DE635322C - Process to increase the reflection of shiny aluminum surfaces - 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.The use of shiny aluminum surfaces for decorative purposes and especially for the reflection of radiant energy of various kinds, such as B. light reflection, is widespread. These shiny aluminum surfaces can either be etched to produce diffusely reflective surfaces Surfaces or by mechanical smoothing and polishing for the purpose of producing reflective surfaces. The present invention is primarily concerned with a method of augmentation and maintaining the gloss and especially the light reflectivity of such aluminum surfaces.

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 habenVarious attempts have been made so far to use reflective aluminum surfaces transparent protective coatings to preserve their reflectivity and to make them resistant to heavy use. They also tried such transparent protective coatings by anodic oxidation in various electrolytes to manufacture. Have these attempts

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. s5, however, did not generally lead to success, because, in order to provide effective protection, the oxide coatings must be applied in a layer of a certain thickness; this makes them more or less cloudy, reducing the reflectivity of the treated Surface area is reduced considerably. The cloudiness of the oxide coating becomes apparently due to impurities in the aluminum and dirt, grease or other on the aluminum surface causes sticking foreign matter. Also, some of the finished oxide coatings appear slightly colored, which also affects the reflectivity of the treated surface. So have z. Am Chromic acid electrolyte anodic coatings usually made a yellowish tone and are generally considered to be inappropriate.

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 allgemeinenIt has been found that by adding hydrofluoric acid to chromic acid electrolytes the normal oxidative action of such an electrolyte on aluminum as the anode can be changed in such a way that the aluminum receives increased gloss and at the same time is provided with a coating, and that an aluminum article by anodic Treatment in an electrolyte containing chromic acid and hydrofluoric acid Impurities and foreign matter on the aluminum surface are freed can, at the same time creating a thin and fairly transparent protective coating on the surface. In this way one obtains a reflective surface of greater durability, in general

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.has an increased reflectivity. Furthermore, the so produced can be finished with a shiny Coated reflective aluminum surface be subjected to a further treatment by anodic oxidation, which makes them more resistant increased without their reflectivity is noticeably impaired. The shiny one permanent reflective surface ίο obtained using this process, Can also be optionally used with other types of protective coatings, such as clear lacquer or Varnish coatings.

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.This effect of hydrofluoric acid is apparently due to the increase in the dissolving effect of the Electrolytes. Under the influence of the applied electric current * however, this releasing effect is so uniform that even if one is polished specular reflective aluminum surface according to this invention as Anode in an amount of hydrofluoric acid containing chromic acid electrolyte is treated, this surface is cleaned and given shine; at the same time is the reflectivity of the surface increases according to the amount of impurities and dirt from which it is freed; the ability of the The surface is not significantly changed. For the purposes of this invention k & in the hydrofluoric acid by appropriate Amounts of silicofluoric acid and other fluorine compounds which, e.g. B. fluoride salts, in a solution result in hydrofluoric acid with sulfuric acid.

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.The minimum amount of hydrofluoric acid necessary to impart the desired properties to the chromic acid electrolytes varies. Even very small amounts of hydrofluoric acid in the chromic acid solution give the desired properties to a certain extent. In general, however, it is desirable that not less than 0.20 / 0 part by weight of HF be present in the electrolyte. When larger amounts of hydrofluoric acid are present, the possibility of direct chemical action of the electrolyte on the aluminum surface increases and the current density of the applied electrical current must be increased in order to prevent this direct chemical action which can cause irregularities on the reflective surface . Higher concentrations of hydrofluoric acid can therefore be used at high current densities; however, it is generally not advisable for the electrolyte to contain more than 1.50 / 0 parts by weight of HF, since then a great deal of electricity must be consumed in order to achieve satisfactory results. For most purposes it is best to use an electrolyte which contains between 0.5 and i, o / ₀ parts by weight of HF.

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.According to this invention can satisfactory results by adding hydrofluoric acid to chromic acid electrolyte containing about 1.0 to 25.0 ° / ₀ parts by weight of CrO ₃ included, are obtained. The concentration of the chromic acid solution within this range is not exactly important; However, if generally used electrolytes containing about 5.0 to io, o ° / ₀ parts by weight of CrO. ₃

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. The electrolytic treatment is best carried out when the temperature of the electrolyte is slightly above room temperature; it has been found that temperatures between approximately 30 and 70 ^° C. are most suitable. At these temperatures, satisfactory results can generally be achieved by a treatment lasting from 5 to 30 minutes. In most cases, a treatment lasting about 10 minutes at a temperature of about 50 ^° C. is preferable.

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.The current density can vary depending on the composition of the electrolyte and the temperature used in the process. The current density must be so great that there is no direct chemical action of the electrolyte on the aluminum surface; a significant excess of this current density is to be avoided. At higher current densities, the effect of hydrofluoric acid on the oxide-forming properties of chromic acid is reduced. In general, higher current densities are necessary when using higher temperatures. In the application of direct current to electrolytes ι to 250/0 chromic acid and 0.2 to 1.5% hydrofluoric acid at temperatures between about 30 contain ⁰ to '70 °, satisfactory results can with current densities of about 0.02 to 0.15 Amps can be achieved on the square centimeter of the anode surface. In the case of lower current densities, the treatment time must generally be extended.

