DE3142488C2

DE3142488C2 -

Info

Publication number: DE3142488C2
Application number: DE19813142488
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-10-27
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1988-09-15
Also published as: DE3142488A1

Description

Eine Methode zur elektrolytischen Aufrauhung von Aluminium oberflächen wird bevorzugt angewendet für die Produktion von lithographischen Druckplatten, Elektrolytkondensatoren oder andere Anwendungsgebiete bei denen auf der Aluminium oberfläche eine feinkörnige Struktur erzeugt wird, wobei das Aluminium in wäßrige Elektrolytlösungen getaucht wird und ein variabler Wechselstrom ein konstantes kathodisches Potential auf der Aluminiumoberfläche erzeugt.

Diese Erfindung erstreckt sich auf eine Methode zur Aufrauhung von Aluminiumoberflächen. Ausführlicher gesagt, diese Erfin dung beinhaltet eine Methode, um die Oberfläche von Aluminium, das für lithografische Druckplatten, Elektrolytkondensatoren und andere Anwendungsbereiche in der Oberflächenbearbeitung von Aluminium benötigt wird, mit einer feinen, gleichmäßigen Aufrauhung zu versehen. Die Methode umfaßt die Verarbeitung von Aluminiumplatten oder Bändern in einer wäßrigen elektroly tischen Lösung mittels einer variablen Wechselstromdichte. Der Wechselstrom ist insofern variabel, als er durch eine sich ergebende Potentialänderung geregelt wird. Bei der Messung des Potentials wird der reine Gleichspannungsanteil gemessen und für die Steuerung des Wechselstromes verwendet.

In der Herstellung von lithographischen Druckplatten wurde festgestellt, daß es vorteilhaft ist, Aluminium oder Aluminium legierungen als Basisträger zu verwenden. Zusätzlich wurde herausgefunden, daß die zufriedenstellenden lithographischen Aluminiumplatten dann erhalten werden, wenn das Aluminium oder der aluminiumlegierte Basisträger eine gleichmäßig gekörnte rauhe Oberfläche hat. Ehemals wurde eine Vielzahl von Methoden angewandt, um, einschließlich mechanischer und elektrochemischer Prozesse, eine gekörnte Oberfläche der Aluminiumbasisträgerplatte zu erzielen.

Die mechanische Aufrauhung zur Behandlung von Aluminiumplatten, z. B. durch Drahtbürstung, resultiert in einer gebürsteten Oberfläche, die relativ ungleichmäßig ist, und viele Anwen dungen im lithographischen Druck ergeben keine zufriedenstel lenden Ergebnisse. Außerdem ist bekannt, daß elektrolytisch gekörntes Aluminium eine gleichmäßigere Aufrauhung der Alu miniumoberfläche besitzt. Es wurden verschiedene Methoden zur elektrolytischen Aufrauhung von Aluminiumplatten angewandt und veröffentlicht, z. B. durch US-PS 30 72 546, US-PS 30 73 765 und US-PS 39 80 539 und FR-PS 21 10 257.

In der US-PS 39 80 539 ist ein Verfahren zur gleichmäßigen, feinkörnigen elektrolytischen Aufrauhung von Al-Oberflächen beschrieben, bei dem das Werkstück in eine wäßrige HCl-Lösung getaucht und mit Wechselspannung und Stromdichten von 1000-4000 A/m² aufgerauht wird. Das Gleichspannungspotential der Werkstücke ist nicht spezifiziert.

In der GB-PS 20 53 272 wird ein Verfahren zum elektrolytischen Aufrauhen von Al-Platten für lithographischen Druck in einem wäßrigen, sauren Bad, insbesondere einer Lösung mit 0,5-5% HCl beschrieben, bei dem eine Wechselspannung mit Phasenan schnittsteuerung so eingesetzt wird, daß eine mit Wechsel spannung überlagerte Gleichspannung resultiert, deren Wert von der Form der Wechselspannung automatisch geregelt wird.

Bei allen diesen Patenten wird mit einer während des gesamten Ätzvorganges konstanten Stromdichte gearbeitet.

Bei früheren Patenten wurde festgestellt, daß, obwohl der Prozeß sorgfältig kontrolliert wurde, die aufgerauhte Ober fläche Lochfraß hat, grob, unregelmäßig und streifig ist, Eigenschaften, die bei lithographischen Druckplatten nicht wünschenswert sind.

Um die gewünschten gleichmäßigen streifenfreien Topographien in der aufgerauhten Oberfläche zu erhalten, war es bei den früheren Patenten erforderlich, viele der Prozeßparameter zu kontrollieren, wie z. B. Elektrolytkonzentrationen (Säure + Aluminium), Temperatur und die Stromstärke in Abhängigkeit der Größe der Platten oder des Bandes. Badzusätze der ver schiedensten Art oder Mischsäuren wirken sich zwar positiv auf die Oberflächenstruktur aus, haben aber den Nachteil, daß die Badkontrolle schwieriger und aufwendiger wird.

