-
Verfahren zur Erzeugung von Oxydschichten auf Aluminium und seinen
Legierungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Oxydschichten
verschiedenster Struktur und Modifikation auf Aluminium und seinen- Legierungen.-Lin
Körper aus einem gegebenen chemischen Grundstoff kann bekanntlich in Form von verschiedenen
Modifikationen auftreten, d. h. in bestimmten physikalischen- Zuständen mit eindeutig
gegebenen physikalischen und chemischen Eigenschaften bei chemisch gleichbleibendem
Grundstoff. Ein besonders auffälliges Unterscheidungsmerkmal der verschiedenen Modifikationen
des Aluminiumoxyds ist z. B. die außerordentlich verschiedene Härte dieser verschiedenen
Modifikationen; so hat z. B. der Korund als Alphaoxyd eine außerordentlich große
Härte, -%vährend andererseits die Gammatonerde, die ebenfalls aus Aluminiumoxyd
besteht, weich und pulverig ist.
-
Unter Struktur eines Körpers ist allgemein die Lagerung und der Aufbau
seines Kornes und die Korngröße selbst zu verstehen. Auch die Porosität fällt unter
diesen Begriff. Die Hauptsächlichsten strukturellen Eigenschaften sind also grobkörnig
oder feinkörnig, dicht oder porös.
-
.Nach vorliegendem Verfahren ist es nun möglich, durch die Wähl der
Oxydationsbedingungen willkürlich die Eigenschaft der zu bildenden Oxy dschicht
so zu beeinflussen, daß diese entweder in einer harten oder weichen Modifikation,
entweder mit einer feinkörnigen oder grobkörnigen, entweder in einer dichten oder
porösen Struktur vorliegt.
-
Dieses Ziel wird nun erfindung:geinäß durch AIiwendung eine. I?lektrolyten
erreicht, der aus einer etwa to°1oigei wässerigen Lösung von Oxalsäure oder Salpetersäure
mit oder ohne Zusatz, insbesondere von oxydierenden Bestandteilen oder organischem
bzw. anorganischen Säuren, besteht, bei Anwendung einer Badspannung -von 4 bis 6o
Volt und einer @'emiperat-= cfes Elektrolyten von r j bis 6o° C.
-
Es ist wohl in der einschlägigen Literatur vielfach darauf hingewiesen
worden, daß Wechsel der Stromspannung, Wechsel des Elektrolyten und der Badkonzentration
die Qualitäten der erzeugten -Tonerdeschicht beeinflussen. Es ist aber bisher nicht
erkannt worden, daß bei Benutzung der eingangs genannten Elektrolyten eine bestimmte
Gesetzmäßigkeit zwischen der Bädspannung und der Elektrolytkonzentration besteht,
die eingehalten werden muß, wenn man in vorbestimmter Richtung auf die Struktur,
Modifikation und die davon abhängigen Qualitäten der Oxydschicht in bewußter Weise
einwirken will.
-
Die Badspannung, innerhalb der das vorlieg ende Verfahren durchführbar
ist, beträgt, wie erwähnt, 4. bis 6o Volt Gleichstrom oder Wechselstrom oder pulsierender
Gleichstrom beliebiger Frequenz, die Konzentration des Elektrolyten etwa io °)o.
Es ist des weiterem festgestellt worden, daß auch die Badtemperatur zu diesen Verhältnissen
in einem bestimmten gesetzmäßigen Zusammenhang steht, und zwar zwischen 15
bis 6o° gehalten werden muß.
-
lm folgenden ist an Hand von einigen Ausführungsbeispielen das Wesen
der Erfindung näher erläutert.
Beispiel i Ein Reinaluminiumblech
von i qdm Oberfläche wird an einer Wechselstromquelle von ho Volt und 5o Hz angeschlossen
und taucht dabei in ein Bad, bestehend aus einer Lösung von So. g kristalliner Oxalsäure
auf 1 1 Wasser. Die Temperatur der Lösung beträgt i50. An die andere Phase der Wechselstromquelle
werden zwei Gegenelektroden aus Graphitkohle rechts und links von dem zu oxydierenden
Aluminiumblech angeschlossen. Es stellt sich- nach einiger Zeit eine Stromstärke
von 4 Amp. ein.- `lach etwa q.o Minuten Behandlungsdauer ist das Aluminiumblech
mit einer harten, wenig biegbaren Oxydschicht von gelblichbrauner Farbe überzogen.
