Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen

Abstract

 Es wird ein Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen beschrieben, welches durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:

1. die Teile werden vorbehandelt, indem sie entfettet bzw. ge­reinigt werden,

2. die Teile werden elektrolytisch anodisch/alkalisch geglänzt,

3. die Teile werden elektrolytisch unter Anwendung von Gleichstrom anodisiert,

4. die Teile werden elektrolytisch und/oder organisch eingefärbt und

5. die Okydschicht der Teile wird verdichtet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen.

[0002] Aluminiumteile, wie Aluminium-Preß- oder Rollprofile, werden u.a. in der Baubeschlags- und Beleuchtungsindustrie oder insbesondere auch im Kraftfahrzeugbau bei z.B. Fenstereinfaßsystemen oder auch als Zierrahmen, Zierleisten u. dgl. eingesetzt. Dabei ist es auch bekannt, solche Teile aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen zu verwenden, die eine farbig eloxierte Oberfläche aufweisen.

[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein neues Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Aluminium oder Aluminium-Legierungen aufzuzeigen, wobei die nach diesem Ver­fahren eingefärbten Teile folgende Qualitätsmerkmale erfüllen sollen:

a) 1.000 Std. Lichtechtheitsprüfung ohne Veränderung der Farb­echtheit , ohne Veränderung der Farbpigmentierung. Prüfung: Xenotest-Heißbelichtung 450 DIN 75202

b) 6 Zyklen Kesternich DIN 50018 Prüfung auf Korrosionsbeständigkeit

c) 5.000 Hübe - Prüfung der Reibfestigkeit ohne Veränderung der Oberfläche nach Veslick DIN 53339.

[0004] Des weiteren soll sich das neue Verfahren dadurch auszeichnen, daß eine Farbenvielfalt mit Farbabstufungen über
Gold - bronze
Hell - dunkelbronze
Grau - braun
Grau - blau
Anthrazit
Hell- dunkelblau
Blau- violett
bei der Einfärbung der Teile, eine einfache Kontrolle der Einfärber­gebnisse und eine jederzeitige Reproduzierbarkeit der einzelnen Farbnuancen ermöglicht wird.

[0005] Die zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen, sind im Patentanspruch 1 angegeben. Die Patentansprüche 2 bis 8 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

[0006] Im folgenden wird ein bevorzugtes Beispiel einer Oberflächenbehand­lung eines Teils zur Erzielung der geforderten Qualitätsmerkmale näher erläutert.

[0007] Ein Strangpreßprofil der Aluminium-Legierung AlMg 1 oder AlMgSi 0,5 wird mechanisch geschliffen und poliert. Ein Entfetten bzw. Reinigen wird in zwei Schritten vollzogen.

[0008] 1. Alkalische-phosphat- und borathaltige wässrige Lösung pH-Wert 9

[0009] 1.1 Saure phosphorsaure-haltige wässrige Lösung pH-Wert 1,1.

[0010] 2. Nach dem Entfetten bzw. Reinigen wird das Profil elektrolytisch alkalisch geglänzt, um so eine ausreichende glänzende Oberflächen­reflexion zu erreichen.
Der Elektrolyt enthält:

Na₃PO₄ (Trinatriumphosphat)	120 g/l
Na₂CO₃ (Dinatriumcarbonat)	330 g/l
Al Po₄ (Aluminiumphosphat)	10 g/l
Extrakte aus Buchenholz	5 m/l
Stromdichte	3 A/dm²
Betriebstemperatur	70 - 80 o C
Expositionszeit	18 Min.

[0011] 2.2 Nach dem Glänzen wird das so behandelte Aluminium in Wasser gespült. Dann wird in einer Chromsäure-Lösung 50 g/l CrO₃ bei 98 ^o C und einer Expositionszeit von 3 Min. die Oxydschicht entfernt.

[0012] 2.3 In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Aluminium in einer Natriumhydrogensulfit-Lösung gespült, um das 6-wertige Chrom zum 3-wertigen Chrom zu reduzieren.