Die o. g. Nachteile der bekannten Prozesse galt es zu beseitigen und ein, für einen modernen Produktionsbetrieb rationelleres Verfahren zu entwickeln.

Es wurde nun eine Methode zur elektrolytischen Aufrauhung der Aluminiumoberfläche gefunden in der Art, daß Platten mit einer sehr feinen, gleichmäßigen, streifenfreien Oberfläche erzeugt werden, was in der Produktion von lithographischen Druckplatten sehr wünschenswert ist. Es kann ohne Badzusätze und ohne Mischsäuren gearbeitet werden, was sich positiv auf eine Regeneration des Elektrolyten über Ionenaustauscher auswirkt. Weiterhin können die Prozeßparameter bei diesem Verfahren in weiteren Grenzen variieren, ohne die Topographie des Produktes zu beeinträchtigen. Anstatt der Kontrolle einer Vielzahl von Parametern, bedarf es bei dieser Erfindung nur der Kontrolle eines Parameters. Ausführlicher gesagt besteht der Prozeß dieser Erfindung aus der elektrolytischen Auf rauhung von Aluminiumplatten oder Bändern in einer wäßrigen elektrolytischen Lösung durch Anwendung von variablem Wechsel strom, der durch das sich einstellende Gleichspannungspotential auf der Aluminiumoberfläche automatisch geregelt wird. Die da bei erzielte Oberfläche ist gleichmäßig, fein, streifenfrei und frei von Lochfraß, wenn das Gleichspannungspotential über die gesamte Ätzdauer durch den Wechselstrom auf einem konstanten Wert gehalten ist.

Anders als bei früheren Patenten, wo viele Parameter, auch in Form von chemischen Analysen, sorgfältig kontrolliert werden mußten, um eine gleichmäßige Topographie zu erzielen, benötigt der jetzige Prozeß nur die Kontrolle eines Parameters, des kathodischen Gleichspannungspotentials der Aluminiumoberfläche. Dieses kann sehr einfach über eine Bezugselektrode, die in die Nähe der Aluminiumoberfläche gebracht wird, gemessen und über ein Meßinstrument angezeigt werden. Weiterhin kann diese Meß größe für die automatische Regelung des Wechselstromes weiter verarbeitet werden. Die anderen Parameter, die schwieriger zu kontrollieren sind, können in weiteren Grenzen variieren, ohne die aufgerauhte Oberfläche zu verändern.

Die für die lithographische Produktion von Druckplatten verwen deten Aluminiumsorten und -legierungen können mit dieser Er findung erfolgreich verarbeitet werden. Es gehören hierzu z. B. die Aluminiumqualitäten Nr. 3003, Nr. 1100 und Nr. 1050, die in der Industrie allgemein bekannt sind.

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird das Ruhepotential der Aluminiumfläche in einer wäßrigen Elektrolytlösung mit einem Wechselstrom in kathodischer Richtung verändert und auf einen bestimmten Wert konstant gehalten. Das optimale Potential für eine bestimmte Oberfläche wird erreicht, indem man Proben des Materials in eine Elektrolytlösung taucht und sie einem variablen Wechselstrom aussetzt, in der Art, daß das kathodische Gleichspannungspotential während der gesamten Ätzzeit konstant bleibt. Nachdem das kathodische Potential eingestellt ist, um die gewünschte Topographie zu erreichen, wird es dann im Sinne der Erfindung verwendet. Es wurde herausgefunden, daß die besten Resultate erreicht werden, wenn das kathodische Potential in einem Bereich von etwa -0,9 bis -1,6 V konstant gehalten wird. Bevorzugt wird ein Potential, das bei -1,5 V konstant gehalten wird, gemessen gegen eine gesättigte Ag/AgCl Bezugselektrode.

Das elektrolytische Bad kann aus allen bekannten Elektrolyten bestehen, die bei der elektrolytischen Aufrauhung von litho graphischen Platten bekannt sind, wie z. B. Salzsäure und andere Chloride, wie beschrieben in der US-PS 39 35 080; Salzsäure + Gluconsäure, beschrieben in der US-PS 39 63 594; und Salzsäure + Salpetersäure, beschrieben in der US-PS 40 72 589.

Ein bevorzugter Elektrolyt besteht aus einer wäßrigen Lösung von Salzsäure, wobei die Konzentration der Salzsäure zwischen 0,85 und 5 Gew.-% liegt. Am besten geeignet ist eine HCL-Kon zentration in einem Bereich von 1,25 bis 1,75 Gew.-%. Badzusätze bzw. Mischsäuren sind nicht erforderlich. Dies erleichtert die Badkontrolle und das Recyclen von mit Aluminium verunreinigten Säuren.

Die besten Ergebnisse dieses elektrolytischen Aufrauhungsprozesses werden erreicht, wenn die Wechselstromdichte in Abhängigkeit des konstanten kathodischen Potentials zwischen 700 und 5000 A/m² variiert. Die Elektrolyttemperaturen können sich im Bereich von 25 bis 60°C bewegen, wobei bevorzugt der Bereich von 30 bis 35°C benutzt wird. Die Prozeßdauer beträgt ca. 60-150 Sekunden.

