DE635322C - Verfahren zur Erhoehung der Reflexion glaenzender Aluminiumoberflaechen - Google Patents

Description

Die Verwendung von glänzenden Aluminiumoberflächen für dekorative Zwecke und besonders für Reflexion von strahlender Energie verschiedener Art, wie z. B. Lichtreflexion, ist weitverbreitet. Diese glänzenden Aluminiumoberflächen können entweder durch Ätzung zwecks Erzeugung diffus reflektierender Oberflächen oder durch mechanisches Glätten und Polieren zwecks Erzeugung spiegelnder Oberflächen hergestellt werden. Die vorliegende Erfindung befaßt sich in erster Linie mit einem Verfahren zur Erhöhung und Erhaltung des Glanzes und besonders des Lichtreflexionsvermögens solcher Aluminiumoberflächen.

Man hat bisher verschiedentlich versucht, reflektierende Aluminiumoberflächen mit durchsichtigen Schutzüberzügen zu versehen, um ihr Reflexionsvermögen zu erhalten und sie starker Benutzung gegenüber widerstandsfähig zu machen. Man hat auch versucht, solche durchsichtigen Schutzüberzüge durch anodische Oxydation in verschiedenen Elektrolyten herzustellen. Diese Versuche haben

s5 jedoch im allgemeinen zu keinem Erfolg geführt, weil die Oxydüberzüge, um einen wirksamen Schutz darzustellen, in einer Schicht von gewisser Dicke aufgetragen werden müssen; das macht sie mehr oder weniger trübe, wodurch das Reflexionsvermögen der behandelten Oberfläche beträchtlich verringert wird. Die Trübung des Ox3rdüberzuges wird offenbar durch Unreinheiten im Aluminium und Schmutz, Fett oder sonstige auf der Aluminiumoberfläche haftende Fremdstoffe verursacht. Auch erscheinen einige der fertigen Oxydüberzüge leicht gefärbt, was gleichfalls das Reflexionsvermögen der behandelten Oberfläche beeinträchtigt. So haben z. B. in Chromsäureelektrolyten hergestellte anodische Überzüge gewöhnlich einen gelblichen Ton und gelten im allgemeinen als nicht zweckentsprechend.

Es wurde gefunden, daß durch Zusatz von Fluorwasserstoffsäure zu Chromsäureelektrolyten die normale Oxydationswirkung solcher Elektrolyt« auf Aluminium als Anode so verändert werden kann, daß das Aluminium gleichzeitig erhöhten Glanz erhält und mit einem Überzug versehen wird, und daß ein Aluminiumgegenstand durch anodische Behandlung in einem Chromsäure und Fluorwasserstoffsäure enthaltenden Elektrolyt von auf der Aluminiumoberfläche befindlichen Unreinheiten und Fremdstoffen befreit werden kann, wobei zugleich ein dünner und ziemlich durchsichtiger Schutzüberzug auf der Oberfläche erzeugt wird. Auf diese Weise erhält man eine reflektierende Oberfläche von größerer Dauerhaftigkeit, die im allgemeinen

ein erhöhtes Reflexionsvermögen besitzt. Des weiteren kann die so erzeugte mit einem glänzenden Überzug versehene reflektierende AIuminiutnoberfläche noch einer weiteren Behandlung durch anodische Oxydation unterworfen werden, was ihre WiderstandsfähigT keit erhöht, ohne daß ihr Reflexionsvermögen nennenswert beeinträchtigt wird. Die glänzende dauerhafte reflektierende Oberfläche, ίο die man mittels dieses Verfahrens erhält, kann auch gegebenenfalls mit anderen Arten von Schutzüberzügen, wie klaren Lack- oder Firnisüberzügen, versehen werden.

