Способ получения окрашенной анодной пленки на алюминии

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН Ия

К ееАТЕНТУ

< > S45S0l

Сова Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту— (22) Заявлено 26.12.75 (21) 2305450!22-02 (23) Приоритет — (32)— (51) М,Кл С 25 D 11/22

Государственный комитет (31)— (33) —(53) УДК 621.357.8 (088.8) (43) Опубликовано 30.01.79. Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 30,01.79 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Питер )Коффрей Шисби и Грэхем Читам (Великобритания) Джос Патри и Мишель Бадиа (Франция) и Тахеи Асада (Япония) Иностранная фирма

«Алкан Рисерч энд Дивелопмент Лимитед» (Канада) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКРАШЕННОЙ АНОДНОЙ

ПЛЕНКИ НА АЛЮМИНИИ

1 2

Изобретение относится к электролитцческой обработке алюминиевых изделий для получения окрашенных пленок.

При электролитическом способе осаждения тонких пленок из окислов металлов 5 неорганические частицы осаждаются в порах анодной окисной пленки. Эти осажденные частицы образуют неорганические пигментные осадки.

Предполагают, что в цветных анодных 10 окисных пленках увеличивающиеся темные цвета являются результатом повышенного количества света, рассеивающегося осажденными частицами, а также результатом последующего поглощения света внутри пленки, Цвет от золотистого до бронзового образуется в результате большого поглощения света короткой длины волны, т. е. в диапазоне голубого и фиолетового спектра. Так как поры пленки заполняются осажденными частицами, то степень рассеивания света частицами и поглощения света внутри пленки становится почти полной и в результате пленка приобретает почти совершенно черный цвет.

Окисные пленки на алюминии при достижении определенной толщины могут давать эффект интерференции множества цветов, в результате интерференции между светом, отраженным от поверхности окисной пленки, и светом, проходящим через окисный слой и отраженным or металлической поверхности.

Получение интерференционных цветов зависит от высоты осажденных частиц.

Для получения цветов в видимом диапазоне разность хода лучей должна быть раво на 1700 — 10000 А. Разделение между верхними поверхностями осажденных частиц и поверхностью раздела алюминий — окись алюминия должна находиться в пределах о

500 — 3000 А для получения цветов между фиолетово-голубым и темно-зеленым. Если разность хода лучей слишком большая, тогда при электролитическом осаждении тонких цветных пленок получают покрытие только бронзового или черного цвета.

По такому же принципу можно получать и толстые (свыше 3 мк.и) окрашенные пленки с определенным размером поры, когда в поры электролитически осаждают частицы красящего вещества. Для светлого окрашивания посредством оптической интерференции необходимо получить анодированный алюминий, в котором осажденные частицы могут иметь наружные торцовые поверхности со средним размером по о крайней мере 260 А на расстоянии разделения от поверхности раздела алюминий—

645601

Продолжительность, мин

Цвет пленки

Светло-светло-бронзовый

Свет.чо-бронзовый

Розовато-лилово-серый

Серо-голубой

Зелено-серый

Коричнево-пурпурный

12.16

Кобальт сернокислый

Борная кислота

Винная кислота рН раствора

Продолжительность, мин

Цвет пленки

Бронзово-серый

Серо-голубой

Серо-зеленый желто-зеленый

Оранжево-корпчневыи

Коричнево-красный

Пурпурный

Бронзово-голубой

12

20

28

Пример 3. Анодирование алюминия проводят в электролите, содержащем

60 200 г/л серной кислоты, при температуре

20 С, напряжении постоянного тока 17—

18 В в течение 40 мин до получения пленки толщиной 15 мкм, после промывки ведут электрохимическую обработку в ра65 створе, содержашем 100 г/л йослпопной

Олово сернокислое

Никель сернокислый

Винная кислота

Аммоний сернокислый рН раствора

7,0 окись алюминия в пределах 500 — 3000 Л. о

Поры такого размера (260 — 300 А и выше) могут быть получены или посредством продолжительного анодирования в особых условиях или посредством растворения окисной пленки.

Известен способ получения окрашенной анодной пленки на алюминии, включающий анодирование в электролите на основе серной кислоты, электрохимическую обработку в кислом растворе (серная кислота) переменным током и электрохимическое окрашивание в электролите, содержащем соль металла, например никеля (11, Однако по данному способу получают тона в диапазоне золотой — бронзовый —" черный в зависимости от времени обработки, при этом глубина пигментных отложений возрастает с увеличением времени обработки. Кроме того, применение переменного тока в электрохимической обработке не приводит к увеличению размера пор окисной пленки.

С целью расширения цветовой гаммы окрашенной пленки по предлагаемому способу электрохимическую обработку ведут в растворе на основе ортофосфорной кислоты при напряжении постоянного тока

8 — 50 В, температуре 16 — 35 С в течение

4 — 20 мин.