Durch nähere Untersuchung ergibt sich, daß die Schicht aus dem sogenannten Gammaoxyd
besteht und von grobkörniger Struktur ist. Beispiel a Reinaluininiuinblech von i
qdni Oberfläche, Stromart: Wechselstrom 5o Hz, Spannung-* 5 V olt (Gegenelektrode
Aluminiumblech der gleichen Größe), Elektrolyt: iio g kristalliner Oxalsäure auf
11 ZVasser, Badtemperatur: 5o0, Behandlungsdauer: 6o'Minuten. Ergebnis: Die
so erhaltene Oxydschicht ist schon rein äußerlich grundverschieden von der Oxydschicht
nach Beispiel i. Die Schicht ist von grauweißem Aussehen und weicher Struktur. Während
die erste Schicht bei Biegung des Bleches infolge ihrer Sprödigkeit Risse bekommt
und ein knirschendes Geräusch verursacht, läßt sich das nach vorliegendem Beispiel
elektrolytisch oxydierte Blech um verhältnismäßig kleine Krümmungsradien biegen,
ohne daß die Oxy dsclriclit einreißt. Eingehende Untersuchungen ergaben, daß es
sich um ein wasserarmes Aluminiumhydroxyd handelt und die Schicht von außerordentlich
feinkristallinem Gefüge ist.
-
Beispiel 3 Reinaluininiumblech von i qdm Oberfläche, Stromart: Wechselstrom
5o Hz, Spannung: 15 Volt (Gegenelektrode Kohle), Elektrolyt: 75 g kristalline Oxalsäure
auf 1 1 Wasser, Badtemperatur: 150, Behandlungsdauer: So Minuten.
-
E r g e b n i s : Die Schicht ist von heller, strohgelber Farbe. Sie
ist zwar nicht so hart wie die nach Beispiel i erzeugte Schicht, dafür ist sie aber
verhältnismäßig feinkörniger und dichter Struktur. Die Biegefähig-].zeit der Schicht
ist jedoch nicht ganz so hoch wie die nach Beispiel 2.
-
Beispiel Reinaluininiumblech von i ddin Oberfläche, Stromart: Gleichstrom,
Spannung: 6o Volt (das zu oxydierende Blech ist an den Pluspol, die Gegenelektrode
aus Kohle an den Minuspol der Gleichstromquelle angeschlossen), Elektrolyt: Sog
kristalline Oxalsäure auf 1 1 Wasser, Badtemperatur: 2o0, Behandlungsdauer: 6o Minuten.
-
E r g e b n i s : Extrem harte; sehr spröde Schicht von graugelber
Farbe. Die Ritzhärte ist noch höher als bei Schicht -Ir. i. Jede geringste Biegung
hinterläßt sichtbare Risse in der Schicht und verursacht ein knakkendes Geräusch.
Eingehende Untersuchungen zeigen, daß es sich um ein außerordentlich weitgehend
gealtertes Aluminiumoxyd handelt und die Schicht von etwas feinkörnigerem Gefüge
ist. als die Schicht 1Tr: i.
-
Demzufolge beruht also die Erfindung auf der Erkenntnis, daß bei Verwendung
-von wässerigen Lösungen von Oxalsäure und/oder Salpetersäure mit oder ohne Zusätzen
von oxydierenden Substanzen und organischen oder anorganischen Säuren als Elektrolyt
nach Struktur, Modifikation und sonstiger Beschaffenheit bestimmt geartete Oxydschichten
nur dann mit Sicherheit erhalten werden, wenn man ein bestimmtes Verhältnis zwischen
Stromspannung und Elektrolytkonzentration einhält.- Dabei ist es notwendig, auch
die Temperatur, die sich hierzu gleichfalls in bestimmter Abhängigkeit befindet,
entsprechend zu wählen. Diese der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis steht daher
auch in einem gewissen Gegensatz zu den bisher mit Bezug auf die Aluminiumoxydationsverfahren
gemachten Erfahrungen, denn in den diesbezüglichen Beschreibungen ist immer davon
die Rede, daß man mit Spannungen oxydieren müsse, die in den meisten Fällen über
6o bis So Volt liegen, um überhaupt eine praktisch brauchbare Oxydschicht erzeugen
zu können; diese Feststellung ist als solche nicht richtig, und es ist daher auch
niemals angegeben, daß zwischen Stromspannung, Badkonzentration und Temperatur eine
bestimmte Gesetzmäßigkeit vorliegen muß, wenn man die Qualität der erzeugten Oxydschichten
in bewu ßter bestimmter Weise beeinflussen will.
-
Bei Einhaltung dieser durch die Erfindung festgelegten Stroinspannungs-
und Badverhältnisse werden Oxydschichtcn erzeugt, die sich außerordentlich gut zum
F ärben, insbesondere
durch anorganische Farben, eignen und außerordentlich
lichtechte und leuchtkräftige Farbüberzüge liefern.
-
Die so gefärbten Schichten können dann durch Imprägnierung von ölen,
Fetten, Wachsen nachbehandelt «-erden.
-
Diese Behandlung dient insbesondere dem Zweck, sie Wasser- und feuerbeständig
zu machen.