Anodisch oxidierte Oberfläche eines Gegenstandes mit Lumineszenzeigenschaften und Verfahren zur Herstellung der Oberfläche

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft die Oberfläche eines Gegenstandes aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit anodisch erzeugter Oxidschicht.

[0002] Neben dem Auftragen einer Farbschicht auf einen Gegenstand durch z.B. Lackieren oder Tauchen des Gegenstandes in den Farbträger ist die Färbung von einer durch anodische Oxidation hergestellten Oxidschicht durch elektrolytische Einfärbung der Oxidschicht in einem Metallsalzelektrolyten oder durch Tauchen in Lösungen organischer Farbstoffe (adsorptive Färbung) bekannt. Letztgenannte Methode erfolgt üblicherweise ohne Anwendung von elektrischem Strom.

[0003] Unter Lumineszenz wird hier und im folgenden die Umwandlung irgendwelcher Energiearten in Lichtenergie, insbesondere Fluoreszenz, wo die Nachleuchtdauer sehr kurz ist, und Phosphoreszenz, wo die Nachleuchtdauer relativ lang ist, verstanden.

[0004] Der Markt, insbesondere der Konsumgütermarkt, hat einen Bedarf für dekorative Oberflächen von Aluminium- oder Aluminiumlegierungsgegenständen mit Lumineszenzeigenschaften bei gleichzeitig hochwertigem funktionellem Schutz der metallischen Oberfläche gegen chemische und mechanische Beeinträchtigung wie etwa Korrosion oder Verschleiss. Güter, bei denen derartige Oberflächeneigenschaften gefordert werden, sind beispielsweise Schmuckartikel, Uhrgehäuse und -zifferblätter, Sportartikel oder Spielsachen.

[0005] Die Erfinder haben sich daher die Aufgabe gestellt, diesem Bedürfnis Rechnung zu tragen und die Oberfläche von aus Aluminium- oder Aluminiumlegierungen hergestellten Gegenständen mit anodisch erzeugter Oxidschicht derartig zu beeinflussen, dass dieselbe Lumineszenzeigenschaften aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Gegenstände vorzulegen.

[0006] Erfindungsgemäss wird die gestellte Aufgabe durch eine Oberfläche gelöst, welche sich nach dem Wortlaut des Anspruchs 1 auszeichnet. Ein erfindungsgemässes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Oberfläche ist durch die Merkmale des Anspruchs 2 gekennzeichnet. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemässen Verfahrens kennzeichnen die Merkmale der Ansprüche 3 bis 13. Zur Anwendung der erfindungsgemässen Oberfläche unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens gelangen mit besonderem Vorteil Gegenstände aus der Uhrenbranche, vorzugsweise Uhrgehäuse und -zifferblätter, da in diesem Konsumgüterbereich ein besonders hoher Bedarf nach Neuerungen und Dekorativem besteht.

[0007] Um eine erhöhte Brillanz der lumineszierenden Oxidschicht zu erreichen, ist es vorteilhaft den Gegenstand aus einer Aluminiumlegierung auf hoher Reinheitsbasis zu verwenden. Es eignet sich insbesondere eine Legierung mit einem Aluminiumgehalt von mindestens 99,5%.

[0008] Strebt man eine besonders intensive Lumineszenz der Oberfläche an, hat es sich als zweckmässig erwiesen, ein grösseres Reservoir für die Einlagerung des Lumineszenzstoffs und gegebenenfalls des beigefügten Farbstoffs zu schaffen. Ein grösseres Reservoir wird erfindungsgemäss nach dem Verfahren gemäss Anspruch 11 erreicht.

[0009] Es hat sich gezeigt, dass nach Einlagern des Lumineszenzstoffs und gegebenenfalls zugegebenen Farbstoffs derselbe/dieselben ausbluten, das heisst die Poren ungewollt teilweise wieder verlassen, was zu einer Einbusse der Intensität der Lumineszenz und gegebenenfalls Färbung führt. Um diesen unerwünschten Vorgang zu verhindern, kann das erfindungsgemässe Verfahren gemäss den Merkmalen nach den Ansprüchen 12 und 13 durchgeführt werden.