Diese Wirkung der Flußsäure ist offenbar auf die Erhöhung der lösenden Wirkung des Elektrolyts zurückzuführen. Unter dem Einfluß des dabei angewandten elektrischen Stromes* ist diese lösende Wirkung jedoch so gleichförmig, daß, selbst wenn eine polierte spiegelnde reflektierende Aluminiumoberfläche entsprechend dieser Erfindung als Anode in einem eine Meine Menge von Fluorwasserstoffsäure enthaltenden Chromsäureelektrolyt behandelt wird, auch diese Ober-.fläche gereinigt wird und Glanz erhält; zugleich wird das Reflexionsvermögen der Oberfläche erhöht entsprechend der Menge von Unreinheiten und Schmutz, von der sie befreit wird; das Spiegelungsvermögen der Oberfläche wird dabei nicht wesentlich verändert. Für die Zwecke dieser Erfindung k&in die Fluorwasserstoffsäure durch entsprechende 'Mengen von Kieselfluorwasserstoffsäure und andere Fluorverbindungen, die, wie z. B. Fluoridsalze, in einer Lösung mit Schwefelsäure Fluorwasserstoffsäure ergeben, ersetzt werden.

Die Minimalmenge von Fluorwasserstoffsäure, die nötig ist, um den Chromsäureelektrolyten die gewünschten Eigenschaften zu verleihen, ist verschieden. Schon sehr kleine Mengen von Fluorwasserstoffsäure in der Chromsäurelösung geben die gewünschten Eigenschaften· in gewissem Maße. Im allgemeinen ist es jedoch wünschenswert, daß im Elektrolyt nicht weniger als 0,20/0 Gewichtsteile HF vorhanden sind. Wenn größere Mengen Fluorwasserstoffsäure vorhanden sind, so wird die Möglichkeit unmittelbarer chemischer Einwirkung des Elektrolyts auf die Alummiumoberfläclie größer, und die S tromdichte des angewandten elektrischen Stromes muß erhöht werden, um diese unmittelbare chemische Einwirkung, die Unregelmäßigkeiten auf der reflektierenden Oberfläche hervorrufen kann, zu verhindern. Es können also bei hohen Stromdichten höhere Konzentrationen von Fluorwasserstoffsäure angewandt werden; doch ist es im allgemeinen nicht ratsam, daß im Elektrolyt mehr als 1,50/0 Gewichtsteile HF enthalten sind, da dann zur Erzielung befriedigender Ergebnisse sehr viel Strom verbraucht werden muß. Für die meisten Zwecke benutzt man am besten einen Elektrolyt, der zwischen 0,5 und i,o°/₀ Gewichtsteile HF enthält.

Entsprechend dieser Erfindung können befriedigende Ergebnisse durch Hinzufügung von Fluorwasserstoffsäure zu Chromsäureelektrolyten, die ungefähr 1,0 bis 25,0 °/₀ Gewichtsteile CrO₃ enthalten, erzielt werden. Auf die Konzentration der Chromsäurelösung innerhalb dieser Größenordnung kommt es nicht genau an; man benutzt jedoch im allgemeinen Elektrolyte, die ungefähr 5,0 bis io,o°/₀ Gewichtsteile CrO₃ enthalten.

Die elektrolytische Behandlung erfolgt am besten bei etwas über Zimmerwärme liegender Temperatur des Elektrolyts; es hat sich gezeigt, daß Temperaturen zwischen ungefähr 30 und 70⁰ C am geeignetsten sind. Bei diesen Temperaturen können befriedigende Ergebnisse im allgemeinen durch eine 5 bis 30. Minuten dauernde Behandlung erzielt werden. In den meisten Fällen ist eine ungefähr 10 Minuten dauernde Behandlung bei einer Temperatur von ungefähr 50⁰C vorzuziehen.

