Färbeelektrolyt

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Färbeelektrolyten zum elektrolytischen Einfärben von anodisch erzeugten Oxidschichten auf Aluminium und Aluminiumlegierungen in Farben unterschiedlicher Buntheit und Helligkeit, insbesondere zur Anwendung bei Profilen für Fenster-, Türen-, Fassadenelemente u.dgl.

[0002] Es sind bereits elektrochemische Färbebäder zum Einfärben von anodisch erzeugten Oxidschichten auf Aluminium und dessen Legierungen bekannt, die ein Metallsalz zur Einfärbung der Oxidschicht enthalten. Dabei wird zunächst an der Oberfläche der Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen mittels Gleichstrom in beispielsweise schwefelsaurer Lösung eine definierte Oxidschicht erzeugt und diese anschließend mittels Wechselstrom unter Verwendung eines schwachsauren Färbeelektrolyten eingefärbt. Dabei enthält der Färbeelektrolyt vielfach ein Sulfat, beispielsweise des Eisens, Nickels oder Cobalts, wodurch ein Bronzeton bestimmter Farbstichigkeit erzeugt wird. Ausnahmen der Bronzefärbung lassen sich nur durch einen Zusatz im elektrochemischen Färbebad in Form von Kupfersulfat - wodurch eine rötliche Färbung der Oxidschicht erzeugt wird -, Silbersulfat oder Goldsulfat erzeugen, wodurch eine bläuliche bzw. gelbliche Färbung der Oxidschicht zustande kommt. Abgesehen davon, daß die Verwendung von Gold- und Silbersalzen zumeist aus wirtschaftlichen Gründen nicht zu vertreten ist, so ergeben sich vielfach bei gleicher Färbebadzusammensetzung und gleicher Behandlungsfolge doch unterschiedliche Bronzetöne, was sich insbesondere dann sehr nachteilig auswirkt, wenn eine größere Anzahl von Aluminiumprofilen eingefärbt werden soll und die nebeneinander verwendeten Profile optisch einen ungleichmäßigen Farbeindruck hinterlassen.

[0003] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Färbeelektrolyten der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem es möglich ist, auf wirtschaftlich vertretbare Weise anodisch oxidierte Schichten von Aluminium und Aluminiumlegierungen in bezug auf Buntheit und Helligkeit bei entsprechender Auswahl beliebig einzufärben.

[0004] Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Färbeelektrolyt außer einem Metallsalz eine organische Farbstoffkomponente enthält. Dadurch läßt sich der vom Metallsalz erzeugte Farbton bei entsprechender Auswahl der organischen Farbstoffkomponente derart überlagern, daß eine gewünschte Farbe entsteht.

[0005] In vielen Fällen ist es beispielsweise wünschenswert, eine unbunte Farbe an-der Oberfläche des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung zu erzeugen. Es lassen sich die Gesetze der Farbmischung anwenden, wobei die Mischung von zwei Komplementärfarben bzw. die additive Farbmischung mit einer gegebenen Farbvalenz durch eine kompensative Farbe dann eine unbunte Farbe entstehen läßt. Um nun eine derartige unbunte Farbe der Qxidschicht des Aluminiums bzw. der Aluminiumlegierung zu erzeugen, enthält die neben dem Metallsalz im Elektrolyten enthaltene Farbstoffkomponente die Spektralfarbe Violett-Blau. Damit kommt die unbunte Farbe "grau" an Aluminium-Oxidschichten zustande, weil der über die elektrochemische Metallabscheidung anfallende Farbton "Bronze" durch den elektroadsorptiv angelagerten Farbton "Violett-Blau" gewissermaßen neutralisiert wird. Dabei kommt vorzugsweise als organische Farbstoffkomponente ein metallkomplexhaltiger Azofarbstoff zur Anwendung.