[0010] Die erfindungsgemässen Oberflächen bzw. die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Oberflächen leuchten (fluoreszieren) bei Einlagerung von fluoreszierenden Lumineszenzstoffen unter Einwirkung von UV-Lichtstrahlung. Dieser Effekt kann beispielsweise in Diskotheken mit UV-Strahlern zum Leuchten von mit erfindungsgemässen Oberflächen behandelten Schmuckartikeln oder Uhren führen oder als werbetechnischer Effekt genutzt werden, indem beispielsweise Ladenfenster oder Ausstellungsvitrinen mit eingebauter UV-Quelle die ausgestellten erfindungsgemäss oberflächenbehandelten Aluminiumartikel im Dämmerlicht oder nachts zum Leuchten bringen und die Aufmerksamkeit der Passanten auf sich ziehen.

[0011] Bei erfindungsgemäss mit phosphoreszierenden Stoffen behandelten Oberflächen lumineszieren (phosphoreszieren) die Oberflächen nach Einwirkung von Tages- oder Kunstlicht auch bei Dunkelheit. Dies kann beispielsweise für die Oberflächenbehandlung von Spielsachen, Sportartikel oder dergleichen genutzt werden, um das Auffinden derartiger Artikel im Dunkeln zu erleichtern, oder für Uhren, um die Zeitablesung bei Dunkelheit zu ermöglichen. Auch wäre die Herstellung von erfindungsgemäss behandelten Schmuckartikeloberflächen als Werbegag geeignet.

[0012] Aus den vorgenannten Anwendungsbeispielen geht hervor, dass insbesondere Kinder, Jugendliche oder Sportler von den mit erfindungsgemässen Oberflächen versehenen Gegenständen Gebrauch machen werden.

Beispiel 1

[0013] Ein Uhrgehäuse wurde ausgehend von einer aus Aluminiumband geeigneter Dicke gestanzten Ronde durch Kaltfliesspressen geformt. Als Werkstoff wurde eine aushärtbare Legierung vom Typ A199.9MgSi verwendet. Das rohe Uhrgehäuse wurde nach Entgratung mechanisch und anschliessend chemisch auf Hochglanz poliert. Die Bildung einer Oxidschicht von 12µm durch Anodisation erfolgte in einem konventionellen Schwefelsäure/Oxalsäure-Elektrolyten (GSX-Verfahren) und in einem Zinnfärbebad wurde die Oxidschicht auf den Farbton hellbronze gefärbt. Im Anschluss daran folgte bei einer Temperatur von 20° C eine Tauchbehandlung in einem wässrigen Bad, das den lumineszierenden Stoff Leukophor AP-FL der Firma Sandoz AG, CH-Basel in einer Konzentration von 5 g/l enthielt. Die Tauchzeit betrug 10 Minuten. Anschliessend wurde eine Verdichtungsbehandlung durchgeführt, indem zunächst eine Versiegelung in einem handelsüblichen Kalisealingbad der Firma Sotec, CH-Küsnacht bei 30° C über 5 Minuten und anschliessend ein Nachsealing in kochendem entionisierten Wasser bei pH 5,7 über 20 Minuten erfolgte. Das Ausbluten des eingelagerten Lumineszenzstoffes wurde dadurch verhindert.

[0014] Das fertige bronzefarbene Uhrgehäuse zeigte eine starke bläuliche Fluoreszenz bei UV-Einstrahlung mit einer Wellenlänge von 366 nm.

Beispiel 2

[0015] Ein Golfschläger aus einer hochfesten Aluminiumlegierung wurde durch konventionelles Beizen in alkalischer Beizlösung mattiert und anschliessend in einem Schwefelsäure-Elektrolyten mittels Gleichstrom (GS-Verfahren) eine Oxidschicht von 20µm aufanodisiert. Im Anschluss daran folgte im gleichen Elektrolyt eine durch 10V Wechselstrom unterstützte Porenerweiterung während 3 Minuten. Durch darauf folgendes Tauchen in einer Isopropanollösung mit 30g/l des Lumineszenzstoffs Storelite der Radium Chemie AG, CH-Teufen bei 20° C über 10 Minuten fand eine Einlagerung dieses Lumineszenzstoffs in die erweiterten Poren der anodischen Oxidschicht statt. Die Verdichtung wurde abschliessend in einem üblichen Kalisealingbad durchgeführt.