Die Stromdichte 'kann je nach der Zusammensetzung des Elektrolyts und der beim Verfahren angewandten Temperatur verschieden sein. Die Stromdichte muß so groß sein, daß eine unmittelbare chemische Einwirkung des Elektrolyts auf die Aluminiumoberfläche nicht stattfindet; eine wesentliche Überschreitung dieser Stromdichte ist zu vermeiden. Bei größeren Stromdichten verringert sich die Einwirkung der Fluorwasserstoffsäure auf die oxydbildenden Eigenschaften der Chromsäure. Im allgemeinen sind bei Anwendung höherer Temperaturen höhere Stromdichten notwendig. Bei Anwendung von Gleichstrom auf Elektrolyte, die ι bis 250/0 Chromsäure und 0,2 bis 1,5% Fluorwasserstoffsäure bei Temperaturen zwischen ungefähr 30⁰ bis '70° enthalten, können befriedigende Ergebnisse mit Stromdichten von ungefähr 0,02 bis 0,15 Ampere auf den Quadratzentimeter der Anodenoberfläche erzielt werden. Bei geringeren Stromdichten muß die Behandlungszeit im allgemeinen ausgedehnt werden.

Um möglichst gute Ergebnisse zu erhalten, ist es unter Umständen zweckmäßig, die reflektierende Aluminiumoberfläche, bevor man sie der in dieser Erfindung dargestellten Behandlung unterwirft, von oberflächlichem Schmutz und Fett, wie sie z. B. durch vorangegangenes Polieren ihr anhaften, zu reinigen. Zur vorläufigen Reinigung kann jedes beliebige Verfahren angewandt werden; am

besten wäscht man die Oberfläche mit einer Lösung, die das Metall nicht in unerwünschter Weise angreift und die kein die polierte Oberfläche beschädigendes Reiben erfordert. Nachdem die reflektierende Aluminiumoberfläche im fluorwasserstoffhaltigen Chromsäureelektrolyt behandelt ist, kann sie zwecks Bildung eines verhältnismäßig dichten und durchsichtigen Oxydüberzuges

ίο anodisch oxydiert werden. Unter dem Ausdruck Oxydüberzug, wie er hier und in den Patentansprüchen gebraucht wird, sind solche Überzüge zu verstehen, die in der Herstellungstechnik Überzüge heißen und die im wesentlichen aus Aluminiumoxyd bestehen. Es ist wünschenswert, daß die hergestellten Oxydüberzüge im wesentlichen farblos, klar und durchsichtig sind, damit das Reflexionsvermögen der glänzend gemachten reflektierenden Alummiumoberfläche sowenig wie möglich verringert wird. Jeder Elektrolyt, der solche überzüge hervorbringt, kann angewandt werden; es hat sich jedoch herausgestellt, daß schwefelsaure und oxalsaure Lösungen für diesen Zweck besonders geeignet sind. Inwieweit eine durch die Überziehung der zubereiteten reflektierenden Oberfläche mit Oxyd hervorgerufene Verminderung des Reflexionsvermögens stattfindet, hängt von Fall zu Fall insbesondere von der Dicke des Oxydüberzuges ab. Um den Überzug undurchlässig zu machen, kann man die mit einem Oxydüberzug versehene Oberfläche in bekannter Weise einer "Behandlung in Wasser von 80 bis 100° C unterziehen. Als letzte Stufe der Behandlung" und besonders nachdem die Warmwasserbehandlung stattgefunden hat, kann die mit einem Oxydüberzug versehene reflektierende Oberfläche ganz vorsichtig mit einem leicht abschleifenden Stoff, wie z. B. Magnesium, Silberpolitur oder einem leicht abschleifenden Seifenpulver, poliert werden, um so alle Ablagerungen zu entfernen, die sich unter Umständen auf der Oberfläche während einer der vorhergehenden Behandlungen gebildet haben.

