Eloxierte Aluminiumwalzen mit verbesserter elektrischer Leitfähigkeit und Verfahren zu deren Herstellung

Abstract

 Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Oberfläche eloxierter Aluminiumwalzen werden in die Poren der Eloxalschicht nicht oder wenig korrodierende Metalle eingelagert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft Aluminiumwalzen mit einer bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit verbesserten eloxierten Oberfläche, sowie ein Verfahren um eloxierte Aluminiumoberflächen, insbesondere die Oberfläche von Transport- und Führungswalzen elektrisch leitfähig zu machen.

[0002] Zum Transport bahnförmiger Materialien aus Papier oder Kunststoffolie in Bearbeitungsmaschinen werden im allgemeinen Metallwalzen verwendet. Häufig werden Stahlwalzen eingesetzt, deren Oberflächen zur Verminderung unerwünschten Abriebs oder zum Schutz von Oxydation hart verchromt sind. Zum Schutz empfindlicher Materialien vor Schrammen werden die verchromten Walzen hochglanzpoliert.

[0003] Diese so hergestellten Walzen haben den Nachteil, daß sie sehr schwer und somit mit einem großen Trägheitsmoment belastet sind. Beim Anfahren oder Abbremsen der Bearbeitungsmaschine oder -vorrichtung laufen diese Walzen nach und verschrammen dadurch,auch wenn sie poliert sind,die Oberfiächen des Bahnmaterials. Eine Harverchromung mit anschließerdem Hochglanzpolieren der Oberflächen ist außerdem sehr teuer. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, diese schweren Walzen durch Leichtmetallwalzen zu ersetzen. Besonders geeignet sind eloxierte Aluminiumwalzen. Der Eloxiervorgang, also das Aufbringen der äußerst harten A1₂0₃-Schicht (Korund) macht die Walzenoberfläche hoch verschleißfest, so daß ein ideales Walzenmaterial entsteht. Die Eloxalschicht hat allerdings den Nachteil, nicht mehr metallisch leitend, sondern im Gegenteil hoch isolierend zu sein. Durch diese Eigenschaft verliert das ansonsten ideale Walzenmaterial fast jede praktische Bedeutung für die Führung und den Transport von Papier-, Film-oder Folienbahnen. Durch den Kontakt der Bahnen mit der Walzenoberfläche und das wieder Lösen von den Walzen und durch die damit verbundene Reibung entstehen elektrische Aufladungen der Bahnen und Entladungen als Blitze. Die Handhabung derart aufgeladener Kunststoffolien ist schwierig und unangenehm.

[0004] Völlig unzureichend ist die Verwendung eloxierter Aluminiumwalzen zum Transport oder zur Führung photographischer Film- oder Papierbahnen, da die mit Aufladung und Entladung verbundenen Leuchterscheinungen eine Vorbelichtung der photographischen Schichten verursachen und diese unbrauchbar machen.

[0005] Es ist bekannt, daß beim Aufbringen einer Eloxalschicht elektrisch oxydiertes Aluminium auf eine Aluminiumoberfläche, was gewöhnlich in Bädern durch anodische Oxydation geschieht, die Eloxalschicht nicht völlig ohne Struktur aufwächst, sondern daß auf Grund des Stromdurchflusses in der wachsenden A1₂0₃-Schicht Kanäle und Poren von wenigen _/um Breite und Durchmesser erhalten bleiben, die je nach Bad und elektrischen Bedingungen verschieden sind. Diese Vorgänge werden in der Literatur beschrieben, z.B. von M. Schenk in "Werkstoff Aluminium und seine anodische Oxydation (Verlag A.Francke, AG, Bern, 1948) oder von A.Jenny in "Die elektrodische Oxydation des Aluminiums (Verlag Th. Steinkopf, Dresden und Leipzig 1938) .

[0006] Es ist auch bekannt, die Kanäle nach dem Eloxierprozeß zu verschließen, z.B. durch Kochen in Wasser. Eine andere bekannte Möglichkeit ist, die Kanäle oder Poren dazu zu benutzen, das gebildete Al₂O₃ einzufärben. Darauf beruht die außerordentliche Variabilität der Farbnuancen von eloxiertem Aluminium. Derartige Verfahren sind in der Literatur zu finden, die die Färbemöglichkeiten von eloxiertem Aluminium mit Metallsalzen beschreibt.