[0016] Das fertige Produkt zeigte eine gelb-grünliche Lumineszenz in der Dämmerung oder Dunkelheit.

Ansprüche

1. Oberfläche eines Gegenstandes aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit anodisch erzeugter Oxidschicht,
dadurch gekennzeichnet,
dass in die Poren der Oxidschicht mindestens eine Substanz mit Lumineszenzeigenschaften (Lumineszenzstoff) eingelagert ist.

2. Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Einlagerung des Lumineszenzstoffs adsorptiv durch Eintauchen in eine wässrige oder organische Lösung des entsprechenden Lumineszenzstoffs erfolgt.

3. Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlagerung eines ionisch geladenen Leuchtstoffs elektrolytisch unter Anlegung einer elektrischen Spannung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anodisch erzeugte Oxidoberfläche vor oder nach der Lumineszenzstoffeinlagerung durch adsorptive Einfärbung mit einem nicht lumineszierenden Farbstoff gefärbt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anodisch erzeugte Oxidoberfläche vor oder nach der Lumineszenzstoffeinlagerung durch elektrolytische Behandlung in einer mindestens ein Metallsalz enthaltene Lösung gefärbt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Salz von Zinn, Nickel, Kobalt oder Kupfer verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die adsorptive Einlagerung des Leuchtstoffs gleichzeitig mit der Einlagerung mindestens eines konventionellen organischen Farbstoffs in einem Bad geeigneter Mischung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Einfärbung und die Einlagerung des Lumineszenzstoffs gleichzeitig in einem mindestens ein Metallsalz enthaltendem Bad geeigneter Mischung erfolgt.

9. Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die anodisch erzeugte Oxidschicht auf eine Aluminiumlegierung mit einem Gehalt von mindestens 99,5% Aluminium erfolgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminium- bzw. Aluminiumlegierungsoberfläche vor dem Anodisieren mechanisch poliert, chemisch und/oder elektrolytisch geglänzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Porenvolumen der Oxidschicht vor der Einlagerung eines Lumineszenzstoffs und gegebenenfalls eines Farbstoffs durch stromloses Verbleiben im Anodisationselektrolyten oder durch Wirbelstrom unterstützte partielle Auflösung der anodischen Oxidschicht vergrössert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschicht nach Einlagerung des Lumineszenzstoffs und gegebenenfalls Farbstoffs in einem Nickel und Fluorid enthaltenden Bad verdichtet wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidschicht nach Anodisation und Einfärbung mit einem Lumineszenzstoff und gegebenenfalls Farbstoff in einem ersten Nickel und Fluorid enthaltendem Bad vorverdichtet und in einem zweiten konventionellen Sealingbad nachverdichtet wird, wobei das zweite Bad eine höhere Temperatur als das erste Bad aufweist.

Claims

1. Surface of an object of aluminium or an aluminium alloy with an anodised oxide layer, characterised in that at least one substance with luminescent properties (luminescent substance) is deposited in the pores of the oxide layer.

2. Process for the production of a surface according to claim 1, characterised in that the luminescent substance is deposited adsorptively by means of immersion in an aqueous or organic solution of the appropriate luminescent substance.

3. Process for the production of a surface according to claim 1, characterised in that an ionically charged luminescent substance is deposited electrolytically by applying an electric voltage.

4. Process according to claim 2 or claim 3, characterised in that the anodised oxide surface is dyed before or after deposition of the luminescent substance by adsorptive dyeing with a non-luminescent dye.

5. Process according to claim 2 or claim 3, characterised in that the anodised oxide surface is dyed before or after deposition of the luminescent substance by electrolytic treatment in a solution containing at least one metal salt.

