bodenplatte des Anodisierbehälters 1 angeordnet
sind, und Einlassöffnungen
für Druckluft 10,
durch die den Verteilerrohren 12 Druckluft zugeführt wird.
-
Die
Schwingvorrichtung (D) in den 4 bis 6 ist
ausgestattet mit dem Schwingungsmotor 3, einem schwingenden
Tragerahmen 2, der durch die Bewegung des Schwingungsmotors 3 in
Schwingungen versetzt wird, und einem Aufhängungselement 5, das
auch als Anodenstab dient und mittels des Anodenstabträgers 13 an
dem schwingenden Tragerahmen 2 befestigt ist. Ein Gegenstand,
der der Anodisierungsbehandlung unterzogen werden soll (im Folgenden
als zu behandelnder Gegenstand oder als Metallkörper bezeichnet) wird elektrisch
mit dem Anodenstab 5 verbunden und mechanisch daran befestigt.
Die Schwingbewegung erfolgt langsam mit einer Amplitude von 10 bis
100 mm, vorzugsweise 20 bis 60 mm und mit einer Frequenz von 10
bis 30 Schwingungen pro Minute. Der schwingende Tragerahmen 2 schwingt
in der durch rechts und links in den 4 und 5 definierten
Richtung, so dass sich sein unterer Abschnitt auf Führungselementen 8 bewegt,
die an dem Sockelelement 9 befestigt sind, an dem der Schwingungsmotor 3 befestigt
ist.
-
Um
eine Schwingung auf den schwingenden Tragerahmen 2 zu übertragen,
wird der Schwingungsmotor 14 an einer geeigneten Stelle
am schwingenden Tragerahmen 2 befestigt. Die Schwingung
des Schwingungsmotors 14 versetzt den schwingenden Tragerahmen 2 in
Schwingungen, und die Schwingbewegung des schwingenden Tragerahmens 2 wird
auf den Metallkörper,
beispielsweise einen Körper
aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder dergleichen, übertragen.
Aus diesen Elementen wird die Schwingungsübertragungsvorrichtung (C)
gebildet. Der Schwingungsmotor 14 erzeugt mittels eines
Wechselrichters eine Schwingung von 10 bis 60 Hz, vorzugsweise von
20 bis 35 Hz, und der schwingende Tragerahmen 2 wird in
eine Schwingung mit einer Amplitude von 0,5 bis 1 mm und einer Frequenz
von 100 bis 300 Schwingungen pro Minute versetzt.
-
Die
Bezugsziffern 6, 7, 11 in 4 bezeichnen
in dieser Reienfolge eine Kathode, einen Kathodenhalter und eine
Heizung.
-
Eine
Ausführungsform
der Schwingrührvorrichtung
(A) für
das Anodisierbad ist in den 7 und 8 gezeigt.
-
Die
Schwingrührvorrichtung
ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform
eingeschränkt.
Beispielsweise können
Schwingrührvorrichtungen
verwendet werden, wie sie in der Japanischen Offenlegungsschrift
Nr. Hei-6-304461, in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei-6-312124
(entsprechend US-Patent Nr. 5,375,926), in der Japanischen Offenlegungsschrift
Hei-6-330395, in der Japanischen Offenlegungsschrift Hei-8-173785,
in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei-9-40482 und in der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung
Nr. Hei-6-71544 offenbart sind, die vom Erfinder der vorliegenden
Anmeldung vorgelegt wurden.
-
Wie
in den 7 und 8 gezeigt, ist ein Basisschwingelement 40,
an dem der Schwingungsmotor 4 fest montiert ist, über eine
Vielzahl von Spiralfedern 20 auf dem Behälter 1 gelagert.
Innerhalb einer jeden Feder 20 befindet sich ein unterer
tragender Stift 22, der senkrecht stehend mit dem Anodisierbehälter 1 fest verbunden
ist, und ein oberer tragender Stift 21, der mit dem Basisschwingelement 40 fest
verbunden ist und in senkrechter Richtung an dem unteren tragenden
Stift 22 ausgerichtet ist. Das obere Ende des unteren tragenden
Stifts 22 ist um einen gewissen Abstand von dem unteren
Ende des oberen tragenden Stifts 21 getrennt.
-
9 zeigt
einen vergrößerten Querschnitt
eines Teils eines schwingenden Stabs 16, der an dem Basisschwingelement 40 befestigt
ist. Um den schwingenden Stab 16 ist an der Verbindungsstelle
zwischen dem Basisschwingelement 40 der schwingungserzeugenden
Vorrichtung und dem schwingenden Stab ein Mittel zum Auffangen der
Schwingbeanspruchung 19 vorhanden, das durch einen Gummiring
gebildet wird. Die Bezugsziffer 46 bezeichnet eine Unterlegscheibe
und die Bezugsziffern 48, 50, 52 und 54 bezeichnen
jeweils eine Mutter. Die Länge
des Gummirings 19 beträgt
typischerweise das 3- bis 8fache des Durchmessers des schwingenden
Stabs, und sein Außendurchmesser
(Größe) beträgt das 1,3-
bis 3fache, vorzugsweise aber ungefähr das 1,5- bis 2,5fache des
Durchmessers des schwingenden Stabs. Wenn, unter einem anderen Blickwinkel betrachtet,
der schwingende Stab 16 ein runder Stab mit einem Durchmesser
von 10 bis 16 mm ist, dann liegt die Dicke des Gummirings 19 vorzugsweise
bei 10 bis 15 mm. Wenn der Durchmesser des schwingenden Stabs (runder
Stab) 20 bis 25 beträgt, dann liegt die Dicke des
Gummirings vorzugsweise bei 20 bis 30 mm. Falls kein Gummiring verwendet
wird, besteht das Problem, dass sich die Schwingbeanspruchung um
die Verbindungsstelle zwischen dem Basisschwingelement 40 und
dem schwingenden Stab 16 konzentriert und der schwingende
Stab leicht brechen kann. In diesem Fall lässt sich das vorstehend genannte
Problem jedoch vollständig
dadurch lösen,
dass der Gummiring fest eingesetzt wird.
-
Auf
jedem schwingenden Stab 16 in den 7 und 8 befindet
sich zwischen benachbarten Schwingblättern 17 ein Abstandshalter 30,
so dass sich die Blätter,
die jeweils durch ein Paar von Schwingblattbefestigungselementen 18 gehalten
werden, in einem gewissen Abstand voneinander befinden.
-
Das
Schwingblatt 17 besteht vorzugsweise aus dünnem Metall,
elastischem Kunstharz, Gummi oder dergleichen, und seine Dicke kann
so bestimmt sein, dass unter der Wirkung der senkrechten Schwingung
des Schwingungsmotors 4, durch die die Schwingung auf das
System bzw. auf das Anodisierbad übertragen wird, um einen Fluss
anzuregen, wenigstens der Bereich der Spitze des Blatts eine Flattererscheinung
zeigt (als wäre
er gewellt). Als Material für
ein Metallschwingblatt lässt
sich Titan, Aluminium, Kupfer, Stahl, rostfreier Stahl oder eine
Legierung dieser Metalle verwenden. Als Kunstharz lässt sich
Polycarbonat, ein Harz auf Vinylchloridbasis, Polypropylen oder
dergleichen verwenden. Die Dicke ist nicht auf einen bestimmten
Wert beschränkt,
doch um die Schwingungsenergie zu übertragen und die Wirkung der
Schwingung zu verstärken,
ist im Falle von Metall vorzugsweise ein Wert von 0,2 bis 2 mm und
im Falle von Kunststoffen ein Wert von 0,5 bis 10 mm zu wählen. Ist
die Dicke zu groß,
verringert sich die Wirkung des Schwingrührens.
