DE4243164A1 - Verfahren zur anodischen Oxidation - Google Patents
Verfahren zur anodischen OxidationInfo
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
- C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
- C25D11/06—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used
- C25D11/08—Anodisation of aluminium or alloys based thereon characterised by the electrolytes used containing inorganic acids
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur anodischen
Oxidation von Strukturelementen aus Aluminium- oder
Magnesiumwerkstoffen in einem phosphorsäurehaltigen
wäßrigen Elektrolyten.
Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 27 05 652 C2
bekannt geworden und wird vorzugsweise in der Luft- und
Raumfahrttechnik zur Vorbehandlung von Strukturelemen
ten aus Aluminium oder hochfesten Aluminiumlegierungen
angewandt, die durch eine Klebung miteinander verbunden
werden sollen oder die mit einer organischen,
metallischen oder anorganischen Beschichtung versehen
werden sollen. Die dabei auf der Werkstückoberfläche
erzeugte Oxidhaut dient dazu, die
Adhäsionseigenschaften dieser Oberfläche nachhaltig zu
verbessern, wobei angestrebt wird, eine möglichst
weiche, dünne, vor allem aber porige Oxidschicht zu
erzeugen, durch die die wirksame Oberfläche vergrößert
und eine möglichst große Zahl aktiver Zentren für die
Ausbildung von adhäsiven Bindungen geschaffen wird.
Neben dem Anodisieren in phosphorsäurehaltigen wäßrigen
Elektrolyten werden in der Praxis auch Anodisierver
fahren zur Vorbehandlung von Werkstücken aus Aluminium
bzw. Aluminiumlegierungen eingesetzt, bei denen Elek
trolyten auf der Basis von Chromsäure oder Schwefel
säure verwendet werden. Die bei diesen Verfahren
erzeugten Oxidschichten können verdichtet werden und
sind dann auch als alleiniger Korrosionsschutz
geeignet.
Für Strukturelemente, die anschließend miteinander
verklebt werden sollen, werden in der Regel entweder
Elektrolyten auf der Basis von Chromsäure oder von
Phosphorsäure verwendet. Das Chromsäureanodisieren hat
dabei zwar den Vorteil, daß sich mit ihm hinsichtlich
der Morphologie und der Schichtdicke der Oxidschicht
nahezu optimale Oberflächen erzielen lassen, zugleich
ist dieses Verfahren aber relativ komplex und zeitauf
wendig in der Durchführung und in arbeitshygienischer
und ökologischer Hinsicht problematisch, da das
Arbeiten mit Chromsalzen und Chromsäure mit einem
erhöhten Gesundheitsrisiko verbunden ist. Ferner muß
dieses Verfahren bei erhöhter Temperatur durchgeführt
werden.
Diese Problematik wird bei der Verwendung phosphor
säurehaltiger Elektrolyten zwar vermieden, jedoch sind
die beim Phosphorsäureanodisieren erzeugten Oxid
schichten in der Regel mechanisch instabil und auf eine
Ergänzung durch organische Beschichtungsstoffe ange
wiesen. Dies führt dazu, daß die mit diesen Verfahren
vorbehandelten Werkstücke aus Aluminium bzw. Aluminium
legierungen bis zum Aushärten des für die nachfolgende
Klebung verwendeten Primers nur berührungslos verar
beitet und inspiziert werden können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der
eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich mit ihm
eine dem Chromsäureanodisieren ähnliche optimale
Oberflächenbeschaffenheit erzielen läßt, daß dabei aber
zugleich eine wesentlich einfachere Handhabung,
verkürzte Prozeßdauer und -kosten sowie einen wesent
lich verbesserten Umweltschutz bietet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan
spruchs 1. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene
Verwendung eines Mischelektrolyten aus Phosphor- und
Schwefelsäure wird dabei ein Verfahren geschaffen, mit
dem sich auf Werkstücken aus Aluminium und dessen
Legierungen Oxidschichten erzeugen lassen, die den
mittels Chromsäureanodisieren erzielbaren Oxidschichten
nicht nur hinsichtlich der Morphologie und Schichtdicke
vergleichbar sind, sondern die zugleich eine gute
Langzeitstabilität besitzen. Die mit dem Verfahren nach
der Erfindung herstellbaren Oxidschichten zeichnen sich
durch eine hohe Haftfestigkeit und Duktilität aus und
weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß sich durch eine Variation der
Prozeßparameter der gleiche Elektrolyt für die
Erzeugung einer verdichteten Eloxalschicht, als
Korrosionsschutz und für die Vorbehandlung bei einer
nachfolgenden Beschichtung oder Klebung verwenden läßt.
