DE69022543T2 - Verfahren zur oberflächenbehandlung von aluminium und seinen legierungen. - Google Patents
Verfahren zur oberflächenbehandlung von aluminium und seinen legierungen.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Verbesserung eines Verfahrens zur Behandlung einer Oberfläche aus Aluminium oder Aluminiumlegierung.
- Als Alumitbehandlung ist das Eloxieren von Aluminium oder Aluminiumlegierungen in einer Elektrolytlösung, beispielsweise einer wässerigeren Lösung von Salpetersäure, Schwefelsäure oder Chromsäure bekannt, um einen korrosionsbeständigen Oxidfilm herzustellen. Eine derartige Alumitbehandlung wird in verschiedenen Bereichen in großem Umfang durchgeführt, z.B. in der Flugzeug-, Automobil- und Schiffsindustrie sowie in der Industrie für optische Geräte, chemische Geräte und selbst für Gegenstände des täglichen Gebrauchs wie Pfannen und Wasserkessel.
- Jedoch ist die Oberfläche eines Alumitfilms im allgemeinen porös. Um also die Korrosionsbeständigkeit der porösen Schicht zu verbessern, ist es erforderlich, eine Versiegelung, beispielsweise durch Eintauchen des Produkts in kochendes Wasser, vorzunehmen.
- Weiterhin hat ein Alumitfilm im allgemeinen eine silber-weiße Farbe. Wird ein farbiges Produkt, wie Baumaterial oder Gegenstände des täglichen Lebens, benötigt, ist es erforderlich, die Produkte mit einer Farbe oder einem Pigment zu färben, mit dem die poröse Schicht des Alumitfilms imprägniert werden muß. Auch wird ein Verfahren zur Bildung einer naturfarbenen, anodischen Oxydationsschicht durch Elektrolyse unter Verwendung eines Elektrolyten, der Schwefelsäure und Schwefelsalicylsäure enthält, angewandt. Die o.a. Verfahren können jedoch nur einen flachen Bereich der oberen Schicht des Alumitfilms färben, so daß der gefärbte Bereich wahrscheinlich Verschleiß und Verfärbung ausgesetzt ist. Der Alumitfilm hat also keine ausreichende Haltbarkeit, da ein tiefer Bereich unter dem flachen Bereich porös bleibt.
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der o.a. Nachteile und die Bereitstellung eines Verfahrens zur Oberflächenbehandlung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, mit dem verschiedenartige Artikel gefärbt werden können, bei dem keine giftigen Materialien, wie Cyan, verwendet werden und mit dem Artikel hergestellt werden, die eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Abriebfestigkeit aufweisen.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Aluminium- oder Aluminiumlegierungswerkstücks bestehend aus:
- einem ersten Schritt, bei dem ein elektrischer Strom durch einen Niedrigtemperaturelektrolyten mit einer geringhaltigen wasserlöslichen Acrylatharzverbindung geleitet wird, die an einer Anode polymerisiert werden kann, wobei das Werkstück die Anode darstellt, wodurch eine anodische Oxydationsschicht verbunden mit der Acrylatharzverbindung auf dem Werkstück gebildet wird, und einem zweiten Schritt, bei dem eine Wechselspannung von 10 bis 30 V an das Werkstück angelegt wird, auf dem die anodische Oxydationsschicht in einem Elektrolyten bestehend aus einem Sulfat oder Nitrat eines gewünschten Metalls gebildet wurde, so daß das Metall in der anodischen Oxydationsschicht elektrolytisch imprägniert wird.
- In dem zweiten Schritt enthält der Elektrolyt vorzugsweise 10 bis 25 g/l Metallsalze, 25 bis 30 g/l Borsäure und 0,3 bis 0,5 g/l Schwefel- oder Salpetersäure. Die Behandlungstemperatur sollte in einem Bereich von 5 bis 20ºC, vorzugsweise von 10 bis 15ºC, liegen.
- Als Metallsalz ist Silber am geeignetsten.
- Die geringhaltige Acrylatharzverbindung, die an einer Anode mit dem Werkstück als Anode gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung polymerisiert werden kann, wird in den japanischen Patenten dieses Anmelders Sho 61-251914 und Sho 63-249147 beschrieben.