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Die
Schwingblätter
können
auf einer Höhe
oder auf mehreren Höhen
an dem schwingenden Stab befestigt sein. Eine Vielzahl von Schwingblättern lässt sich
entsprechend der Tiefe des Anodisierbads verwenden. Falls die Anzahl
der Höhen
erhöht
wird und die Belastung des Schwingungsmotors zu sehr ansteigt, wird die
Schwingungsamplitude verringert und der Motor heizt sich auf.
-
Weiter
können
alle Schwingblätter
senkrecht zum schwingende Stab oder Schaft befestigt sein. Es ist jedoch
zu bevorzugen, dass sie mit einem Neigungswinkel von 5 bis 30 Grad
befestigt sind, vorzugsweise um 10 bis 20 Grad in positiver oder
negativer Richtung, wobei die senkrecht zum schwingenden Stab stehende Richtung
null Grad entspricht (siehe 7 und 10).
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Das
Schwingblattbefestigungselement 18 und das Schwingblatt 17 können, von
der Seite des Schwingschafts betrachtet, als Ganzes geneigt und/oder
gebogen sein. Auch wenn sie gebogen sind, sind sie vorzugsweise
um 5 bis 30 Grad geneigt, wobei insgesamt 10 bis 20 Grad zu bevorzugen
sind.
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Die
Schwingblätter 17 sind
an dem schwingenden Stab 16 befestigt und dabei von der
Oberseite und der Unterseite her von den Schwingblattbefestigungselementen 18 eingeklemmt,
wodurch Schwingblattabschnitte gebildet werden. Insbesondere können in
dem schwingenden Stab 16 Gewindelöcher ausgebildet sei, um die
Blätter 17 mittels
Schrauben zu befestigen. Vorzugsweise werden die Schwingblätter 17 jedoch
unterstützend
von den Schwingblattbefestigungselements 18 niedergedrückt, so
dass sie, wie in 10 gezeigt, von oben und unten
von den Schwingblattbefestigungselementen eingeklemmt sind; die
Schwingblattbefestigungselemente 18 werden dann mit Muttern 24 festgezogen,
um die Schwingblätter 17 an
dem schwingenden Stab 16 zu fixieren.
-
Wenn
die Schwingblätter
geneigt und/oder gebogen sind, können
das unterste oder die beiden untersten Schwingblätter von der Vielzahl an Schwingblättern nach
unten geneigt und/oder gebogen sein, während die übrigen Schwingblätter nach
oben geneigt und/oder gebogen sind. Mit diesem Aufbau kann das Rühren im Bodenbereich
des Anodisierbads hinreichend wirksam gestaltet werden, und das
Auftreten von Fallen lässt sich
so verhindern.
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Wenn
nur im Bodenbereich des Anodisierbads nicht gerührt werden soll, können die
nach unten gebogenen Schwingblätter
entfernt werden. Diese Maßnahme
ist dann wirksam, wenn unerwünschte
Bestandteile wie Ablagerungen usw. im unteren Bereich gesammelt
werden und aus dem unteren Bereich entfernt werden, ohne dass diese
unerwünschten
Bestandteile im Behälter
verteilt werden.
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Um
den Austrag des erzeugten Gases aus dem Anodisierbad zu verhindern,
ist es zu bevorzugen, alle Schwingblätter nach unten zu neigen oder
zu biegen.
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Die
Schwingrührvorrichtung
kann sich an einem Ende des Anodisierbehälters befinden, wie es in den 1 bis 3 und
in den 13 bis 15 gezeigt
ist, wobei die Bezugsziffern 28, 29 und 30 die
Heizung, den Drucklufterzeuger bzw. den Kathodenhalter bezeichnen.
Um die Arbeit mit großen
Behältern
zu ermöglichen,
kann jedoch auch an beiden Enden des Anodisierbehälters eine
Schwingrührvorrichtung
vorhanden sein, wie es in den 4 bis 10 gezeigt
ist. Weiter ist jede Schwingrührvorrichtung,
wie sie in den vorstehend genannten Abbildungen gezeigt ist, so
gebaut, dass die Schwingblätter
in senkrechter Richtung in Schwingungen versetzt werden. Sie lässt sich
jedoch auch so konstruieren, dass die Schwingungsrichtung in der
Waagerechten liegt und die Schwingblätter 17 im Bodenbereich
des Anodisierbehälters 1 angeordnet
sind, wie es in der vorstehend genannten Japanischen Offenlegungsschrift
Nr. Hei-6-304461 offenbart ist bzw. wie es in den 11 und 12 gezeigt
ist, in denen die Bezugsziffer 25 einen Schwingungen übertragenden Rahmen
bezeichnet, auf dem der Schwingungsmotor 4 montiert ist,
und die Bezugsziffer 27 eine Stützfeder bezeichnet. Um in diesem
Fall das Gewicht der linken Seite mit dem Schwingungsmotor 4 und
das Gewicht der rechten Seite auszugleichen, wird vorzugsweise ein
Gegengewicht 26 wie in 12 gezeigt
angeordnet.
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Wie
in 1 gezeigt, kann das Schwingblatt 17 mit
einer Lageabweichung zur Mitte des Anodisierbehälters 1 an dem schwingenden
Stab 16 befestigt sein, um die Stärke des Schwingrührvorgangs
in dem Anodisierbad effektiv zu erhöhen.
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Der
schwingende Stab kann für
den Betrieb direkt mit dem Schwingungsmotor verbunden. Wie jedoch in
der vorstehend erwähnten
Japanischen Offenlegungsschrift Nr. Hei-6-304461 und in der Japanischen
Offenlegungsschrift Hei-6-330395 offenbart wird, kann er so betrieben
werden, dass die Schwingung des Schwingungsmotors, wie in den 11 und 12 gezeigt, über den
Schwingrahmen 25 auf den schwingenden Stab 16 übertragen
wird.
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Weiter
befinden sich zwischen dem Schwingblatt 17 und dem Schwingblattbefestigungselement 18, wie
in 10 gezeigt, vorzugsweise Filme 23 aus
einem fluorhaltige Polymer, da dadurch die Häufigkeit von Beschädigungen
der Schwingblätter
erheblich verringert werden kann. Als fluorhaltiges Polymer kommt
Polytetrafluorethylen (PTFE), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymer
(FEP), Tetrafluorethylen/Perfluoralkylvinylether-Copolymer (PFA),
Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid, Ethylen/Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE),
Ethylen/Chlortrifluorethylen-Copolymer, Propylen/Tetrafluorethylen-Copolymer
oder dergleichen in Frage. Fluorhaltiger Kautschuk ist zu bevorzugen.
-
Wie
in 16 gezeigt, wird der Metallkörper 62, wenn er in
dem Anodisierbad 64 behandelt wird, mittels eines Halters 60 festgeklemmt.