[0007] So berichten Hübner/Schiltknecht 1961 in "Praxis der anodischen Oxydation" (Aluminium-Verlag Düsseldorf) über anorganische Färbungen mittels Metallsalzen und deren Umsetzung in fein verteilte Niederschläge von Als in die Kanäle oder Poren der Eloxalschicht einzulagernde Metalle geeignet sind nicht oder wenig korrodierende Metalle wie z.B. Gold, Silber, Kupfer, Chrom, Wolfram, Molybdän oder die Metalle der VIII. Gruppe des Periodensystems. Vorzugsweise kommen Metalle in Frage, die eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzen und sich relativ schwer zu einer weniger gut leitenden Verbindung oxydieren lassen.

[0008] Eine besonders gute metallische elektrisch leitende Verbindung der äußeren Oberfläche mit der Metalloberfläche des Walzenkörpers wird dadurch erreicht, daß den Metallsalzlösun^gen Netzmittel zugesetzt werden, die das Eindringen der Metallsalzlösungen fördern.

[0009] Es hat sich außerdem als vorteilhaft erwiesen, die eloxierten Oberflächen vor der Behandlung mit einer wäßrigen tensidhaltigen Reinigungslösung in einem Ultraschallbad zu behandeln.

[0010] Für den Fachmann war es überraschend, daß durch das relativ einfache und preiswerte Verfahren der Erfindung, der Oberflächenwiderstand eloxierter Aluminiumwalzen von ¹0 1² Ω auf 1-100 Ω herabgesetzt werden konnte. Die Leitfähigkeit der eloxierten Aluminiumoberfläche wurde also drastisch erhöht, so daß die oben erwähnten Nachteile der Kontakt-Aufladung von Walzenoberflächen und Bahnmaterialien beseitigt oder auf ein Minimum reduziert wurden. Mit gutem Erfolg können die in erfindungsgemäßer Weise ausgerüsteten Walzen zum Transport photographischer Papiere und Filme verwendet werden, denn bei einem Oberflächenwiderstand von 1-100 Ω der Walzen treten keine Funkenentladungen (sogenanntes Verblitzen) mehr auf.

[0011] Es ist mit den üblichen Reinigungs- oder Fettlösungsmitteln, mit denen solche Walzen üblicherweise behandelt werden, nicht möglich, die Metalle aus den Poren oder Kanälen zu entfernen, so daß eine dauerhafte gut leitende Verbindung entsteht.

[0012] Eine wichtige Maßnahme vor der erfindungsgemäßen Behandlung einer eloxierten Aluminiumwalze ist die gründliche Reinigung der eloxierten Oberfläche, um evtl. verschmierte Poren oder Kanäle zu öffnen. Besonders bewährt hat sich hierzu ein Ultraschallbad mit einer Reinigungslösung bei 80⁰C, eine anschließende Spülung in Wasser und gründliche Trocknung. Zur Reinigung der Oberfläche im Ultraschallbad wird die Aluminiumwalze in die Reinigungsflüssigkeit eingetaucht und das Bad der Wirkung einer Ultraschallquelle ausgesetzt. u

[0013] Für diesen Zweck sind alle im Handel erhältlichen wasserlöslichen Reinigungsmittel geeignet. Solche Reinigungsmittel enthalten im allgemeinen waschaktive Substanzen wie z.B. Alkylbenzolsulfonate und Fettalkohole und gegebenenfalls geringe Mengen Fettsäureäthandiamid, sie enthalten weiter Phosphate wie z.B. Pyrophosphat und Tripolyphosphat, sonstige anorganische Salze wie Natriumsulfat und evtl. Natriumchlorid, gelegentlich auch Natriumsilikate, Borax und Soda. Sie können neben den genannten waschaktiven ferner Substanzen, vorwiegend nichtionogene Verbindungen insbesondere die Additionsprodukte von Äthylenoxyd an Fettalkohole oder Alkylphenole und die Klarheit fördernde hydrotrope Zusätze wie Harnstoff, Alkohole oder ondere organische Lösungsmittel enthalten. Die erfindungsgemäß verwendeten Reinigungsmittel werden im folgenden als "tensidhaltige Reinigungsflüssigkeiten" bezeichnet.