[0006] Zur gemeinsamen Einlagerung der Farbstoffkomponente und des Metalls in die Oxidschicht ist der Elektrolyt vorzugsweise auf einen pH-Wert von pH 4 bis pH 5 eingestellt. Dabei wird als Spannungsquelle Wechselstrom für die Abscheidung des Metalls und die Einlagerung des metallkomplexhaltigen Azofarbstoffes benutzt.

[0007] Um die Einlagerung der Farbstoffkomponente in die Oxidschicht zu stabilisieren, ist dem Färbeelektrolyt vorzugsweise eine Stickstoffverbindung zugesetzt. Eine derartige Stickstoffverbindung könnte beispielsweise ein Sulfat sein, das in seiner Verbindung Stickstoff enthält.

[0008] Die Erfindung ist nachfolgend näher beschrieben und wird anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.

[0009] Zur Herstellung einer elektrolytisch und elektroadsorptiv eingefärbten Oxidschicht von Aluminium und Aluminiumlegierungen werden die aus dem Aluminium bzw. dessen Legierungen hergestellten Gegenstände zunächst einer in bekannter Weise durchgeführten anodischen Oxidation unterzogen, wobei mittels Gleichstom in einer zur Elektrolyse geeigneten Lösung - wie beispielsweise Schwefel-, Oxal-oder Chromsäure - eine definierte Oxidschicht erzeugt wird und diese anschließend in dem schwachsauren Färbeelektrolyten unter Zuführung von Wechselstrom eingefärbt wird.

[0010] Zur Erzielung eines beispielsweise unbunten Farbtones - d.h. eines Grautones - mag der Färbeelektrolyt als Metallsalz Cobaltsulfat sowie als organische Farbstoffkomponente eine chromkomplexhaltige Azoverbindung enthalten. Legt man an diesen Färbeelektrolyten eine elektrische Wechselspannung an, so wandern unter dem Einfluß des elektrischen Feldes der metallkomplexhaltige Farbstoff und die Cobalt-Ionen in die Mikroporen der Aluminiumoxidschicht ein, wobei die Cobalt-Ionen am Porengrund zu Metall reduziert werden. Der organische Farbstoff lagert sich tiefer in die Poren ein, als dies bei einer rein adsorptiven Einfärbung der Fall ist. Infolge dieser tieferen Einlagerung in den Poren sowie der Rekomplexierung des Farbstoffes mit den in den Poren verbleibenden Schwermetallsalzen während der hydro-thermalen Behandlung - dem sogenannten Sealen -, gelingt es in wirtschaftlicher Weise sogenannte licht- und wetterfeste Grautöne auf anodisiertem Aluminium zu erhalten.

[0011] Dabei lassen sich unterschiedliche Farbnuancen der definierten Aluminiumoxidschichten durch gezieltes Abstimmen der Einflußgrößen in zwei aufeinander folgenden Behandlungsstufen erzielen. Als erste Behandlungsstufe ist die Vorbehandlung der aus Aluminium bzw. dessen Legierungen hergestellten Gegenstände mit nachfolgender anodischer Oxidation anzusehen, während die zweite Behandlungsstufe durch das Einfärben der Oxidschicht in einem Färbeelektrolyten dargestellt ist. Während bei der ersten Behandlungsstufe die Legierung und der Zustand der anodisierten Halbzeuge, deren Glanz- bzw. Mattheitsgrad der Oberfläche sowie die Elektrolytzusammensetzung und die Arbeitsbedingungen während des Anodisiervorganges als Einflußgrößen in Frage kommen, sind als Einflußgrößen der zweiten Behandlungsstufe die Zusammensetzung des Färbeelektrolyten, deren pH-Wert, Temperatur, Verweilzeit und Stromdichte anzusehen.