Der Halter 60 umfasst einen Hakenabschnitt 60a,
der an dem Anodenstab 5 eingehängt ist, einen Klammerabschnitt 60b,
der den oberen Abschnitt des Metallkörpers 62 hält und eine Druckfeder 60c,
die die Kraft der Klammer liefert. Der oberste Abschnitt des Metallkörpers 62 befindet
sich im Anodisierbad 64. In dem Anodisierbad 64 werden
von den Verteilerrohren 12 Luftblasen erzeugt. Der Metallkörper 62 wird
zusammen mit dem Halter 60 aus einem Behandlungsbehälter in
einen anderen Behandlungsbehälter überführt.
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Wenn
der Metallkörper 62 von
relativ geringem Gewicht oder geringer Größe ist, ist eine andere, in 17 gezeigte
Art von Halter 70 zu bevorzugen. Der Halter 70 umfasst
einen Tragerahmen 70a, der elektrisch und mechanisch mit
dem Anodenstab 5 zu verbinden ist, und Drähte 70b,
um den Metallkörper 62 an dem
Tragerahmen 70a zu befestigen.
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18 ist
ein Grundriss, der ein Beispiel der Anordnung von Anode und Kathode
im Anodisierbad zeigt. Jede der vier Kathoden 68a bis 68d besitzt
die Breite w. Die Kathoden 68a, 68b und die Kathoden 68c, 68d sind
elektrisch und mechanisch miteinander und mit den anderen in 1 gezeigten
Kathodenstäben 6 verbunden,
und der Abstand zwischen ihnen ist d1. Die Anode bzw. der Metallkörper 62 ist
in der Mitte zwischen den vier Kathoden 68a bis 68d angeordnet
mit dem Abstand d2 bzw. d3 (= d2).
-
19 ist
ein Grundriss, der ein Beispiel der Anordnung der Verteilerrohre
aus Keramik in dem Anodisierbehälter
zeigt. Diese Anordnung ist zu bevorzugen, insbesondere wenn der
Metallkörper 62 länger als die
Verteilerrohre 12 ist. Eine Vielzahl von Verteilerrohren 12 ist
in den Abständen
r1, r2 voneinander in dem Anodisierbehälter 1 angeordnet,
von dessen Wänden
sie die Abstände
p1, p2 haben. Für
eine gleichmäßige Belüftung in
dem Anodisierbad betragen die Abstände r1, r2 vorzugsweise 100
bis 120 mm und die Abstände p1,
p2 mindestens 50 mm.
-
In
dem Blockdiagramm in 20 sind (A), (C) und (D) die
vorstehend genannten Schwingrührvorrichtung,
die Schwingungsübertragungsvorrichtung
bzw. die Schwingvorrichtung, und (B)' ist das vorstehend genannte Verteilerrohr. Über den
Regler wird eine geeignete Spannung angelegt, die für den Anodisierungsvorgang
zwischen dem zu behandelnden Gegenstand bzw. der Anode und der Kathode
erforderlich ist. Das Anodisierbad in dem Anodisierbehälter 1 wird
mittels einer Pumpe über
einen Wärmetauscher
umgewälzt.
Das Luftgebläse
führt dem
Verteilerrohr (B)' Druckluft
zu. Die Belüftungsvorrichtung
(B) umfasst das Verteilerrohr (B)' und das Gebläse.
-
Die
vorliegende Erfindung lässt
sich umsetzen, ohne dass wenigstens eine der Vorrichtungen (C) und (D)
betrieben wird. Anders gesagt: Wenigstens eine der Vorrichtungen
(C) und (D) kann wie bei der vorstehend genannten, in den 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsform
weggelassen werden.
-
21 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel für
den Verlauf der anfänglichen
Stromdichte während
des Anodisierungsvorgangs unter sanften Bedingungen zeigt. Die Stromdichte
wird so eingestellt, dass sie sich schrittweise erhöht.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein in 22 gezeigtes kontinuierliches
und automatisiertes Behandlungssystem bzw. eine Behandlungslinie
realisiert werden, wobei der Metallkörper bzw. der zu behandelnde
Gegenstand durch Behandlungsbehälter
geführt
wird zur Durchführung
der vorstehend genannten Vorgänge
der Vorbehandlung, des Anodisierens und der Nachbehandlung.
-
In
den Behandlungsbehältern
für den
Vorbehandlungsvorgang bzw. den Nachbehandlungsvorgang wird vorzugsweise
die Vorrichtung (A) verwendet, wobei eine Verwendung der Vorrichtungen
(A) und (B) noch mehr zu bevorzugen ist. Bevorzugt ist auch die
Verwendung der Kombination der Vorrichtungen (A) + (B) + (C), der
Vorrichtungen (A) + (B) + (D) oder der Vorrichtungen (A) + (B) +
(C) + (D).
-
Diese
Vorrichtungen) wird (werden) vorzugsweise in wenigstens einem der
Schritte des Entfettens, des Polieren auf dem Wege des elektrolytischen
oder chemischen Polierens und der Verdichtung mittels heißen Wassers
verwendet, um die Effizienz des betreffenden Schritts zu steigern.
-
Wenn
die Schwingrühnrorrichtung
(A) beispielsweise während
des elektrolytischen Poliervorgangs betrieben wird, lässt sich
für das
Behandlungsbad die folgende Zusammensetzung verwenden:
| H3PO4 (89-prozentige
wässrige
Lösung) | 300
g/Liter |
| H2PO4 | 200
g/Liter |
| Glycerin | 10
g/Liter |
-
Die
Konzentration dieser Zusammensetzung ist relativ niedrig, und die
relativ niedrige Behandlungstemperatur von 50 bis 60 °C und die
relativ kurze Behandlungsdauer von 7 bis 11 Minuten lassen sich
als Beitrag zur Kostensenkung nutzen. Außerdem weist der erhaltene
anodisch erzeugte Oxidfilm ein gutes äußeres Erscheinungsbild und
guten Glanz auf.
-
Wird
demgegenüber
die Schwingrührvorrichtung
(A) bei dem elektrolytischen Poliervorgang nicht verwendet, ist
bei einer Stromdichte von 10 bis 16 A/dm
2,
einer Spannung von 5 bis 20 V und einer Behandlungstemperatur von
90 bis 100 °C
die relativ lange Behandlungsdauer von 10 bis 15 Minuten erforderlich,
wenn für das
Behandlungsbad die folgende Zusammensetzung verwendet wird:
| H3PO4 (89-prozentige
wässrige
Lösung) | 600
g/Liter |
| H2PO4 | 400
g/Liter |
| Glycerin | 10
g/Liter |
-
Die
Konzentration dieser Zusammensetzung ist relativ hoch.
-
Auch
im Fall des chemischen Poliervorgangs kann durch Verwendung der
Schwingrührvorrichtung
(A) die Behandlungstemperatur beträchtlich gesenkt werden, und
der erhaltene anodisch erzeugte Oxidfilm weist ein gutes äußeres Erscheinungsbild
und guten Glanz auf.
-
Im
Folgenden werden erfindungsgemäße Beispiele
und Vergleichsbeispiele beschrieben, doch ist der allgemeine Erfindungsgedanke
nicht auf die folgenden Beispiele eingeschränkt.