[0013] 3. Nach dem Glänzprozeß wird das Profil elektrolytisch unter Anwen­dung von Gleichstrom anodisiert.
Der Elektrolyt enthält:

H₂SO₄ (Schwefelsäure)	180 g/l
Al	8 g/l
Tenside (Netzmittel)	30 ml
Stromdichte	1,5 A/dm²
Betriebstemperatur	18 - 20 o C
Expositionszeit	35 Min.
anodische Schichtdicke	12 µm

[0014] 4. Im folgenden Verfahrensschritt des Färbeverfahrens wird das Profil in einem metallsalzhaltigem Elektrolyten unter Anwendung von Wechselstrom exponiert. Hierbei werden bei gleichen Betriebs­bedingungen mit unterschiedlichen Expositionszeiten Farbtöne von Gold-bronze und Hell-dunkelbronze erreicht.
Der Elektrolyt enthält:

SnSO₄ (Zinnsulfat)	15 g/l Sn (Zinn als Zinnsulfat)
H₂SO₄ (Schwefelsäure)	15 g/l
Oxicarbonsäure	30 ml/l
Betriebstemperatur	20 - 22 o C
Stromdichte	1,5 A/dm²
pH-Wert	1,0

[0015] In der kathodischen Wechselstromphase wird Zinn durch elektro­lytische Metallabscheidung in die Poren der Okydschicht einge­lagert.
Die Farbtöne Gold-bronze und Hell-dunkelbronze werden bei varia­blen Stromdichten und unterschiedlichen Expositonszeiten von 10 Sekunden bis 15 Minuten erreicht.
Soll das Profil einen Farbton außer dem zuvor beschriebenen erhalten, so wird die Expositionszeit bei der Metallabscheidung auf 10 - 30 Sekunden begrenzt, wobei variable Stromdichten unter­schiedliche Farbabstufungen ergeben. Durch diese parameterge­steuerte Metallabscheidung wird eine Grundfärbung erreicht, wobei die Adsorptionsfähigkeit der Oxydschicht weiterhin erhalten bleibt.

[0016] 4.1 In einer weiteren Einfärbebehandlung wird die Adsorptionsfähig­keit der Okydschicht genutzt, um die Grundfärbung durch chemische Einlagerung eines organischen Azofarbstoffes variabel zu verän­dern.
Das chemische Farbbad enthält:

Azofarbstoff	1 g/l
Fungizid	0,4 ml/l
pH-Wert	3,5 - 3,9
Betriebstemperatur	50 o C
Expositionszeiten	90 - 180 Sekunden

[0017] Durch unterschiedliche Expositionszeiten im chemischen Farbbad werden die Farbabstufungen Grau-braun, Grau-blau, Anthrazit, Hell-dunkel­blau, Blau-violett erreicht.

[0018] Bei dem Vorgang der Adsorption lagern sich Pigmentteile des Azofarb­stoffes zusätzlich zum zuvor abgeschiedene Metallsalz in die Poren der Oxydschicht ein und verändern so die Grundfärbung.

5. Verdichten

[0019] In zwei Verfahrensschritten wird die Oxydschicht als letzte Behandlungsstufe verdichtet und somit gegen äußere Einwirkungen geschützt.
Im ersten Verfahrensschritt wird das Profil in einer Lösung 6 % Kobalt-Fluorid, 30 % Nickel-Fluorid in vollentsalztem Wasser bei 30 ^o C etwa 10 Minuten lang vorbehandelt.

[0020] Dabei erfolgt folgende Grundreaktion mit der Okydschicht und dem Nickel-Fluorid:

[0021] Bei diesem ersten Verfahrensschritt wird eine beständige Vorverdich­tung der Oxydschicht erreicht.