- In Übereinstimmung mit dem o.a. Verfahren kann das Metall in dem Elektrolyten in die porösen Oxydationsschichten, die sich auf dem Grundmetall des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung gebildet haben, eintreten oder eindringen und sich mit dem Aluminiumoxid verbinden und so haltbare und dichte Kompositschichten bilden. Entsprechend werden Wetterfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Abriebfestigkeit der Oxydationsschichten verbessert und die Oxydationsschichten können je nach Art des Metalls in dem Elektrolyten und der Dicke der Schichten, in die das Metall eindringt, unterschiedlich gefärbt werden.
- Somit kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgreich in einem großen Bereich eingesetzt werden, um die Oberflächen von beispielsweise Lagern, Getrieben, Wellen, Ventilen, Kolben, Armaturen, Innen- und Außenteilen, Büromaterial, Ausrüstungsteilen und Teilen, die mit Magnetbändern in Computern und Videorecordern in Kontakt kommen, zu behandeln.
- In den beigefügten Zeichnungen ist
- Figur 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens zur Oberflächenbehandlung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, das nicht der vorliegenden Erfindung entspricht.
- Figur 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer Schicht auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die nicht dem Verfahren der vorliegenden Erfindung entspricht.
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen (Figur 1) enthält ein galvanisches Bad 1 einen Elektrolyten 5 mit einem gewünschten Metallsalz. Ein Aluminiumteil 3, auf dem ein Alumitfilm auf herkömmliche Art und Weise zu bilden ist, wird als eine Elektrode in das Bad getaucht und die Elektroden 4 aus Kohlenstoff oder Graphit bilden die anderen Elektroden, wobei die Elektroden einer Wechselstromquelle 2 ausgesetzt werden.
- Auf der Oberfläche des zu behandelnden Aluminiumteils 3 wird auf herkömmliche Art und Weise eine Alumitschicht mit einer Stärke von ca. 50 bis 100 um gebildet.
- Wird gewünscht, daß die Oberfläche des Aluminiumteils 3 durch eine zweite Behandlung goldfarben gefärbt wird, ist ein Silbersalz als Metallsalz in dem Elektrolyten zu verwenden. In diesem Fall setzt sich der Elektrolyt 6 beispielsweise wie folgt zusammen:
- Silbersulfat 10 - 25 g/l
- Borsäure 25 - 29 g/l
- Schwefelsäure 0,3 - 0,5 g/a
- Ausgleich Wasser
- Es wird ebenfalls bevorzugt, die folgenden beiden Bestandteile zu dem obigen Elektrolyten hinzuzugeben:
- D-Weinsäure 15 - 25 g/l
- Nickelsulfat 15 - 25 g/l
- Die Spannung der Wechselstromquelle 2 beträgt 10 bis 30 V, vorzugsweise 15 bis 25 V, und die Temperatur des Elektrolyten beträgt 5 bis 20ºC, vorzugsweise 10 bis 15ºC.
- Das Silberion, dessen Konzentration mit dem Fortschreiten der Behandlung abnimmt, kann durch Zugabe von Silbersulfat aufgefüllt werden.
- Beträgt die Spannung weniger als 10 V, ist die Effizienz der Behandlung gering. Ist die Spannung jedoch höher als 30 V, erfolgt das Absetzen des Metalls schnell, so daß das Metall nicht ausreichend in die poröse Alumitschicht eindringen kann, was wahrscheinlich zu ungleichmaßiger Färbung der porösen Schicht und einer Abtrennung des Metalls von der porösen Schicht führt. Ist entsprechend die Temperatur des Elektrolyten niedriger als 5 bis 10ºC, ist die Effizienz der Behandlung gering. Ist die Temperatur jedoch höher als 15 bis 20ºC, tritt wahrscheinlich eine ungleichmäßige Färbung der porösen Schicht auf.
- Borsäure wird dem Elektrolyten hauptsächlich zur Regulierung einer Konduktivität des Elektrolyten hinzugegeben.
- Figur 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Oberflächenbereichs mit anodischer Oxydationsschicht auf der Grundlage der zweiten, nachstehend beschriebenen Behandlung.
- Wie in Figur 2 zu sehen, hat ein Grundmetallbereich 21 des Aluminiumteils 3 anodische Oxydationsschichten 22, die durch die Alumitbehandlung gebildet wurden. Diese Schichten enthalten eine Trennschicht 23 und einen porösen Bereich 24. Metall 25 dringt in den porösen Bereich 24 durch die zweite Behandlung unter Verwendung eines die Metallsalze enthaltenden Elektrolyten ein.
