DE626758C - Verfahren zur Erhoehung der Reflexion hochglaenzender Aluminiumoberflaechen - Google Patents

Description

Um das Reflexionsvermögen einer Aluminiumfläche beständig und dauerhaft zu machen, hat man den Vorschlag gemacht, die Aluminiumfläche mit einem schützenden Überzug, beispielsweise mit einem Oxydüberzug oder einem durchsichtigen Firnis- oder Lacküberzug, zu versehen. Indes sind Verfahren, durch welche die reflektierende Fläche mit einem Oxydüberzug versehen werden kann, ohne daß ihr Reflexionsvermögen erheblich vermindert wird, nicht bekanntgeworden; offenbar aus dem Grunde, weil der erhaltene Oxydüberzug trübe und durchscheinend ist. Es wurde nun gefunden, daß die Verunreinigungen, die in der Regel auf einer Aluminiumfläche, im besonderen auf einer mechanisch polierten Aluminiumfläche, vorhanden sind, zum großen Teile die Ursache von trüben oder durchscheinenden Überzügen sind. Weiterhin wurde gefunden,

ao daß solche Verunreinigungen oder Fremdkörper auf* der Metallfläche durch elektrolytische Behandlung in gewissen Elektrolyten entfernt werden können und daß eine so gereinigte Aluminiumfläche hierauf anodisch oxydiert werden kann, ohne in ihrem Reflexionsvermögen ernstlich beeinträchtigt zu werden. Es können auch andere Arten von Schutzüberzügen auf die elektrolytisch gereinigten, reflektierenden Flächen aufgetragen werden, beispielsweise helle

durchsichtige Überzüge von Lack oder Firnis. Bei der praktischen Ausführung der Erfindungwird die reflektierende Fläche einem Reinigungsund Glänzverfahren unterworfen, bei dem man den Aluminiumgegenstand als Anode in einem ein Fluorborat enthaltenden Elektrolyten mit Gleich- oder Wechselstrom behandelt. Diesem Verfahren kann gegebenenfalls je nach dem Oberflächenzustand des Metalles ein Reinigungsverfahren vorangehen, um etwaigen Oberflächenschmutz und Öl oder Fett zu entfernen, das auf der Metallfläche infolge der vorangehenden Polier- oder sonstigen Bearbeitung vorhanden sein mag. Die Vorreinigung der Metalloberfläche wird zweckmäßig mit einem Lösungsmittel oder einem das Metall nicht angreifenden chemischen Stoff ausgeführt, wobei ein Reiben der polierten Oberfläche vermieden wird.

Durch die Behandlung in dem Fluorboratelektrolyt wird die Oberfläche glänzend gemacht und mit einem dünnen durchsichtigen Überzug überzogen. Dieser Überzug schützt die glänzende reflektierende Oberfläche gegen Unansehnlichwerden beim Gebrauch oder infolge atmosphärischer Einflüsse.

Vorteilhafter ist es, wie gefunden wurde, die reflektierende Fläche erneut elektrolytisch zu behandeln inid durch anodische Oxydation einen verhältnismäßig dicken, dichten Oxydüberzug darauf zu bilden. Die oxydüberzogene reflektierende Oberfläche kann hierauf einer Heißwasserbehandlung unterworfen werden, um den Überzug undurchlässig zu machen. Die so erzeugte oxydüberzogene Oberfläche behält den

durch das elektrolytische Glänzverfahren erteilten Glanz und ist widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse und Abnutzung im Gebrauch. Notwendig ist indes die Heißwasserbehandlung zur Erzeugung brauchbarer reflektierender Flächen nicht. Als Abschlußbehandlung, besonders im Falle der Anwendung der Heißwasserbehandlung, kann ein sehr leichtes Polieren mit Magnesia, Silberpolitur o. dgl. erwünscht sein. Diese Polierbehandlung kann auf der oxydüberzogenen reflektierenden Oberfläche vorgenommen werden,· ohne die glänzende reflektierende Oberfläche des Gegenstandes zu beeinträchtigen.