[0022] Im zweiten Verfahrensschritt wird das Profil bei 70 ^o C in vollent­salztem Wasser unter Zusatz eines Belagsverhinderers von 2 ml/l Triazin-Derivat 50 Minuten behandelt. Hierbei findet zunächst unter Bindung des Wassers eine chemische Reaktion statt (Al₂O₃ + H₂O = 2 AlO x OH). Dabei bewirkt die Volumenzunahme der Schicht einen Verschluß der Poren. Die Schicht ist jetzt gegen äußere Einflüsse geschützt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung farbiger Oberflächen auf Teilen aus Alumi­nium oder Aluminium-Legierungen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1. die Teile werden vorbehandelt, indem sie entfettet bzw. gereinigt werden,

2. die Teile werden elektrolytisch anodisch/alkalisch geglänzt,

3. die Teile werden elektrolytisch unter Anwendung von Gleich­strom anodisiert,

4. die Teile werden elektrolytisch und/oder organisch einge­färbt und

5. die Okydschicht der Teile wird verdichtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verfahrensschritt in zwei Stufen durchgeführt wird, indem die Teile zunächst in einer alkalischen-phosphat- und borathaltigen wässrigen Lösung mit einem pH-Wert 9 und sodann in einer sauren, phosphorsaurehaltigen wässrigen Lösung mit einem pH-Wert 1,1 be­handelt werden.

3. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im zweiten Verfahrensschritt in einem mittels Gleich­strom betriebenen alkalischen Elektrolyten der Zusammensetzung:

Na₃PO₄ (Trinatriumphosphat)	120 g/l
Na₂CO₃ (Dinatriumcarbonat)	330 g/l
Al Po₄ (Aluminiumphosphat)	10 g/l
Extrakte aus Buchenholz	5 m/l

bei einer Stromdichte von 3 A/dm², einer Betriebstemperatur von 70 - 80 ^o C und einer Expositionszeit von ca. 18 Minuten behandelt werden.

4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile zwischen dem zweiten und dem dritten Verfahrensschritt einer Zwischenbehandlung unterzogen werden, wobei vorgesehen ist, daß die Teile zunächst in Wasser gespült, dann in einer Chromsäure-Lösung mit etwa 50 g/l CrO₃ bei etwa 98 ^o C etwa 3 Minuten exponiert und schließlich in einer Natrium­hydrogensulfit-Lösung nochmals gespült werden.

5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im dritten Verfahrensschritt in einem Elektrolyten der Zusammensetzung:

H₂SO₄ (Schwefelsäure)	180 g/l
Al	8 g/l
Tenside (Netzmittel)	30 ml

bei einer Stromdichte von 1,5 A/dm², einer Betriebstemperatur von 18 - 20 ^o C und einer Expositionszeit von 35 Minuten behandelt werden.

6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in einer ersten Stufe des vierten Verfahrensschritts in einem metallsalzhaltigen Elektrolyten der Zusammensetzung:

SnSO₄ (Zinnsulfat)	15 g/l Sn (Zinn als Zinnsulfat)
H₂SO₄ (Schwefelsäure)	15 g/l
Oxicarbonsäure	30 ml/l

bei einer Betriebstemperatur von 20 - 22 ^o C, einer Stromdichte von 1,5 A/dm² und einem pH-Wert 1,0 unter Anwendung von Wechsel­strom exponiert werden.

7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile in einer zweiten Stufe des vierten Verfahrensschritts in einem chemischen Farbbad der Zusammensetzung:

Azofarbstoff	1 g/l
Fungizid	0,4 ml/l
pH-Wert	3,5 - 3,9

bei einer Betriebstemperatur von etwa 50 ^o C und Expositionszeiten von 90 - 180 Sekunden behandelt werden.

8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile im fünften Verfahrensschritt in zwei Verfahrensstufen verdichtet werden, wobei die Teile in der ersten Verfahrensstufe in einer Lösung mit etwa 6 % Kobalt-Fluorid und etwa 30 % Nickel-Fluorid in vollentsalztem Wasser bei etwa 30 ^o C etwa 10 Minuten lang vorbehandelt und in einer zweiten Verfahrensstufe in vollentsalztem Wasser unter Zusatz eines Belag­verhinderers von etwa 2 ml/l Triazin-Derivat bei einer Betriebs­temperatur von etwa 70 ^o C etwa 50 Minuten lang nachbehandelt werden.