Wenn es erforderlich ist, kann die Topographie der Oberfläche zusätzlich modifiziert werden, indem das kathodische Potential während des Prozesses verändert wird, man spricht dann von einem konstanten Potential mit Potentialsprung.

Vor dem elektrolytischen Aufrauhungsprozeß wird die Oberfläche durch konventionelle Techniken behandelt, um Oberflächenoxide und andere Fremdmaterialien zu entfernen. Dies wird z. B. durch eine Vorätzung der Oberfläche in alkalischer Lösung mit an schließender Dekapierung erreicht.

Der elektrolytische Aufrauhungsprozeß dieser Erfindung kann teilkontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden, indem man Platten, Folien oder Endlosbänder von Facharbeitern bear beiten läßt. Während des benötigten Zeitraumes für den Ablauf des Prozesses dieser Erfindung, der entsprechend den durch Facharbeiter gewählten Prozeßbedingungen variieren kann, wurde herausgefunden, daß zufriedenstellende Ergebnisse in einem Zeit raum von 90-150 Sekunden erreicht werden können.

Der Prozeß, entsprechend dieser Erfindung, kann ebenso bei an deren Metallen, wie z. B. Kupfer, durch einfache Änderung des Po tentials zur Erreichung einer gewünschten Topographie benutzt werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

1. Beispiel

Ein Stück Aluminiumblech von 0,25 mm Dicke wurde in einer alkalischen Lösung aus Natronlauge mit einer Konzentration von 100 g/l und einer Temperatur von 60°C über einen Zeitraum von 20 Sekunden vorgeätzt. Nach der Spülung wurde die Platte dekapiert, indem sie 20 Sekunden lang in ein Bad mit 3 Gew.-% Natriumbisulfat bei 60°C getaucht wurde. Danach wurden die Platten wiederum gespült und dann in das elektrolytische Auf rauhungsbad mit 1,25 Gew.-% wäßriger Salzsäure und einer Tem peratur von 35°C getaucht und bei einem konstanten kathodischen Potential über einen Zeitraum von 150 Sekunden aufgerauht.

Während des Prozesses variierte der Wechselstrom zwischen 3500 und 1000 A/m², wobei das kathodische Potential der Ober fläche konstant auf -1,5 V gehalten wurde, gemessen gegen die Ag/AgCl Bezugselektrode.

Nach der Spülung wurde die Probe in einer Phosphorsäure von 300 g/l bei 80°C über einen Zeitraum von 30 Sekunden nach geätzt.

Nach einer weiteren Spülung und der Trocknung der Probe, zeigten die REM-Aufnahmen eine gleichmäßig streifenfreie Oberfläche Bild 1 (Vergrößerung 600×) und Bild 2 (Ver größerung 2000 × ).

2. Beispiel

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt und lediglich das Potential wurde auf -1,4 V, gemessen gegen die Ag/AgCl Be zugselektrode, konstant gehalten.

Die Oberflächenstruktur zeigt Bild 3 (Vergrößerung 600 × ) und Bild 4 (Vegrößerung 2000 × ).

Die Bilder zeigen deutlichen Lochfraß.

3. Beispiel

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde wiederholt und lediglich das Potential wurde auf -1,3 V, gemessen gegen die Ag/AgCl Bezugs elektrode, konstant gehalten. Die Oberflächenstruktur zeigt Bild 5 (Vergrößerung 600 × ) und Bild 6 (Vergrößerung 2000 × ).

Die gleiche Oberflächenstruktur wie die Bilder von Beispiel 3 zeigen, werden erreicht, wenn mit einem konstanten Wechselstrom gearbeitet wird.

Die Oberfläche ist zwar fein und gleichmäßig aufgerauht, jedoch sind deutlich Kanalbildungen zu erkennen, die bei lithographischen Platten unerwünscht sind.

Claims

1. Verfahren zum gleichmäßigen elektrolytischen Aufrauhen von Metalloberflächen unter Einwirkung von Wechselstrom, bei dem die zu bearbeitenden Metalle in einen wäßrigen Elektrolyten getaucht werden, dadurch gekennzeichnet, daß an der Metalloberfläche durch Variieren der Wechselstrom dichte ein konstantes kathodisches Gleichspannungspotential aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausbildung einer bestimmten Oberflächenstruktur das kathodische Gleichspannungspotential auf einem bestimmten Wert konstant gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Gleichspannungspotentials Bezugs elektroden verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Aluminium verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das kathodische Gleichspannungspotential im Bereich von -0,9 bis -1,6 V, gemessen gegen eine Silber/Silberchlorid Bezugselektrode gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kathodische Gleichspannungspotential bei -1,5 V konstant gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein wäßriger Elektrolyt mit 0,85 bis 5,0 Gew.-% Salz säure verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Gleichspannungspotentiale zur Regelung des Wechselstromes verwendet werden.