-
In
den folgenden Beispielen wird die in 20 dargestellte
Vorrichtung verwendet. In bestimmten Beispielen werden jedoch die
Vorrichtungen (C) und/oder (D) nicht betrieben bzw. weggelassen
wie in der 1 bis 3.
-
Beispiel 1
-
Es
wurde eine Vorrichtung von der in den 1 bis 3 dargestellten
Art verwendet. Die Größe, Leistungsfähigkeit
usw. einer jeden als Bestandteil verwendeten Vorrichtung waren die
folgenden:
-
(1) Anodisierbehälter
-
Es
wurde ein Behälter
aus hitzebeständigem
Polyvinylchlorid mit einer Breite von 500 mm, einer Länge von
750 mm und einer Höhe
von 550 mm verwendet.
-
(2) Schwingrührvorrichtung
-
Es
wurde der von JAPAN TECHNO CO., LTD. hergestellte Rührer SUPERVIBRATING α AGITATOR Type
3 verwendet.
- Schwingungsmotor: URAS VIBRATOR KEE 3.5–2B, erhältlich bei
YASKAWA & CO.,
LTD., 250 W × 200
V × 3-phasig,
gesteuert durch einen Wechselrichter (0,4 kW).
- Schwingblatt: 300 × 100
mm wirksame Fläche,
0,5 mm Dicke (es wurden fünf
Blätter
verwendet), α =
15 Grad (das unterste Blatt war nach unten geneigt, die übrigen Blätter waren
nach oben geneigt)
- Amplitude eines Schwingblatts: 1,5 mm
-
(3) Verteilerrohr
-
Es
wurde die von JAPAN TECHNO CO., LTD. hergestellte Belüftungsvorrichtung
MICRO AERATOR BM-100 aus Keramik verwendet.
- Innendurchmesser:
50 mm
- Außendurchmesser:
75 mm
- Länge:
450 mm
- Porosität:
33 bis 38 %
- Größe der Porenöffnungen:
50 bis 60 µm
- Volumendichte: 2,2 bis 2,5
-
(4) Gebläse für das Verteilerrohr
-
Es
wurde eine Rotationsluftpumpe mit 150 W verwendet.
Pumpleistung:
120 Liter/Min
-
(5) Anodisierbad
-
-
-
(6) Kathode
-
Es
wurden vier Aluminiumplatten verwendet, die jeweils eine Breite
von 60 mm, eine Länge
von 500 mm und eine Dicke von 20 mm aufwiesen.
-
(7) Zu behandelnder Gegenstand
(Metallkörper:
Anode)
-
Es
wurde eine Aluminiumplatte aus A1100P (JIS H400) mit einer Breite
von 100 mm, einer Länge
von 100 mm und einer Dicke von 1,5 mm verwendet. Si
+ Fe ≤ 1,0
% Cu = 0,05 – 0,20 % Mn ≤ 0,05 % Zn ≤ 0,10
% Al ≥ 99,0
%
-
(8) Halter für zu behandelnden
Gegenstand
-
Es
wurden ein Tragerahmen aus Titan und Drähte aus Aluminium zur Befestigung
des zu behandelnden Gegenstands am Tragerahmen verwendet (siehe 17).
-
(9) Wärmetauscher zum Kühlen des
Anodisierbads
-
Es
wurde eine von SHOWA ENTETSU CO., LTD. hergestellte automatische,
direkt kühlende
Schnellkühlvorrichtung
vom Typ COOL LINER verwendet. 4010 kcal/h, Motor 1,5 kW
-
(10) Umwälzpumpe für den Wärmetauscher
-
Es
wurde eine Magnetpumpe vom Typ IWAKI MD-100RM verwendet.
- Maximale
Umwälzleistung:
120 Liter/Min
- Maximale Wasserdruckhöhe:
8,6 m
- Ausgang: 265 W, 1,27 A
-
(11) Regler
-
Es
wurde die von CHUO SEISAKUSHO CO., LTD. hergestellte Gleichstromquelle
HIMINI MB7C-600-01 verwendet.
- Nennleistung: 60 V – 100 A,
6,0 kW
- Wechselstromeingang: 200 V; 21,2 A; 7,34 kVA
-
(12) Abstand zwischen Anode
und Kathode (d2, d3 in Abb.18)
-
-
(13) Anordnung der Behandlungsbehälter
-
Entfettungsbehälter → Behälter für Reinigung
mit Wasser → Beizbehälter → Behälter für Reinigung
mit Wasser → Dekapierbehälter → Behälter für Reinigung
mit Wasser Anodisierbehälter → Behälter für Reinigung mit
Wasser → Verdichtungsbehälter Trockenbehälter
- Beizbehandlung:
Bad mit Natronlauge 50 g/Liter,
- Behandlungsdauer 5 Minuten bei Raumtemperatur
- Dekapierbehandlung: Bad mit 5-prozentiger Salpetersäurelösung,
- Behandlungsdauer 1 Minute bei Raumtemperatur
- Verdichtungsbehandlung: mit lonenaustauscher behandeltes, abgekochtes
Wasser,
- Behandlungsdauer 15 Minuten bei Raumtemperatur
-
Das
Anodisieren erfolgte über
8 Minuten, wobei die Frequenz des Schwingungsmotors der Vorrichtung (A)
37 Hz betrug, um eine Schwingung des Schwingblatts mit einer Frequenz
von 600 Schwingungen pro Minute zu erzeugen. Das Anodenpotential
betrug 20 V, die Stromdichte war die in 21 gezeigte
und die Temperatur des Bads betrug 20 °C.
-
Auf
der Oberfläche
des zu behandelnden Gegenstands bildete sich ein anodisch erzeugter
Oxidfilm mit einer Dicke von 20 µm. Der Oxidfilm wies eine
gute Dichte sowie ein gutes äußeres Erscheinungsbild
und Glanz auf. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 1
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte wie in Beispiel 1, abgesehen davon,
dass die Schwingrührvorrichtung
(A) nicht betrieben wurde. Die Behandlungsdauer, die erforderlich
war, damit sich ein anodisch erzeugter Oxidfilm der Dicke 20 µm bildete,
d.h. derselben Dicke wie im Beippiel 1, betrug 40 Minuten. Das Ergebnis
ist in Tabelle 2 gezeigt.
-
-
Auswertung:
-
Die
Stromdichte von 10 A/dm2 in Beispiel 1 ist
beträchtlich
größer als
die Stromdichte von 2 A/dm2 im Vergleichsbeispiel
1. Dementsprechend ist die Anodisierungsrate in Beispiel 1 ungefähr 5-mal
höher als
im Vergleichsbeispiel 1. Härte,
Korrosionsbeständigkeit,
Färbeeigenschaften
und Verschleißeigenschaften
des in Beispiel 1 erhaltenen Oxidfilms stellen eine Verbesserung
gegenüber
dem Vergleichsbeispiel 1 dar.
-
Im
Wesentlichen ergab sich für
Oxidfilme mit einer Dicke von 10 µm oder 15 µm dieselbe Tendenz.