[0014] Als Beispiele seien genannt eine 33 %ige wäßrige Lösung der Natriumsalze von Oxystearylsulfat und Oleylmethyltaurin, eine Trikaliumphosphat, Polyphosphat und Natriumlaurylsulfat enthaltende wäßrige Lösung oder eine 50 %ige wäßrige Lösung von Benzyldodecylmethylammoniumchlorid.

[0015] Um optimale Leitfähigkeit zu erreichen ist es erforderlich, die Poren und Kanäle, die im Bereich von _/um und sehr klein sind, bis zum Grund hin mit Metallsalzen zu füllen und anschließend eine möglichst vollständige Reduktion der Metallsalze zu Metallen zu erreichen. Dies wird durch den Zusatz von Netzmitteln zu den Metallsalzlösungen und den Reduktionslösungen unterstützt.

[0016] Als Netzmittel können außer Saponin auch andere oberflächenaktive Verbindungen verwendet werden. Beispielhaft seien Netzmittel genannt, die Äthylenoxideinheiten neben Carboxylgruppen enthalten, wie die Verbindungen

oder

weiter Bernsteinsäurederivate wie die Netzmittel

oder

oder auch anionische Netzmittel vom perfluorierten Typ wie z.B. die Verbindungen

oder

Weitere, im Zusammenhang mit der Erfindung geeignete fluorhaltige Netzmittel werden in der BE-PS 742 680 und in den DE-OSen 1 942 665 und 1 950 121 beschrieben.

[0017] Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Prozentangaben bedeuten, wenn nicht anders vermerkt,Gewichtsprozente.

Beispiel 1

[0018] Eine Aluminiumplatte mit einer in bekannter Weise hergestellten 70 µ dicken Harteloxalauflage wird mit einer 33 %igen wäßrigen Lösung der Natriumsalze von Oxystearylsulfat und Oleylmethyltaurin bei 80°C in einem Ultraschallbad gereinigt, anschließend in Wasser gespült und getrocknet.

[0019] Mit einem Pinsel wird eine 30 %ige wäßrige H₂PtCl₆-Lösung aufgetragen und getrocknet. Anschließend wird das Platinsalz mit Hilfe einer gesättigten wäßrigen SnCl₂-Lösung reduziert. Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden. Der Oberflächenwiderstand der trockenen Platte sinkt durch die Behandlung von 10¹² Ω auf 95 Ω.

Beispiel 2

[0020] Die Reinigung der eloxierten Aluminiumplatte und der Metallsalzauftrag erfolgen wie in Beispiel 1 angegeben. Die Reduktion wird mit einer 2 %igen Phenidonlösung in Aceton durchgeführt. Als Netzmittel werden 3 cm³ pro Liter Phenidonlösung einer 4 %igen wäßrigen Lösung der Verbindung der Formel C₈F₁₇SO₃N(C₂H₅)₄ zugesetzt.

Beispiel 3

[0021] In Abwandlung des Beispiels 1 wird als Metallsalzlösung eine wäßrige 1n HAuCl₄-Lösung mit 5 cm pro Liter einer 10 %igen wäßrigen Saponinlösung verwendet. Die Reduktion erfolgt mit 4 %iger wäßriger Hydrazinlösung.

Beispiel 4

[0022] In Abwandlung des Beispiels 1 wird als Metallsalzlösung eine 15 %ige wäßrige Na₂ PdCl₄-Lösung mit 3 cm³ pro Liter einer 4 %igen wäßrigen Lösung des Netzmittels der Formel C₈F₁₇SO₃N (C2H5)4 verwendet.

[0023] Die Reduktion erfolgt mit einer 2 %igen Phenidonlösung in Aceton.