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; amIn order to get the best results possible, it may be useful to use the reflective aluminum surface prior to being depicted in this invention Subjects to treatment of superficial dirt and grease, such as. B. by previous Polishing her cling to clean. Any method can be used for the preliminary cleaning; at the

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 OxydüberzugesIt is best to wash the surface with a solution that does not leave the metal in undesirable Way and which does not require rubbing damaging the polished surface. After the reflective aluminum surface in the chromic acid electrolyte containing hydrogen fluoride is treated, it can be used to form a relatively dense and transparent oxide coating

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.ίο be anodically oxidized. Under the expression Oxide coating as used here and in the claims are such To understand coatings, which are called coatings in manufacturing technology and which consist essentially of aluminum oxide. It is desirable that the oxide coatings produced should be essentially colorless, are clear and translucent so that the reflectivity of the shiny aluminum reflective surface is no more is reduced as possible. Any electrolyte that produces such coatings can be applied; However, it has been found that sulfuric acid and oxalic acid Solutions for this purpose are particularly suitable. To what extent one by overdrawing the prepared reflective Surface with oxide-induced reduction in reflectivity takes place, depends in particular on the thickness of the oxide coating from case to case. To the coating To make impermeable, you can the surface provided with an oxide coating subject in a known manner to a "treatment in water from 80 to 100 ° C. As last stage of treatment "and especially after the hot water treatment has taken place the reflective surface, which is provided with an oxide coating, can very carefully with a slightly abrasive material such as B. Magnesium, silver polish or a lightly abrasive soap powder, polished to remove any buildup remove that may have been on the surface during any of the previous Treatments have formed.

Folgendes Beispiel für die Ausführung des Verfahrens der Erfindung läßt ihre Vorzüge erkennen:The following example for the implementation of the method of the invention has its advantages recognize:

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%.An aluminum article with an aluminum surface of high purity was polished to give a specular reflective surface with a reflection factor of 74.9%. The object was then made the anode in an electrolytic cell; The electrolyte in this was a solution of chromic acid which contained 10.0 _{% parts by weight of CrO 3} and to which 1.0% hydrofluoric acid with a HF content of 480/0 was added. A direct current of a current density of about 0.05 to 0.056 amperes per square centimeter, and a voltage of about 16 to 22 volts was 10 minutes lang_ at a temperature of electrolyte of about 49 to 58 ⁰ C passed through. After this treatment, the reflective surface had a reflection factor of 87.0%. Then the article was / _o oxidized in a sulfuric acid solution at 7 ° a temperature of about 25 ⁰ C anodically; a current density of approximately 0.125 amperes was applied to the square centimeter and a voltage of 20 to 22 volts was applied for 10 minutes. The thus obtained oxide-coated reflective surface was treated with pure boiling water for about 10 minutes and polished with lightly abrasive soap powder. The reflection factor of the reflective surface provided with a protective coating was 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.The object could be used without permanent marks or stains appeared; it could easily be washed or wiped off without affecting its reflectivity became.

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.In the above-mentioned measurement of the light reflection factors of the surfaces, the Taylor reflectometer, invented by A. H. Taylor at the National Bureau of Standards, described in the Scientific Papers of the Bureau of Standards, No. S. - 391 and No. S.- 405 is used.

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.Generally, aluminum alloy reflective surfaces have if according to this invention in a chromic acid electrolyte containing hydrogen fluoride treated and then anodically oxidized, not such a high reflection factor, how to get it by the same treatment on an aluminum surface of great purity can achieve. However, the procedure described here can be applied to many aluminum alloys use with advantage.

Die Bezeichnung Aluminium, wie sie in dieser Beschreibung verwandt wird, umfaßt sowohl Aluminium als auch Legierungen auf Basis von Aluminium.The term aluminum as used in this specification includes both aluminum and alloys based on aluminum.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Process for increasing the reflection of shiny aluminum surfaces and to increase their resistance, characterized in that the aluminum surface is anodized in an electrolyte containing chromic acid and hydrofluoric acid. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoberfläche anodisch in einem Elektrolyt be-2. The method according to claim 1, characterized in that the aluminum surface loaded anodically in an electrolyte handelt wird, der 1,0 bis 25,0 °/o Gewichtsteile CrO₃ und 0,2 bis 1,5% Gewichtsteile HF enthält. ^ is, which contains 1.0 to 25.0% by weight parts of CrO ₃ and 0.2 to 1.5% parts by weight of HF. ^ 3. Verfahren nach den Anspruch.^;% und 2, dadurch gekennzeichnet,'--d^$',;Ä^uf"' der nach Anspruch 1 behandelten'ObVi?■; fläche mittels anodischer Oxydation ein''3. The method according to claim. ^;% And 2, characterized in that '- d ^ $',; Ä ^u f "'of the' ObVi? ■; surface treated according to claim 1 by means of anodic oxidation a '' klarer, durchsichtiger Überzug gebildet wird, der im wesentlichen aus Aluminiumoxyd besteht.clear, transparent coating is formed, which consists essentially of aluminum oxide consists. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anodisch gebildete Oberfläche durch Heißwasserbehandlung undurchlässig gemacht wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the anodic formed surface is made impermeable by hot water treatment. BERLIN. GEDRUCKT IN DERBERLIN. PRINTED IN THE