Zur Erzielung einer spiegelnden reflektierenden Fläche ist demgemäß folgendermaßen zu verfahren: eine mechanisch polierte Aluminiumfläche wird zuerst einem vorangehenden Reinigungsverfahren unterworfen, wobei Oberflächen- fett und Schmutz mittels eines Lösungsmittels oder eines geeigneten chemischen Reinigungsmittels entfernt wird; hierauf wird sie dem elektrolytischen Glänzverfahren gemäß der •Erfindung unterworfen, wobei der polierte AIuminiumgegenstand zur Anode in einer eine • Fluorboratlösung enthaltenden elektrolytischen Zelle gemacht wird; dann kommt das Überzugsverfahren, in dem die elektrolytisch glänzend gemachte reflektierende AlumMumfläche zur Anode in der Lösung eines Elektrolyten strom oder Gleichstrom sein. Man verwendet jedoch vorzugsweise Gleichstrom, da das Verjähren bei dieser Stromart leichter überwacht werden kann. Bei Verwendung von Gleichstrom ist es wesentlich, daß der Aluminiumgegenstand zur Anode in der elektrolytischen Zelle gemacht wird, während bei Wechselstrom die Wirkung in der Phase eintritt, bei welcher der Aluminiumgegenstand als Anode dient. Graphitkathoden können mit Vorteil benutzt werden. Mit Gleichstrom arbeitet man zweckmäßig «bei einer Spannung von etwa 5 bis 25 Volt. Die verwendete Spannung ist jedoch weitgehend von der Leitfähigkeit des Elektrolyten abhängig, die sich mit dessen Zusammensetzung, Konzentration und Temperatur ändert. Es kann infolgedessen in manchen Fällen erwünscht sein, Spannungen außerhalb des genannten Bereiches zu verwenden; die geringeren Spannungen werden bei Elektrolyten von hoher Leitfähigkeit und die höhere Spannung bei solchen von niedriger Leitfähigkeit benutzt. Die Arbeitstemperaturen liegen in der Regel zwischen etwa 20 und 60 ° C, es kann aber auch vorteilhaft sein, Temperaturen außerhalb dieses Bereiches bei Elektrolyten von ungewöhnlich hoher oder niedriger Aktivität zu verwenden. Zur Erzielung der günstigsten Erfolge ist eine Stromdichte von etwa 0,0108 bis 0,086 Amp. je qcm Anodenfläche anzuwenden; im allgemei-

gemacht wird, der äuTdeTöBerfläche des "Metalls nen kann" Jede ^StromdlcKtre ußraretwa—0732^?="=-='

einen verhältnismäßig dicken und dichten Oxydüberzug bildet; hierauf folgt die Behandlung in Wasser bei 80 bis ioö° C, um den Oxydüberzug undurchlässig und nicht absorbierend zu machen; schließlich kommt noch leichte«- Polierbearbeitung, um jeden überflüssigen Niederschlag zu entfernen, der auf der Oberfläche infolge eines der vorangehenden Prozesse ent-

4.0 standen sein mag.

Wenn eine diffus reflektierende Fläche gewünscht wird, ist das Verfahren das gleiche, nur wird das Metall geätzt oder mechanisch geschliffen, um die diffuse Oberfläche an Stelle der mechanisch polierten vor den obengenannten Verfahrensstufen herzustellen; das vorangehende Reinigungsverfahren zur Entfernung von Oberflächenfett und Schmutz kann hierbei in der Regel fortfallen.

Die oben beschriebene Form ist die zweckmäßigste Ausführungsform der Erfindung; aber das Verfahren kann auch ohne vorangehende Reinigung und ohne Nachbehandlung durchgeführt werden.

Bei, der Behandlung der reflektierenden Aluminiumfläche in der Lösung eines Fluorborats gemäß den grundlegenden Merkmalen der Erfindung wird der Aluminiumgegenstand zur Elektrode in einer elektrblytischen Reinigungszelle gemacht, die einen Fluorboratelektrolyten enthält. Der Strom kann entweder Wechsel-Amp./qdm angewandt werden.

Die Behandlungszeit in dem Fluorboratelektrolyten ist verschieden; sie ändert sich mit der Stromdichte und der Höhe des gewünschten Glanzes. Bei einer Behandlung von 5 bis 15 Minuten erhält man im allgemeinen gute Ergebnisse; die Behandlung kann aber auch langer oder kurzer sein.