-
Beispiel 2
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie im Beispiel
1 abgesehen davon, dass die Behandlungsdauer 5 Minuten betrug, wobei
der Schwingungsmotor der Vorrichtung (A) mit 150 V betrieben wurde,
das Anodenpotential 15V und die Temperatur des Bads 30 °C betrug.
Das Ergebnis ist in Tabelle 3 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiele 2–1 und 2–2
-
Die
Anodisierungsvorgänge
erfolgten auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 abgesehen davon,
dass die Schwingrührvorrichtung
(A) nicht betrieben wurde. Im Vergleichsbeispiel 2–2 wurde
die Behandlungsdauer so gewählt,
dass sich ein Oxidfilm von derselben Dicke wie im Beispiel 2 bildete.
Das Ergebnis ist in Tabelle 3 gezeigt.
-
-
Auswertung:
-
Im
Beispiel 2 war die Anodisierungsrate ungefähr 4-mal höher als im Vergleichsbeispiel
2–2, und
der Oxidfilm weist einen guten Glanz auf und ist von hinreichender
Qualität
für den
praktischen Gebrauch. Demgegenüber
ist der Oxidfilm, der in den Vergleichsbeispielen 2–1 und 2–2 bei einer
Badtemperatur von 30 °C erhalten
wurde, von unzureichender Qualität
für den
praktischen Gebrauch.
-
Beispiel 3
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie in Beispiel
1, abgesehen davon, dass die Aluminiumplatte des zu behandelnden
Gegenstands eine Hartaluminiumplatte aus A5052P (JIS H400) war. Si ≤0,25
% Fe ≤0,04
% Cu = 0,01 % Mn ≤0,01 % Mg = 2,2 – 2,8
% Cr = 0,15 – 0,35 % Zn ≤0,1 % Das
Ergebnis ist in Tabelle 4 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 3
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte wie in Beispiel 3, abgesehen davon,
dass die Schwingrührvorrichtung
(A) nicht betrieben wurde. Das Ergebnis ist in Tabelle 4 gezeigt.
-
-
Auswertung:
-
Im
Beispiel 3, in dem sich ein harter anodisch erzeugter Oxidfilm bildete,
ist die Anodisierungsrate ungefähr
4-mal höher
als im Vergleichsbeispiel 3. Das äußere Erscheinungsbild, die
Härte,
die Korrosionsbeständigkeit,
die Färbeeigenschaften
und die Verschleißeigenschaften
des im Beispiel 3 erhaltenen Oxidfilms stellen gegenüber dem
Vergleichsbeispiel 3 eine Verbesserung dar.
-
Beispiel 4
-
Die
Anodisierungsvorgänge
erfolgten auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1, abgesehen davon,
dass die Aluminiumplatte aus dem vorstehend erwähnten Werkstoff A5052P (JIS
H400) bestand, die Stromdichte 8 A/dm2 betrug
und die Temperatur, bei der sich die Oxidfilme mit einer Dicke von
15 µm
bildeten, wie in 23 (Symbole o) gezeigt variiert
wurde. Die Härte
(Hv) der Oxidfilme wurde gemessen. Das Ergebnis ist in 23 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 4
-
Die
Anodisierungsvorgänge
erfolgten auf dieselbe Weise wir im Beispiel 4, abgesehen davon,
dass die Schwingrührvorrichtung
(A) nicht betrieben wurde, die Stromdichte 1,5 A/dm2 betrug
und die Temperatur des Anodisierbads wie in 23 (Symbole •) variiert
wurde. Die Härte
der Oxidfilme wurde gemessen. Das Ergebnis ist in 23 gezeigt.
-
Auswertung:
-
Der
im Beispiel 4 erhaltene Oxidfilm weist eine größere Härte (Hv) auf als der im Vergleichsbeispiel
4 bei derselben Badtemperatur erhaltene Oxidfilm. Um gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Oxidfilm derselben Härte zu bilden, kann also bei
einer höheren
Temperatur gearbeitet werden als beim herkömmlichen Verfahren, und die
vorliegende Erfindung weist somit hinsichtlich Energieverbrauch
und Behandlungsdauer erhebliche Vorteile auf.
-
Beispiel 5
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie in Beispiel
1, abgesehen davon, dass der zu behandelnde Gegenstand ein im Gussverfahren
hergestellter Aluminiumkörper
war, dessen Abemssungen ungefähr
150 mm × 120
mm × 40
mm betrugen und der zahlreiche Vertiefungen aufwies, die unregelmäßig auf der
Oberfläche
verteilt waren, eine Breite von 3 bis 15 mm und eine Tiefe von ungefähr 15 bis
20 mm aufwiesen. Es wurde ein Oxidfilm der Dicke 15 µm gebildet.
Das Ergebnis ist in Tabelle 5 gezeigt.
-
Vergleichsbeispiel 5
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgt auf dieselbe Weise wie im Beispiel
5, abgesehen davon, dass die Schwingrührvorrichtung (A) nicht betrieben
wurde. Das Ergebnis ist in Tabelle 5 gezeigt.
-
-
-
Auswertung:
-
Der
im Beispiel 5 erhaltene Oxidfilm ist auch in den Vertiefungen von
gleichmäßiger Dicke,
während der
im Vergleichsbeispiel 5 erhaltene Oxidfilm von ungleichmäßiger Dicke
ist, d.h. der in den Vertiefungen gebildete Film ist erheblich dünner als
der in anderen Bereichen gebildete Film und sein Glanz ist gegenüber dem Beispiel
5 schwächer,
obwohl die Behandlungsdauer im Vergleichsbeispiel 5 ungefähr das 4fache
der Behandlungsdauer im Beispiel 5 betrug. Dementsprechend lässt sich
die vorliegende Erfindung in Fällen
anwenden, in denen der zu behandelnde Gegenstand auf seiner Oberfläche Vertiefungen
aufweist, wobei jede Vertiefung eine Breite von 10 mm und eine Tiefe
von 10 bis 15 mm aufweist.
-
Beispiel 6
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie in Beispiel
5, abgesehen davon, dass die Temperatur des Anodisierbads 30 °C und die
Luftpumpleistung 240 Liter/Min betrug. Die Behandlungsdauer, die
erforderlich war, damit sich ein Film der Dicke 15 µm bildete,
betrug nur 5 Minuten.
-
Solch
eine gesteigerte Geschwindigkeit des Anodisierungsvorgangs ermöglicht eine
Linie, in der Vorbehandlung, Anodisieren und Nachbehandlung kontinuierlich
erfolgen, wobei eine Fördervorrichtung
dem kontinuierlichen Transport des zu behandelnden Gegenstands dient.
-
Vergleichsbeispiel 6
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie in Beispiel
6, abgesehen davon, dass die Schwingrührvorrichtung (A) nicht betrieben
wurde. Der erhaltene Oxidfilm war sehr ungleichmäßig bzw. unregelmäßig und
praktisch unbrauchbar.