6. Process according to claim 5, characterised in that at least one salt of tin, nickel, cobalt or copper is used.

7. Process according to claim 2, characterised in that the adsorptive deposition of the luminescent substance and the deposition of at least one conventional organic dye are effected simultaneously in a bath of a suitable mixture.

8. Process according to claim 3, characterised in that the electrolytic dyeing and the deposition of the luminescent substance are effected simultaneously in a bath of a suitable mixture containing at least one metal salt.

9. Process for the production of a surface according to one of claims 2 to 8, characterised in that the anodised oxide layer is produced on an aluminium alloy with an aluminium content of at least 99.5 %.

10. Process according to one of claims 2 to 9, characterised in that the aluminium or aluminium alloy surface is mechanically polished and chemically and/or electrolytically polished before anodising.

11. Process according to one of claims 2 to 10, characterised in that the pore volume of the oxide layer is increased before the deposition of a luminescent substance and optionally a dye by holding in the anolyte without applying a current or by partially dissolving the anodised oxide layer with the aid of an eddy current.

12. Process according to one of claims 2 to 11, characterised in that the oxide layer is sealed in a bath containing nickel and fluoride after the deposition of the luminescent substance and optionally a dye.

13. Process according to one of claims 2 to 12, characterised in that the oxide layer is pre-sealed in a first bath containing nickel and fluoride after anodising and dyeing with a luminescent substance and optionally a dye and is then sealed in a second conventional sealing bath, the second bath having a higher temperature than the first bath.

Revendications

1. Surface d'un objet en aluminium ou alliage d'aluminium portant une couche d'oxyde produite par traitement anodique,
caractérisée
en ce qu'au moins une substance possédant des propriétés de luminescence (substance luminescente) est incluse dans les pores de la couche d'oxyde.

2. Procédé de production d'une surface selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inclusion de la substance luminescente s'effectue par adsorption, par immersion dans une solution aqueuse ou organique de la substance luminescente correspondante.

3. Procédé de production d'une surface selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'inclusion d'une substance luminescente à chaque ionique s'effectue par voie électrolytique sous tension électrique.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface d'oxyde produite par traitement anodique est colorée avant ou après l'inclusion de la substance luminescente, par coloration par adsorption, avec un colorant non luminescent.

5. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la surface d'oxyde produite par traitement anodique est colorée avant ou après l'inclusion de la substance luminescente, par traitement électrolytique dans une solution contenant au moins un sel métallique.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise au moins un sel d'étain, de nickel, de cobalt ou de cuivre.

7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'inclusion de la substance luminescente par adsorption s'effectue simultanément avec l'inclusion d'au moins un colorant organique classique dans un bain d'une composition appropriée.

8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la coloration électrolytique et l'inclusion de la substance luminescente s'effectuent simultanément dans un bain d'une composition appropriée contenant au moins un sel métallique.

9. Procédé de production d'une surface selon une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la couche d'oxyde produite par traitement anodique est produite sur un alliage d'aluminium possédant une teneur en aluminium d'au moins 99,5 %.

10. Procédé selon une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce qu'avant l'anodisation, la surface d'aluminium ou d'alliage d'aluminium subit un traitement de polissage mécanique et de lustrage chimique et/ou électrolytique.

11. Procédé selon une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'on agrandit le volume de pores de la couche d'oxyde, avant l'inclusion de la substance luminescente et éventuellement d'un colorant, par séjour sans courant dans l'électrolyte d'anodisation ou par dissolution partielle de la couche d'oxyde anodique, assistée par courants de Foucault.

12. Procédé selon une des revendications 2 à 11, caractérisé en ce qu'après l'inclusion de la substance luminescente et éventuellement du colorant, la couche d'oxyde est obturée dans un bain contenant du nickel et un fluorure.

13. Procédé selon une des revendications 2 à 12, caractérisé en ce qu'après l'anodisation et la coloration avec une substance luminescente et éventuellement un colorant, la couche d'oxyde est pré-obturée dans un premier bain contenant du nickel et un fluorure puis post-obturée dans un deuxième bain d'obturation classique, le deuxième bain possédant une température supérieure à celle du premier bain.