Wechselstrom gibt unter denselben Arbeitsbedingungen hinsichtlich Spannung, Temperatur und Stromdichte befriedigende Erfolge. Die Konzentration des Elektrolyten ist jedoch im allgemeinen geringer als bei Gleichstrom, dagegen die erforderliche Behandlungszeit im allgemeinen etwas länger.

Die erwähnten Fluorboratelektrolyten können aus Borfluorwasserstoffsäure oder ihren Salzen bestehen; zu ihrer Herstellung werden Borfluorwasserstoffverbindungen, wie z. B. Ammoniumfluorborat, Bleifluorborat, Essigfluorborsäure, in Wasser gelöst. Zweckmäßig wird der Fluorboratelektrolyt dadurch hergestellt, daß Fluorwasserstoffsäure und Borsäure gemischt werden, wobei die Komponenten am besten in stöchiometrischem Verhältnis genommen werden. Zweckmäßig ist es auch, die Mischung vor ihrer Verwendung als Elektrolyt einige Zeit stehen zu lassen. Eine möglichste Reinheit der angewandten Produkte, insbesondere Freiheit von Sulfaten, ist erwünscht. Dem Elektrolyten

können in kleinen Mengen Produkte zugesetzt werden, die die Wirkung des Flourborates beim Glänzen der Metallfläche nicht nachteilig beeinflussen. Zum Beispiel kann eine kleine Menge eines Salzes wie Ammoniumfluorid zugesetzt werden, um die Leitfähigkeit des Elektrolyten zu erhöhen.

Bei Gleichstrom werden gute Erfolge bei einer Konzentration von 2,5 -Prozent Fluor-Wasserstoffborsäure erzielt; ein Elektrolyt mit einem Gehalt von etwa 0,5 bis 5,0 Prozent Fluorwasserstoffborsäure (HBF₄) eignet sich besonders zur Erzeugung von spiegelnd reflektierenden Aluminiumflächen. Bei Wechselstrom gibt ein Fluorwasserstoffborsäure-Elektrolyt mit etwa 0,8 Prozent HBF₄ gute spiegelnd reflektierende Flächen.

Der Erfolg der Behandlung der reflektierenden Aluminiumfläche in einem Fluorboratelektrolyten gemäß der Erfindung, besteht darin, das Reflexionsvermögen der Oberfläche zu verbessern und sie glänzend zu machen. Die Behandlung scheint eine gewisse Lösung der Aluminiumoberfläche mit sich zu bringen. Der Angriff der Oberfläche durch diese elektrochemische Behandlung ist jedoch so regelmäßig, daß, wenn eine spiegelnde reflektierende Fläche behandelt wird, die Spiegelungsfähigkeit der Oberfläche nicht erheblich beeinträchtigt wird.

Die Fluorboratlösung greift jedoch die Aluminiumfläche ungleichmäßig-an^ wenn' sie ohne Einschaltung des elektrischen Stromes mit ihr in Berührung gebracht wird. Der Strom ist daher während der ganzen Dauer der Berührung der Aluminiumfläche mit dem Elektrolyten aufrechtzuerhalten. Die glänzende reflektierende Fläche, die durch die elektrochemische Behandlung erhalten wird, ist mit einer durchsichtigen Haut überzogen, die ganz dünn und, nach den handelsüblichen Normalien beurteilt, ziemlich weich ist; sie bietet aber einigen Schutz für die glänzende Metallfläche.

Durch anodische Oxydation der so erhaltenen Oberfläche in geeigneten bekannten Elektrolyten, wie Oxalsäure oder Schwefelsäure, kann ein harter, mit der reflektierenden Oberfläche völlig verbundener Oxydüberzug von wesentlicher Dicke bei einer nur geringen Verringerung des Reflexionsvermögens gebildet werden. Zu diesem Zwecke führt man die anodische Oxydationsreaktion zweckmäßig in Schwefelsäureelektrolyten aus, da die erhaltenen Überzüge im wesentlichen farblos, hell und durchsichtig sind, was für das Reflexionsvermögen erwünscht ist. Es können jedoch auch andere einen Oxydüberzug bildende Elektrolyten benutzt werden; das Haupterfordernis ist, die Bildung eines farbigen, wolkigen oder durchscheinenden Oxydüberzuges zu vermeiden. An Stelle des harten schützenden Oxydüberzuges können andere Arten von Schutzüberzügen auf die glänzende durch Behandlung in Fluorboratelektrolyten erhaltene Oberfläche aufgebracht werden, z. B. helle Lacküberzüge. In diesem Falle wird zwar das Reflexionsvermögen etwas herabgesetzt, die überzogene Fläche besitzt jedoch, wenn der Stoff des Überzuges selbst hell ist, ein hohes, für viele Zwecke genügendes Reflexionsvermögen.