-
Beispiel 7–1
-
Es
wurde eine Vorrichtung von der in den 13 bis 15 gezeigten
Art verwendet. Die Größe, Leistung
usw. einer jeden Teilkomponente waren die folgenden:
-
Anordnung der Behandlungsbehälter
-
Entfettungsbehälter (o) → Behälter für Reinigung
mit Wasser → Beizbehälter → Behälter für Reinigung mit
Wasser → Dekapierbehälter (o) → Behälter für Reinigung mit
Wasser → Anodisierbehälter (•) → Behälter für Reinigung
mit Wasser → Verdichtungsbehälter (o) → Trockenbehälter
-
Die
Vorrichtungen (A) bis (D) wurden in dem vorstehend mit i bezeichneten
Behälter
in Kombination verwendet, und die Vorrichtung (A) wurden in den
vorstehend mit o bezeichneten Behältern verwendet. Das Behandlungsbad
in dem Behälter
für Reinigung
mit Wasser war Leitungswasser mit Raumtemperatur.
-
Zu behandelnder Gegenstand
(Metallkörper:
Anode)
-
Es
wurde eine Aluminiumplatte mit den Abmessungen 500 mm × 200 mm × 10 mm
verwendet.
-
Kathode
-
Es
wurden acht Aluminiumplatten verwendet, deren Abmessungen jeweils
500 mm × 60
mm × 20
mm betrugen.
-
Der
zu behandelnde Gegenstand und die Kathode wurden analog zu der in 18 gezeigten
Situation angeordnet. Ein Satz von vier Kathoden wurde in einer
Reihe auf einer Seite des zu behandelnden Gegenstands in einem Abstand
d2 von 100 mm angeordnet, der andere Satz von vier Kathoden wurde
in einer Reihe auf der anderen Seite des zu behandelnden Gegenstands
in einem Abstand d3 von 100 mm angeordnet, und der Abstand d1 betrug
15 mm.
-
Anodisierbehälter
-
Es
wurde eine Behälter
mit einer Breite von 500 mm, einer Länge von 750 mm und einer Höhe von 550
mm verwendet.
-
Schwingrührvorrichtung
-
- Schwingungsmotor: URAS VIBRATOR, 250 W × 200 V × 3-phasig, gesteuert mittels
eines Wechselrichters bei einer Schwingungsfrequenz von 37 Hz
- Schwingblatt: 300 × 150
mm wirksame Fläche,
0,6 mm Dicke (es wurden sechs Schwingblätter verwendet),α = 15 Grad
(das unterste Schwingblatt war nach unten geneigt und die anderen
Schwingblätter
waren nach oben geneigt)
- Amplitude der Schwingblätter:
1,5 mm
- Frequenz der Schwingblätter:
600 Schwingungen pro Minute
-
Belüftungsvorrichtung
-
Es
wurden drei Verteilerrohre aus Keramik verwendet.
- Innendurchmesser:
50 mm
- Außendurchmesser:
75 mm
- Länge:
450 mm
- Porosität:
40 %
- Größe der Porenöffnungen:
200 µm
-
Als
Luftgebläse
für die
Verteilerrohre wurde eine Rotationsluftpumpe mit einer Leistung
von 150 W und einer Luftpumpleistung von 120 Liter/Min verwendet.
-
Schwingvorrichtung
-
Ein
Getriebemotor oder Zylindermotor wurde verwendet, um die Schwingbewegung
des zu behandelnden Gegenstands in der Richtung entlang seiner Oberfläche mit
einer Schwingungsamplitude von 40 mm und einer Frequenz von 20 Schwingungen
pro Minute zu erzeugen.
-
Schwingungsübertragungsvorrichtung
-
Der
Schwingungsmotor 14 mit einer Leistung von 40 W wurde auf den schwingenden
Tragerahmen montiert und über
einen Wechselrichter bei einer Frequenz von 30 Hz betrieben, um
den zu behandelnden Gegenstand in Schwingungen mit einer Frequenz
von 250 Schwingungen pro Minute und einer Amplitude von 0,8 mm zu
versetzen.
-
Anodisierbad
-
- Volumen: 150 Liter
- Füllstand:
400 mm über
dem Boden des Behälters
-
-
Wärmetauscher zur Kühlung des
Anodisierbads
-
Es
wurde die von SHOWA ENTETSU CO., LTD. hergestellte Kühlvorrichtung
NEW COOL LINER SA3-2 verwendet.
4010kcal/h, Motor 1,5 kW
-
Umwälzpumpe für den Wärmetauscher
-
- Maximale Umwälzleistung:
120 Liter/Min
- Ausgang: 265 W, 1,27 A
-
Die
Verfahrensschritte waren dieselben wie in der vorstehenden Tabelle
1, es wurden jedoch die folgenden besonderen Behandlungsbäder mit
der jeweils angegebenen Behandlungsdauer verwendet:
- Entfettungsbad
Es
wurde eine Hydrogencarbonat-Entfettungsmittel von der Art eines
Naphthenentfettungsmittel (TECHNO CLEAN S800) verwendet. Die Temperatur
betrug 40 °C,
und die Behandlungsdauer betrug 5 Minuten. Die Innenabmessungen
des Entfettungsbehälters
waren 500 mm Breite, 750 mm Länge
und 550 mm Höhe.
- Beizbad
Schwefelsäure
(spezifisches Gewicht 1,84) 500 ml/Liter
Phosphorsäure (spezifisches
Gewicht 1,74) 100 ml/Liter
Chromsäure 30 g/Liter
Die Temperatur
betrug 65 °C,
und die Behandlungsdauer betrug 10 Minuten. Die Innenabmessungen
des Beizbehälters
waren 500 mm Breite, 750 mm Länge
und 550 mm Höhe.
- Dekapierbad
NO3 5-prozentige wässrige Lösung
- Verdichtungsbad
Mit lonenaustauscher behandeltes, abgekochtes
Wasser
Das Ergebnis ist in Tabelle 6 gezeigt.
-
Beispiel 7–2
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Wiese wie in Beispiel
7–1, abgesehen
davon, dass die Schwingungsübertragungsvorrichtung
(C) und die Schwingvorrichtung (D) nicht betrieben wurden. Das Ergebnis
ist in Tabelle 6 gezeigt.
-
-
Beispiel 8–1
-
Es
wurde eine Vorrichtung von der in den 4 bis 8 gezeigten
Art verwendet. Die Größe, Leistung
usw. einer jeden Teilkomponente waren die folgenden:
-
Anodisierbehälter
-
Es
wurde ein Behälter
der Breite 500 mm, der Länge
1250 mm und der Höhe
750 mm verwendet.
-
Anodisierbad
-
-
Zu behandelnder Gegenstand
(Metallkörper:
Anode)
-
Es
wurde eine Aluminiumplatte mit den Abmessungen 500 mm × 200 mm × 10 mm
verwendet.
-
Kathode
-
Es
wurden zehn Aluminiumplatten verwendet, deren Abmessungen jeweils
500 mm × 60
mm × 20
mm betrugen und die in senkrechter Richtung parallel zueinander
angeordnet wurden.
-
Der
zu behandelnde Gegenstand und die Kathode wurden analog zu der in 18 gezeigten
Situation angeordnet. Ein Satz von fünf Kathoden wurde in einer
Reihe auf einer Seite des zu behandelnden Gegenstands in einem Abstand
d2 von 100 mm angeordnet, der andere Satz von fünf Kathoden wurde in einer Reihe
auf der anderen Seite des zu behandelnden Gegenstands in einem Abstand
d3 von 100 mm angeordnet, und der Abstand d1 betrug 15 mm. Der oberste
Bereich des zu behandelnden Gegenstands lag 70 mm unterhalb der
Oberfläche
des Behandlungsbads, und der unterste Bereich des zu behandelnden
Gegenstands lag 70 mm höher
als der Boden des Behandlungsbehälters.