Es kann dabei in idealer Weise dem jeweils zu
bearbeitenden Werkstoff angepaßt werden. Vorteilhafte
Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung im
Hinblick auf eine Optimierung der Prozeßparameter sind
in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Aus
führungsbeispiels näher erläutert werden, wobei die
Figur in einem Spannungs-Zeit-Diagramm den zeitlichen
Ablauf des Anodisiervorgangs wiedergibt. Das für eine
nachfolgende Klebung oder eine Beschichtung, beispiels
weise mit einer organischen Substanz, vorzubereitende
Werkstück aus einer hochfesten Aluminiumlegierung wird
zunächst einem Reinigungs- und Aktivierungsschritt mit
einem handelsüblichen Reinigungsmittel sowie einem
oxidierenden sauren Rad, beispielsweise aus Salpeter
säure (HNO3) unterzogen, wobei es nach jedem dieser
Schritte jeweils mit Wasser abgespült wird. An
schließend wird das Werkstück in einen wäßrigen
Elektrolyten gebracht, der eine Konzentration von
jeweils etwa 100 g/l Schwefelsäure (H2SO4) und
Phosphorsäure (H3PO4) aufweist, so daß diese beiden
Komponenten in einem Mischungsverhältnis von etwa 1 : 1
vorliegen. Die Badtemperatur beträgt etwa 27°C.
Das zu oxidierende Werkstück wird mit dem Pluspol einer
Gleichstromquelle verbunden, während als Kathode eine
Elektrode aus Reinaluminium, Blei oder einem hoch
legierten Stahl verwendet wird.
Wie in der Figur dargestellt, wird die angelegte
Spannung über einen Zeitraum von etwa drei Minuten (t1)
von Null auf einen Wert zwischen 15 und 20 Volt erhöht.
Dieser Spannungswert wird anschließend für etwa 15 Minu
ten konstant gehalten, bevor die Spannung abgeschaltet
wird. Das Werkstück wird dann dem Bad entnommen und der
auf seiner Oberfläche verbleibende Rückstand des
Elektrolyten wird innerhalb von etwa zwei Minuten ab
gespült.
Die auf diese Weise erzeugte Oxidschicht besitzt eine
Dicke von etwa 3 bis 3.5 Mikrometern, ist von hoher
Duktilität und weist ein hohes Porenvolumen und damit
eine Vielzahl aktiver Zentren für die Ausbildung
adhäsiver Bindungen auf. Ein Salzsprühtest mit einer
Auslagerung nach DIN 50021 bestätigt die gute Langzeit
beständigkeit dieser Schicht.
Im Rahmen der Erfindung ist es dabei selbstverständlich
auch möglich, durch die Variation einzelner Prozeßpara
meter, wie Konzentration, Temperatur, Spannung oder
Stromdichte eine für den jeweiligen Anwendungsfall
optimale Konstellation zu erzeugen. Auch kann das in
der Figur gezeigte Spannungs-Zeit-Profil durch ein
entsprechendes auf den Werkstoff und die Prozeßpara
meter abgestimmtes Stromdichte-Zeit-Profil ersetzt
werden. Neben Aluminium und dessen Legierungen kann es
auch zur Vorbehandlung von Strukturelementen aus
anderen Werkstoffen, beispielsweise Magnesium oder
dessen Legierungen, verwendet werden.
Claims (7)
1. Verfahren zur anodischen Oxidation von Struktur
elementen aus Aluminium- oder Magnesiumwerkstoffen
in einem phosphorsäurehaltigen wäßrigen Elektro
lyten, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt
einen Zusatz an Schwefelsäure (H2SO4) enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischungsverhältnis von Phosphorsäure
(H3PO4) und Schwefelsäure (H2SO4) etwa 1:1
beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration der Phosphorsäure (H3PO4) und
Schwefelsäure (H2SO4) jeweils etwa 100 g/l beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Temperatur des Elektrolyten
bei etwa 27°C liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die angelegte Spannung zwischen
15 und 20 Volt liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannung über einen Zeitraum von etwa 15
Minuten annähernd konstant gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannung innerhalb eines Zeitraumes von
etwa drei Minuten kontinuierlich von null Volt auf
den konstanten Endwert erhöht wird.
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