- Durch die Alumitbehandlung gebildete anodische Oxydationsschichten 22 bestehen im allgemeinen aus der Trennschicht 23 und dem porösen Bereich 24. Wenn das Aluminiumteil, auf dem diese anodischen Oxydationsschichten gebildet werden, der o.a. zweiten elektrolytischen Behandlung unterzogen wird, können Metallmoleküle wie Silber in dem Elektrolyten 5 tief in die porösen Schichten 24 eindringen, was haltbare und dichte Kompositschichten ergibt.
- Als Metallsalze, die in dem Elektrolyten 5 verwendet werden, können auch andere Salze als das oben beschriebene Silbersalz verwendet werden, z.B. Kupfersalz, Eisensalz und sogar Goldsalz. Auf jeden Fall wird bevorzugt, daß der Elektrolyt ca. l 5 g/l Metallsalz und weitere zuvor beschriebene Zusammensetzungen enthält. Wird Silbersalz benutzt, entstehen goldfarbene Schichten, wird Kupfersalz benutzt, entstehen braune oder bronzefarbene Schichten.
- Wenn Silbersalz verwendet wird, haben die erzeugten Produkte viele Vorteile, z.B. einen geringen Abriebkoeffizienten der Oberfläche, eine schöne goldene Farbe und eine gute Haltbarkeit. Somit ist vorzugsweise Silbersalz zu verwenden.
- Die braune Farbe kann variiert werden durch Änderung der Art des verwendeten Metallsalzes, der Stärke, d.h. der Stärke der Anfangsalumitschicht, oder der Dauer der Elektrolyse.
- Als Mittel zur Bildung der anodischen Oxydationsschicht auf der Oberfläche des Aluminiumteils vor der zweiten elektrolytischen Behandlung können nicht nur die übliche Alumitbehandlung sondern auch - und dies in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung - Mittel zur Bildung der anodischen Oxydationsschichten kombiniert mit einer Acrylatharzverbindung verwendet werden, siehe die japanischen Patente dieses Anmelders Sho 61-251914 und Sho 63-249147.
- Da die vorliegende Erfindung wie oben beschrieben angeordnet ist, kann das Metall in dem Elektrolyten gemäß der vorliegenden Erfindung tief in die porösen Oxydationsschichten auf dem Grundmetall des Aluminiums oder der Aluminiumlegierungen eindringen und zusammen mit Aluminiumoxid haltbare und dichte Kompositschichten bilden, so daß Wetterfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Abriebfestigkeit erhöht, der Abriebkoeffizient gesenkt und eine Farbänderung im Laufe der Zeit verringert werden können. Maschinenarbeiten an dem Produkt, die bisher nicht durchgeführt werden konnten, da die Schichten von dem Grundmetall getrennt waren, sind nunmehr möglich und giftige Chemikalien wie Cyan finden keine Verwendung mehr.
Claims (5)
1.Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines Aluminium- oder
Aluminiumlegierungswerkstücks bestehend aus
einem ersten Schritt, bei dem ein elektrischer Strom durch einen
Niedrigtemperaturelektrolyten mit einer geringhaltigen wasserlöslichen Acrylatharzverbindung geleitet
wird, die an einer Anode polymerisiert werden kann, wobei das Werkstück die
Anode darstellt, wodurch eine anodische Oxydationsschicht verbunden mit der
Acrylatharzverbindung auf dem Werkstück gebildet wird,
und einem zweiten Schritt, bei dem eine Wechselspannung von 10 bis 30 V an das
Werkstück angelegt wird, auf dem die anodische Oxydationsschicht in einem
Elektrolyten bestehend aus einem Sulfat oder Nitrat eines gewünschten Metalls gebildet
wurde, so daß das Metall in der anodischen Oxydationsschicht elektrolytisch
imprägniert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem zweiten Schritt
verwendete Elektrolyt aus Metallsalzen in einer Menge von 10 bis 25 g/l, Borsäure
in einer Menge von 25 bis 30 g/l und Schwefelsäure oder Salpetersäure in einer
Menge von 0,3 bis 0,5 g/l besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Metallsalz ein Silbersalz ist.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bearbeitungstemperatur in dem zweiten Schritt zwischen 5 und 20ºC beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bearbeitungstemperatur in dem zweiten Schritt zwischen 10 und 15ºC beträgt.
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