-
Schwingrührvorrichtung (A)
-
- Schwingungsmotor: URAS VIBRATOR, 400 W × 200 V × 3-phasig, gesteuert mittels
eines Wechselrichters bei einer Schwingungsfrequenz von 37 Hz
- Schwingblatt: 300 × 150
mm wirksame Fläche,
0,6 mm Dicke (es wurden acht Schwingblätter verwendet), α = 15 Grad
(das unterste Schwingblatt war nach unten geneigt und die anderen
Schwingblätter
waren nach oben geneigt)
- Amplitude der Schwingblätter:
1,5 mm
- Frequenz der Schwingblätter:
600 Schwingungen pro Minute
-
Es
wurden zwei Schwingrührvorrichtungen
(A) verwendet.
-
Belüftungsvorrichtung (B)
-
Es
wurden drei Verteilerrohre aus Keramik verwendet.
- Innendurchmesser:
50 mm
- Außendurchmesser:
75 mm
- Länge
800 mm
- Porosität:
40
- Größe der Porenöffnungen:
200 µm
-
Es
wurde ein Luftgebläse
mit einer Luftpumpleistung von 200 Liter/Min verwendet.
-
Schwingvorrichtung (D)
-
Ein
Getriebemotor oder Zylindermotor wurde verwendet, um die Schwingbewegung
des zu behandelnden Gegenstands in der Richtung entlang seiner Oberfläche mit
einer Schwingungsamplitude von 40 mm und einer Frequenz von 20 Schwingungen
pro Minute zu erzeugen.
-
Schwingungsübertragungsvorrichtung
(C)
-
Der
Schwingungsmotor 14 mit einer Leistung von 40 W wurde auf den schwingenden
Tragerahmen montiert und über
einen Wechselrichter bei einer Frequenz von 30 Hz betrieben, um
den zu behandelnden Gegenstand in Schwingungen mit einer Frequenz
von 250 Schwingungen pro Minute und einer Amplitude von 0,8 mm zu
versetzen.
-
Wärmetauscher zur Kühlung des
Anodisierbads
-
Es
wurde eine Schnellkühlvorrichtung
vom Typ COOL LINER zur automatischen, direkten Kühlung verwendet.
4010kcal/h,
Motor 1,5 kW
-
Umwälzpumpe für den Wärmetauscher
-
Es
wurde eine Magnetpumpe verwendet.
- Maximale Umwälzleistung:
120 Liter/Min
- Maximale Wasserdruckhöhe:
8,6 m
- Ausgang: 265 W, 1,27 A
-
Regler
-
Es
wurde eine Gleichstromquelle verwendet.
- Nennausgangsgrößen: 60
V – 100A,
6,0 kW
- Wechselstromeingang: 200 V; 21,2A; 7,34 kVA
-
Die
Verfahrensschritte waren dieselben wie in der vorstehenden Tabelle
1, wobei die Vorrichtungen (A) bis (D) auch in den Schritten zur
Entfettung und zur Verdichtung verwendet wurden.
-
Das
Ergebnis ist in Tabelle 7 gezeigt.
-
Beispiel 8–2
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie in Beispiel
8–1, abgesehen
davon, dass die Schwingungsübertragungsvorrichtung
(C) und die Schwingvorrichtung (D) nicht betrieben wurden. Das Ergebnis
ist in Tabelle 7 gezeigt.
-
-
Beispiel 9–1
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie in Beispiel
8–1, wobei
eine Hartaluminiumplatte aus dem Werkstoff A5052P (JIS H 400) als
zu behandelnder Gegenstand verwendet wurde und die Temperatur des
Anodisierbads 7 °C,
die Stromdichte 15 A/cm2 und Behandlungsdauer 10 Minuten betrug.
-
Die
so behandelte Aluminiumplatte wurde, wie in 24 gezeigt,
in 15 Bereiche unterteilt, und die Dicke und Härte des Oxidfilms wurden jeweils
in der Mitte eines jeden Bereichs gemessen. Die Messpunkte sind
in 24 durch kleine Kreise o bezeichnet. Das Ergebnis
ist in den Tabellen 8 und 9 gezeigt.
-
-
- Wert der mittleren Dicke: 44,7 µm
- Wert der minimalen Dicke: 44,1 µm
- Wert der maximalen Dicke: 45,2 µm
-
-
-
- Wert der mittleren Härte:
518
- Wert der minimalen Härte:
511
- Wert der maximalen Härte:
527
-
Beispiel 9–2
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie in Beispiel
9–1, abgesehen
davon, dass die Schwingungsübertragungsvorrichtung
(C) und die Schwingvorrichtung (D) nicht betrieben wurden. Das Ergebnis
ist in den Tabellen 10 und 11 gezeigt.
-
-
- Wert der mittleren Dicke: 37,0 µm
- Wert der minimalen Dicke: 35,7 µm
- Wert der maximalen Dicke: 38,0 µm
-
-
- Wert der mittleren Härte:
404
- Wert der minimalen Härte:
397
- Wert der maximalen Härte:
415
-
Aus
einem Vergleich der Tabellen 8 und 9 mit den Tabellen 10 und 11
ist ersichtlich, dass der Anodisierungsvorgang, bei dem alle Vorrichtungen
(A) bis (D) betrieben werden, zu einem besseren Ergebnis führt als
der Anodisierungsvorgang, bei dem die Vorrichtungen (A) und (B),
nicht aber die Vorrichtungen (C) und (D) betrieben werden. Tatsächlich weist
der im Beispiel 9–1
erhaltene Oxidfilm im Vergleich zu dem im Beispiel 9–2 erhaltenen
Oxidfilm eine um ungefähr
20 % größere Dicke
bei höherer
Gleichmäßigkeit
und eine um ungefähr 30
% höhere
Vickers-Härte
auf, obwohl die Temperatur des Anodisierbads und die Behandlungsdauer
in den zwei Beispielen 9–1
und 9–2
dieselben waren.
-
Wenn
der Anodisierungsvorgang durchgeführt wird und dabei die Vorrichtungen
(A) bis (C) betrieben werden, ohne dass die Vorrichtung (D) betrieben
wird, liegt der Wert, den die Dicke des erhaltenen Oxidfilms annimmt,
zwischen den Werten aus den Beispielen 9–1 und 9–2, während die Vickers-Härte des
Oxidfilms im Wesentlichen denselben Wert annimmt wie im Beispiel
9–1.
-
Wenn
der Anodisierungsvorgang durchgeführt wird und dabei die Vorrichtungen
(A), (B) und (D) betrieben wird, ohne dass die Vorrichtung (C) betrieben
wird, liegt der Wert, den die Vickers-Härte des erhaltenen Oxidfilms
annimmt, zwischen den Werten aus den Beispielen 9–1 und 9–2, während die
Dicke des Oxidfilms im Wesentlichen denselben Wert annimmt wie im
Beispiel 9–1.