Die Größe der Verringerung des Reflexions-Vermögens, die durch das Aufbringen der erwähnten Oxydüberzüge auf die vorbereitete reflektierende Oberfläche bewirkt wird, ändert sich mit der Dicke des Überzuges und mit der Reinheit der Aluminiumoberfläche selbst. Bei reinen Aluminiumflächen beispielsweise kann eine Oxydation in einem yprozentigen Schwefelsäureelektrolyten während etwa 15 bis 20 Minuten bei etwa 1,3 Amp./qdm Stromdichte durchgeführt werden, ohne daß das Reflexionsvermögen der Oberfläche mehr als wenige Prozente herabgesetzt wird, während bei einer weniger reinen Aluminiumoberfläche ihr Reflexionsvermögen wesentlich herabgesetzt wird, wenn die Oxydation langer als etwa 4 oder 5 Minuten vor sich geht.

Bei einer hohen Reinheit des Aluminiums sind spiegelnd reflektierende Flächen mit einem Lichtreflexionsfaktor bis zur Höhe von 87 Prozent nach anodischer Behandlung der polierten Oberfläche in einem Fluorboratelektrolyten erzielt worden, aber diese Flächen sind natürlich nicht so dauerhaft, wie es für viele Arten von Betrieben verlangt wird. Bei Behandlung der Oberfläche in einem Fluorboratelektrolyten gemäß der Erfindung und nachfolgender Bildung eines kräftigen Oxydüberzuges wurde ein Lichtreflexionsfaktor in der Höhe von 85 Prozent erzielt. Bei Aluminiumblech von handelsüblicher Reinheit können Flächen mit Lichtreflexionsfaktoren von etwa 80 Prozent erzielt werden. Im allgemeinen ergeben Aluminiumlegierungen bei einer Behandlung nach dem Verfahren der Erfindung keine Reflexionsfaktoren dieser Größenordnung. Das Verfahren der Erfindung ist jedoch für viele Aluminiumgrundlegierungen verwendbar, und der in der Beschreibung und in den Ansprüchen gebrauchte Ausdruck Aluminium schließt sowohl Aluminium als auch Aluminiumgrundlegierungen ein. Bei der Messung des Lichtreflexionsfaktors der durch das elektrolytische Glänzverfahren behandelten Oberfläche wurde das Taylorreflektometer benutzt, das von A. H. Taylor des National Bureau of Standards entworfen und in den Scientific Papers of the Bureau of Standards S. 391 und 40 beschrieben ist.

Die folgenden besonderen Beispiele veranschaulichen deutlich die vorteilhaften durch die Verfahren der Erfindung erzielten Ergebnisse.

Eine Lösung von Fluorwasserstoffborsäure wurde zuerst zubereitet, indem man 40 g Bor-