[0012] Wenn nun beispielsweise ein Strangpreßprofil der Aluminiumlegierung AlMgSi o,5 Mittelgrau entsprechend der Dunkelstufe D 4,5 des DIN-Blattes 6164, Beiblatt 25, eingefärbt werden soll, so wird das Strangpreßprofil zunächst nach bekannten Verfahren entfettet, gebeizt und anodisiert. Der die anodische Oxidation bewirkende Elektrolyt enthält 19o g Schwefelsäure je 1 1 Wasser (19o g/1 H₂S0₄) und 1o g Aluminium pro 1 1 Elektrolyt (1o g/l). Die Temperatur des zur Anodisation vorgesehenen Elektrolyten beträgt 20°C, während die Stromdichte 1,5 A/dm² betragen soll. Um die im Anodisations-Elektrolyten erzeugte Oxidschicht mittelgrau einzufärben, wird das Strangpreßprofil anschließend in den Färbeelektrolyten eingetaucht, der bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel 12 g Cobalt je 1 1 (12 g Co/1), 8 g metallkomplexhaltiger Farbstoff je 1 1 (8 g/l) und 12 g Borsäure je 1 1 (12 g/1) enthält, wobei der pH-Wert des Elektrolyten auf pH 4,3 und dessen Temperatur auf 24° eingestellt ist.

[0013] Das Strangpreßprofil wird in den Färbeelektrolyten eingetaucht, anschließend für 2 Minuten und 3o Sekunden an eine Wechselspannung von 11 Volt angeschlossen und konstant gehalten, wonach das Profil aus dem Färbeelektrolyt gehoben wird. Je 1 dm² Profiloberfläche sollen 1,o A.min Färbestrom geflossen sein.

[0014] Durch die Wahl der Abscheidungs- und Arbeitsbedingungen lassen sich beispielsweise die unbunten Farben, d.h. die Grautöne, ab der Dunkelstufe 2,5 bis Dunkelstufe 8 gemäß DIN 6164, Beiblatt 25 in beliebiger Dunkelheit und Farbstichigkeit nach DIN 55981 in demselben Färbeelektrolyten herstellen.

[0015] In Anlehnung an das Farbkoordinatensystem nach CIELAB 1976 gilt für die unbunte Farbe "Grau" im physikalischen Sinne, daß die Farbkoordination a^* und b^* gleich O sind. Die Farbe "Grau" unterscheidet sich von den Farben "Weiß" und "Schwarz" nur durch die variable Helligkeit, die im CIELAB-System von 1₀₀ (Weiß) bis O (Schwarz) bewertet ist.

[0016] Wie bereits erwähnt, gibt das vorbeschriebene Anwendungsbeispiel die Erfindung lediglich beispielsweise wieder und ist keinesfalls allein darauf beschränkt. Es sind vielmehr noch mancherlei Änderungen der Anwendung möglich. Wenn beispielsweise das Strangpreßprofil eine Farbstichigkeit nach Blau aufweisen soll und nach dem CIELAB-Farbkoordinatensystem die Farbkoordinaten a^* = 1,3 und b^* = 3,o aufweisen soll, so kann entweder der pH-Wert des Färbeelektrolyten angehoben oder aber die Tauchzeit verlängert werden.

Ansprüche

1.) Färbeelektrolyt zum elektrolytischen Einfärben von anodisch erzeugten Oxidschichten auf Aluminium und Aluminiumlegierungen in Farben unterschiedlicher Buntheit und Helleigkeit, insbesondere zur Anwendung bei Profilen für Fenster-, Türen-, Fassadenelemente u.dgl.,
dadurch gekennzeichnet ,
daß der Färbeelektrolyt außer einem Metallsalz eine organische Farbstoffkomponente enthält.

2.) Färbeelektrolyt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neben dem Metallsalz im Elektrolyten enthaltene Farbstoffkomponente die Spektralfarbe Violett-Blau enthält.

3.) Färbeelektrolyt nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Farbstoffkomponente ein metallkomplexhaltiger Azofarbstoff ist.

4.) Färbeelektrolyt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt zur gemeinsamen Einlagerung der Farbstoffkomponente und des Metalls in die Oxidschicht auf einen pH-Wert von pH 4 bis pH 5 eingestellt ist.

5.) Färbeelektrolyt nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Farbstoffkomponente dem Färbeelektrolyt eine Stickstoffverbindung zugesetzt ist.