-
Es
hat sich herausgestellt, dass die Verwendung der Vorrichtung (D)
insofern vorteilhaft ist, als sie die Glattheit und Gleichmäßigkeit
der Oberfläche
des Oxidfilms insbesondere im Falle eines plattenförmigen zu behandelnden
Gegenstands verbessert.
-
Beispiel 10
-
Es
wurde eine Vorrichtung von der in den 1 bis 3 gezeigten
Art verwendet. Die Größe, Leistung
usw. einer jeden Teilkomponente waren die folgenden:
-
(1) Anodisierbehälter
-
Es
wurde eine Behälter
aus hitzebeständigen
Polyvinylchlorid mit einer Breite von 700 mm. einer Länge von
1000 mm und einer Höhe
von 700 mm verwendet.
-
(2) Schwingrührvorrichtung
-
Es
wurde der von JAPAN TECHNO CO., LTD. hergestellte SUPERVIBRATING
AGITATOR Typ 5 verwendet.
- Schwingungsmotor: URAS VIBRATOR
KEE 10–2B,
750W × 200
V × 3-phasig,
gesteuert mittels eines Wechselrichters (1 kW)
- Schwingblatt: 300 × 150
mm wirksame Fläche,
0,6 mmDicke (es wurden sechs Schwingblätter verwendet), α = 15 Grad
(das unterste Schwingblatt war nach unten geneigt und die anderen
Schwingblätter
waren nach oben geneigt)
- Amplitude der Schwingblätter:
1,5 mm
- Frequenz der Schwingblätter:
700 Schwingungen pro Minute
-
(3) Verteilerrohr
-
Es
wurde das von JAPAN TECHNO CO., LTD. hergestellte Modell MICRO AERATOR
BM–100
aus Keramik verwendet. Es wurden drei Verteilerrohre verwendet.
- Innendurchmesser: 50 mm
- Außendurchmesser:
75 mm
- Länge
700 mm
- Porosität:
33 bis 38 %
- Größe der Porenöffnungen:
50 bis 60 µm
- Volumendichte: 2,2 bis 2,5
-
(4) Luftgebläse für die Verteilerrohre
-
Es
wurde eine Rotationsluftpumpe mit einer Leistung von 150 W verwendet.
Luftpumpleistung: 120 Liter/Min
-
(5) Anodisierbad
-
-
-
(6) Kathode
-
Es
wurden zehn Aluminiumplatten verwendet.
-
(7) Zu behandelnder Gegenstand
(Metallkörper:
Anode)
-
Es
wurde ein im Gussverfahren hergestellter Aluminiumkörper, und
zwar ein Autoteil mit den Abmessungen 250 mm × 750 mm × 500 mm und mit zahlreichen
Vertiefungen auf der Oberfläche
verwendet.
-
(8) Wärmetauscher zur Kühlung des
Anodisierbads
-
Es
wurde eine Kühlvorrichtung
vom Typ COOL LINER verwendet.
4010kcal/h, Motor 1,5 kW
-
(9) Umwälzpumpe für den Wärmetauscher
-
Es
wurde die Magnetpumpe IWAKI MD-100RM verwendet.
- Maximale
Umwälzleistung:
120 Liter/Min
- Maximale Wasserdruckhöhe:
8,6 m
- Ausgang: 265 W, 1,27 A
-
(10) Regler
-
Es
wurde die von CHUO EISAKUSHP CO., LTD. hergestellte Gleichstromquelle
HIMINI MB7C-600-01verwendet.
- Nennausgangsgrößen: 60
V – 100
A, 6,0 kW
- Wechselstromeingang: 200 V; 21,2 A; 7,34 kVA
-
(11) Abstand zwischen Anode
und Kathode (d2, d3 in 18)
-
100
mm
-
(12) Anordnung der Behandlungsbehälter
-
Entfettungsbehälter → Behälter für Reinigung
mit Wasser → Beizbehälter → Behälter für Reinigung
mit Wasser → Dekapierbehälter → Behälter für Reinigung
mit Wasser Anodisierbehälter → Behälter für Reinigung mit
Wasser → Verdichtungsbehälter (o)
Trockenbehälter
- Beizbehandlung: Bad in Natronlauge mit 50 g/Liter NaOH, Behandlungsdauer
5 Minuten bei Raumtemperatur
- Dekapierbehandlung: Bad in 5-prozentiger Salpetersäure, Behandlungsdauer
1 Minute bei Raumtemperatur
- Verdichtungsbehandlung: Bad in abgekochtem, mit lonenaustauscher
behandeltem Wasser, Behandlungsdauer 30 Minuten bei Raumtemperatur
- Stromdichte: 5 A/dm2
-
Die
Anodisierungsbehandlung wurde über
8 Minuten durchgeführt,
wobei die Frequenz des Schwingungsmotors der Vorrichtung (A) 40
Hz, die Badtemperatur 30 °C
und die Luftpumpleistung 120 Liter/Min betrug.
-
Auf
der Oberfläche
des zu behandelnden Gegenstands bildete sich ein anodisch erzeugter
Oxidfilm mit einer Dicke von 20 µm. Die Dicke des Oxidfilms
war von guter Gleichmäßigkeit.
-
Wenn
der Anodisierungsvorgang durchgeführt wird, ohne dass die Schwingrührvorrichtung
(A) betrieben wird, kommt es zum Verbrennen des Oxidfilm, und ein
guter anodisch erzeugter Oxidfilm lässt sich nicht erhalten.
-
Beispiel 11
-
Der
Anodisierungsvorgang erfolgte auf dieselbe Weise wie in Beispiel
10, abgesehen von Folgendem:
-
- (1) Die Abmessungen des zu behandelnden Gegenstands betrugen
100 mm × 500
mm × 300
mm.
- (2) Es wurde der von JAPAN TECHNO CO., LTD. hergestellte MICRO
AERATOR B-100 aus
Keramik verwendet. Es wurden drei Verteilerrohre verwendet.
Innendurchmesser:
50 mm
Außendurchmesser:
70 mm
Länge:
500 mm
Porosität:
33 bis 38 %
Größe der Porenöffnungen:
50 bis 60 µm
-
Die
Anodisierungsbehandlung wurde über
5 Minuten durchgeführt
mit einer Badtemperatur von 30 °C und
einer Luftpumprate von 120 Liter/Min.
-
Auf
der Oberfläche
des zu behandelnden Gegenstands bildete sich ein anodisch erzeugter
Oxidfilm mit einer Dicke von 15 µm. Die Dicke des Oxidfilms
war selbst in den Vertiefungen von guter Gleichmäßigkeit.
-
Wenn
der Anodisierungsvorgang erfolgt, ohne dass die Schwingrührvorrichtung
(A) betrieben wird, führt
eine Luftpumpleistung von mehr als 60 Liter/Min dazu, dass die Gleichmäßigkeit
der Dicke des Oxidfilms verloren geht, und somit kann eine Luftpumpleistung
von mehr als 60 Liter/Min in der Praxis nicht eingesetzt werden.
Wird weiter eine höhere
Stromdichte eingesetzt, besteht eine Neigung zum Verbrennen des
Oxidfilms, und daher lässt
sich die Stromdichte nicht in dem Maß steigern, dass eine hinreichende
Anodisierungsrate erhalten wird.