säure zu ioo g konzentrierter Fluorwasserstoffsäure zusetzt, die etwa 48 Prozent HF enthält, während die Lösung kalt gehalten wurde. Diese Menge an Borsäure ergibt einen Überschuß von etwa 7,5 Prozent über die zur Verbindung mit der gesamten Fluorwasserstoffsäure erforderliche. Die Lösung enthielt etwa 37,7 Prozent Fluorwasserstoffborsäure und einen geringen Überschuß an Borsäure. Etwa 15 ecm dieser Fluorwasserstoff borsäurelösung wurden auf etwa 300 ecm verdünnt; der so hergestellte Elektrolyt enthält etwa 2,5 Prozent Fluorwasserstoff-' borsäure und eine Spur überschüssiger Borsäure, ! Ein Aluminiumblech von hoher Reinheit (99,85 Prozent Aluminium) wurde poliert und mit Azeton gereinigt, um Oberflächenfett zu entfernen. Der Reflexionsfaktor der polierten so j erhaltenen Oberfläche war etwa 75 Prozent. Das Aluminiumblech wurde hierauf zur Anode in einer elektrolytischen Zelle gemacht, in der die oben beschriebene 2,5 prozentige Lösung ' . von Fluorwasserstoffborsäure als Elektrolyt benutzt wurde. Die Stromdichte betrug etwa 2,15 Amp./qdm bei einer Spannung von etwa 10 bis 12 Volt und bei einer Elektrolyttemperatur von etwa 31 bis 33 ° C. Nach einer Behandlung während 5 Minuten wurde das Aluminiumblech entfernt und der Reflexions-■ faktor seiner Oberfläche wiederum gemessen. 30 Die Oberfläche hatte jetzt einen Reflexions-

wurde hierauf einer anodischen Oxydation in - einem Elektrolyten mit einem Gehalt von 7 Gewichtsprozenten Schwefelsäure unterwor-35 fen, unter Anwendung einer Stromdichte von 1,3 Amp./qdm bei einer Spannung von 20 Volt und bei einer Temperatur von 25 bis 26 ° C. Nach einer Behandlung während 10 Minuten wurde das Aluminiumblech entfernt und in reinem Wasser 15 Minuten lang gekocht. Es wurde hierauf mit einer mild abschleifenden Polierpaste poliert und sein Reflexionsfaktor erneut gemessen: er betfug 85 Prozent. Der Gegenstand konnte ohne dauerndes Anlaufen oder Verfärbung hantiert und bequem gewaschen oder abgewischt' werden, ohne Herabsetzung seines Reflexionsvermögens.
! Eine ähnliche Probe von Aluminiumblech

! von hoher Reinheit, die wie die oben erwähnten vorbehandelt war, wurde zur Elektrode in einer elektrolytischen Zelle gemacht. Der Elektrolyt bestand aus einer Fluorwasserstoffborsäurelösung mit einem Gehalt von o,8 Prozent HBF₄. Das Aluminiumblech wurde 20 Minuten lang mit einem öoperiodischen Wechselstrom von einer Stromdichte von etwa 2,15 Amp./qdm bei einer Spannung von 8 bis 11 Volt und bei einer Temperatur von 30⁰C behandelt. Die Oberfläche hatte dann einen Reflexionsfaktor von etwa 85 Prozent. Das Aluminiumblech wurde hierauf einer anodischen Oxydation in einem Elektrolyten mit einem Gehalt von 7 Gewichtsprozenten Schwefelsäure unterworfen, unter Anwendung einer Stromdichte von 1,3 Amp./qdm bei einer Spannung von 20 Volt und einer Temperatur von 22⁰C. Nach einer Behandlung während etwa 10 Minuten wurde die Probe entfernt und in reinem Wasser 15 Minuten lang gekocht. Sie wurde hierauf mit einer mild schleifenden Polierpaste poliert und ihr Reflexionsfaktor gemessen. Das Aluminiumblech hatte einen Reflexionsfaktor von 83 Prozent.

Ein gleiches Aluminiumblech, das genau der gleichen Behandlung unterworfen wurde, nur daß die Behandlung in dem Fluorboratelektrolyten weggelassen wurde, hatte einen Reflexionsfaktor von nur 79 Prozent.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   :,r,<^^-.t5;^reifeteen=zur iErliöhiaag der-iRefiexion—-n~- hochglänzender Aluminiumoberflächen sowie zur Erhöhung ihrer Korrosionsbeständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man diese Oberfläche elektrolytisch als Anode in einer Lösung, die im wesentlichen Fluorborat enthält, behandelt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf der hochglänzenden Aluminiumoberfläche, die man durch Behandlung in dem Fluorboratelektrolyten erhält, durch anodische Oxydation einen hellen durchsichtigen Überzug

   -- erzeugt, der im wesentlichen aus Aluminiumoxyd besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der helle durchsichtige Überzug auf der reflektierenden Oberfläche durch Heißwasserbehandlung undurchlässig gemacht wird.