Beispiel 5

[0024] Eine gesättigte wäßrige AgNo₃-Lösung mit 3 cm³ pro Liter einer 4 %igen wäßrigen Lösung des Netzmittels der Formel C₈F₁₇SO₃N(C₂H₅)₄ wird mehrmals auf die nach Beispiel 1 hergestellte Eloxalschicht aufgetragen. Die Reduktion erfolgt mit einer Mischung 1:1 von 2 %iger Phenidonlösung in Aceton mit 4 %iger wäßriger Hydrazinlösung. Die Reduktionslösung enthält 3 cm³ pro Liter der 4 %igen wäßrigen Lösung des Netzmittels der Formel C₈F₁₇SO₃N(C₂H₅)₄.

Beispiel 6

[0025] Eine gesättigte wäßrige AgNO₃-Lösung mit 3 Gew.-% pro Liter einer 10 %igen wäßrigen Lösung des Netzmittels Saponin wird auf die Eloxalschicht entsprechend Beispiel 1 aufgetragen. Anschließend wird in einer wäßrigen 2 n NaCl-Lösung gebadet. Dieser Vorgang wird mehrmals wiederholt. Dann wird folgende Reduktionslösung eingesetzt

Es werden 4 Volumenteile der Lösung 1 und 1 Volumenteil der Lösung 2 gemischt und 5 Volumenteile Wasser zugefügt. Das Gemisch läßt man 5 Minuten bei 20°C auf die Eloxalschicht einwirken.

Beispiel 7

[0026] Die entsprechend Beispiel 1 behandelte Eloxalschicht wird mehrmals mit einer gesättigten wäßrigen Lösung von Chromalaun gebadet. Die Reduktion erfolgt anschließend mit 2 %iger wäßriger Hydrazinlösung.

Beispiel 8

[0027] Eine gesättigte wäßrige CuCl₂-Lösung wird auf die Eloxalschicht des Beispiels 1 gebracht und anschließend mit 2 %iger wäßriger Hydrazinlösung reduziert.

[0028] Beide Lösungen enthalten 5 cm³ pro Liter einer 10 %igen wäßrigen Saponinlösung als Netzmittel, um zu gewährleisten, daß die Lösungen der Metallsalze und die Reduktionsmittel bis zum Grunde der Poren und Kanäle der Eloxalschicht auf das metallische Aluminium vordringen können.

[0029] Die nach den Beispielen hergestellten leitfähigen Schichten auf den Außenseiten der Eloxalschichten haben Oberflächenwiderstände zwischen 1 Ω und 100 Ω je nach Behandlungszeit, Wiederholung der Behandlung und Netzmittelmenge.

[0030] Die Messung der Oberflächenwiderstände wurde nach DIN 53 482, Methode A, bei 20°C und 60 % realtiver Luftfeuchte durchgeführt.

Ansprüche

1. Aluminiumwalze mit eloxierter poröser Oberfläche für den Transport und/oder die Führung von elektrisch aufladbaren blatt- oder bandförmigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß in den Poren der eloxierten Oberfläche nicht oder wenig korrodierende Metalle eingelagert sind.

2. Aluminiumwalze nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren der eloxierten Oberfläche ein Metall aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Chrom, Wolfram, Molybdän oder der VIII. Gruppe des periodischen Systems enthalten.

3. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumwalzen, mit eloxierter poröser Oberfläche, die eine verbesserte Oberflächenleitfähigkeit besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Walze zunächst mit einer wäßrigen tensidhaltigen Reinigungsflüssigkeit gereinigt wird, die so gereinigte poröse Oberfläche mit einer wäßrigen Metallsalzlösung getränkt und die Oberfläche danach mit der wäßrigen Lösung eines Reduktionsmittels für das Metallsalz behandelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze zur Reinigung der Oberfläche in die wäßrige tensidhaltige Reinigungsflüssigkeit eingetaucht und das Bad der Wirkung eines Ultraschallgebers ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige Metallsalzlösung ein Netzmittel enthält.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wäßrige Lösungen von Metallsalzen aus der Gruppe Kupfer, Silber, Gold, Chrom, Wolfram, Molybdän oder der VIII. Gruppe des periodischen Systems verwendet werden.