Folgendes Beispiel für die Ausführung des Verfahrens der Erfindung läßt ihre Vorzüge erkennen:

Ein Aluminiumgegenstand mit einer Aluminiumoberfläche von großer Reinheit wurde so poliert, daß man eine spiegelnde reflektierende Oberfläche mit einem Reflexionsfaktor von 74,9% erhielt. Der Gegenstand wurde dann zur Anode in einer elektrolytischen Zelle gemacht; in dieser war als Elektrolyt eine Lösung von Chromsäurej die 10,0 °/„ Gewichtsteile CrO₃ enthielt und welcher 1,0% Fluorwasserstoffsäure von 480/0 HF-Gehalt zugesetzt war. Ein Gleichstrom von einer Stromdichte von ungefähr 0,05 bis 0,056 Ampere auf den Quadratzentimeter und einer Spannung von ungefähr 16 bis 22 Volt wurde 10 Minuten lang_ bei einer Temperatur des Elektrolyts von ungefähr 49 bis 58⁰C durchgeleitet. Nach dieser Behandlung wies die reflektierende Oberfläche einen Reflexionsfaktor von 87,0 °/o auf. Dann wurde der Gegenstand in einer 7°/_oigen Schwefelsäurelösung bei einer Temperatur von ungefähr 25⁰C anodisch oxydiert; dabei wurde eine Stromdichte von ungefähr 0,125 Ampere auf den Quadratzentimenter und eine Spannung von 20 bis 22 Volt 10 Minuten lang angewandt. Die so erhaltene, mit einem Oxydüberzug versehene reflektierende Oberfläche wurde ungefähr 10 Minuten lang mit reinem kochendem Wasser behandelt und mit leicht abschleifendem Seifenpulver poliert. Der Reflexionsfaktor der so erhaltenen, mit einem Schutzüberzug versehenen reflektierenden Oberfläche betrug 85,3%.

Der Gegenstand konnte benutzt werden, ohne daß fortwährend Spuren oder Flecken auftauchten; man konnte ihn ohne weiteres waschen oder abwischen, ohne daß sein Reflexionsvermögen dadurch beeinträchtigt wurde.

Bei der obenerwähnten Messung der Lichtreflexionsfaktoren der Oberflächen wurde der Taylor-Reflektometer, erfunden von A. H. Taylor im National Bureau of Standards, beschrieben in den Scientific Papers des Bureau of Standards, Nr. S. — 391 und Nr. S.— 405, benutzt.

Im allgemeinen haben reflektierende Oberflächen aus einer Aluminiumlegierung, wenn sie entsprechend dieser Erfindung in einem fluorwasserstoffhaltigen Chromsäureelektrolyt behandelt und dann anodisch oxydiert werden, keinen so hohen Reflexionsfaktor, wie man ihn durch die gleiche Behandlung einer Aluminiumoberfläche von großer Reinheit erzielen kann. Das hier beschriebene Verfahren läßt sich jedoch auf viele Aluminiumlegierungen mit Vorteil anwenden.

Die Bezeichnung Aluminium, wie sie in dieser Beschreibung verwandt wird, umfaßt sowohl Aluminium als auch Legierungen auf Basis von Aluminium.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Reflexion glänzender Aluminiumoberflächen sowie zur Erhöhung ihrer Beständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoberfläche anodisch in einem Elektrolyt behandelt wird, der Chromsäure und Fluorwasserstoffsäure enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoberfläche anodisch in einem Elektrolyt be-

handelt wird, der 1,0 bis 25,0 °/o Gewichtsteile CrO₃ und 0,2 bis 1,5% Gewichtsteile HF enthält. ^

3. Verfahren nach den Anspruch.^;% und 2, dadurch gekennzeichnet,'--d^$',;Ä^uf"' der nach Anspruch 1 behandelten'ObVi?■; fläche mittels anodischer Oxydation ein''

klarer, durchsichtiger Überzug gebildet wird, der im wesentlichen aus Aluminiumoxyd besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anodisch gebildete Oberfläche durch Heißwasserbehandlung undurchlässig gemacht wird.

BERLIN. GEDRUCKT IN DER