При этом электрохимическую обработку ведут в растворе, содержащем 60—

150 г/л ортофосфорной кислоты, при напряжении 17 — 25 В, температуре 20 — 30 С в течение 4 — 20 лшн или в растворе, содержащем 60 — 150 г/л ортофосфорной кислоты и 30 — 50 г/л щавелевой кислоты, при напряжении 17 — 25 В, температуре 30 — 35 С в течение 8 — 12 мин.

Пример 1. Сплав алюминия и силицида магния обезжиривают щелочным раствором, травят в 10%-ном растворе гидроокиси натрия при температуре 60 С в течение 10 мин, удаляют травильный шлам, анодируют постоянным током в растворе серной кислоты (1652 г/л) при температуре 20 С, плотности тока 1,5 А/дмз, напряжении 17 В в течение 30 мин для получения пленки толщиной 15 мкм, затем проводят электрохимическую обработку в растворе, содержащем 120 г/л фосфорной кислоты и 30 г/л щавелевой кислоты, при температуре 32 С, напряжении постоянного тока 25 В в течение 8 мин. После чего полученную пленку окрашивают переменным током при напряжении 15 В в растворе, содержащем, г/л:

Ниже приведена зависимость цвета пленки от продолжительности окрашивания.

Пример 2. Анодирование сплава алюминия и силицида магния ведут согласно примеру 1, затем проводят электрохимическую обработку постоянным током при температуре 25 С, напряжении 20 В в растворе, содержащем 120 г/л фосфорнои кислоты. После чего проводят электрохимическое окрашивание переменным током при напряжении 9 В в растворе, содержащем, г/л:

6,0 !

Зависимость цвета пленки от продолжительности окрашивания приведена ниже.

645601

Размер частиц, А

Продолжительность, мин

Напряжение, В

216

298

312

308

299

429

201

733

2

4

2

10

40 кислоты, при температуре 16 С, напря>кении 40 В в течение 13 мин. Затем проводят электрохимическое окрашивание переменным током при напряжении 20 В в течение

5 мин в растворе, содер>кащем, г/л:

Гептагидрит сульфата никеля 100

Борная кислота 50

Сульфат алюминия 30 рН раствора 5

В этом случае получают глубокий сероголубой цвет.

Во всех случаях полученные цвета являются цветами интерференционного типа.

В доказательство этого проводят следующий эксперимент.

Цветную окисную пленку, полученную по предлагаемому способу, удаляют без повреждения с алюминиевой подложки и исследуют окисную пленку посредством переданного света. В этом случае светлые интерференционные цвета исчезают и виден только тусклый бронзовый цвет, от поверхности алюминия свет не рассеивается и не отмечается интерференция между этим светом и светом, рассеянным от поверхности осажденных частиц. Наблюдаются лишь обычные эффекты рассеяния н поглощения. Если же снова осадить слой алюминия на первоначальный раздел окись — алюминий, то вновь появятся яркие интерференционные цвета. Если же эту же операцию выполняют с пленкой, окрашенной по известному способу, то ее цвет значительно не изменяется.

Как уже указывалось выше, для получения цвета пленки интерференционного типа важным является размер осажденных частиц.

Исследование под электронным микроскопом показывает, что диаметр пор в средней части толщины пленки значительно меньше размера частиц, расположенных в увеличенной части основания поры.

Размер частиц в зависимости от напряжения и времени осаждения в растворе, согласно примеру 2 представлен в таблице.

Интерференционные цвета пе наблюдаются лишь при размерах частиц меньше

1 о

260 А, а именно: 201 и 216 A.

5

Таким образом, для обеспечения возмо>кности получения широкого ряда интерференционных цветов электрохимическую обработку необходимо вести в таких услоо виях, когда диаметр поры больше 260 А, о в пределах расстояния 500 — 3000 А от поверхности раздела алюминий — окись алюминия.

Формула изобретения

1. Способ получения окрашенной анодной пленки на алюминии, включающий анодирование в электролите на основе серной кислоты, электрохимическую обработку в кислом растворе и электрохимическое окрашивание в электролите, содер>кащем соль металла, например никеля, î гл и ч а ю щи йс я тем, что, с целью расши30 рения цветовой гаммы окрашенной пленки, электрохимическую обработку ведут в растворе на основе ортофосфорной кислоты при напряжении постоянного тока 8 — 50 В, температуре 16 — 35 С в течение 4 — 20 аин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрохимическую обработку ве40 дут в растворе, содержащем 60 — 150 г/,z ортофосфорной кислоты, при напряжении

17 — 25 В, температуре 20 — 30 С в течение

4 — 20 мин.

45 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что электрохимическую обработку ведут в растворе, содержащем 60 — 150 г/л ортофосфорной кислоты и 30 — 50 г/л щавелевой кислоты, при напряжении 17 — 25 В, температуре 30 — 35 С в течение 8 — 12 мин.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3634208, кл. 204-35, 1072.