EP3553208A1 - Verfahren zum herstellen eines aluminiumbauteils mit einer farbigen oberfläche - Google Patents

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EP3553208A1
EP3553208A1 EP18166369.1A EP18166369A EP3553208A1 EP 3553208 A1 EP3553208 A1 EP 3553208A1 EP 18166369 A EP18166369 A EP 18166369A EP 3553208 A1 EP3553208 A1 EP 3553208A1
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EP
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salt
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aluminum
electrolyte
electrolysis
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EP18166369.1A
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Holger Olaf STAUSBERG
Marco Sindermann
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Rich Steinebach & Co KG GmbH
Plasman Europe AB
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Rich Steinebach & Co KG GmbH
Dura Operating LLC
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an aluminum component having a colored surface, wherein in the method, the surface of the component is anodized and a coloring component is applied by means of electrolysis. Furthermore, the invention relates to a component made of aluminum with a colored surface, which was produced by the method.
  • Aluminum and aluminum alloy components are widely used in the automotive field, for example in automotive bodies and also in decorative components, such as automotive components. Trims.
  • the surface of the aluminum is usually first provided by anodic oxidation with an oxidic protective layer (anodizing process). Subsequently, the oxide layers formed can be colored, for example with organic or inorganic dyes.
  • the organic dyes have the disadvantage that they are not UV-stable, so that the surface is visually unsightly after some time.
  • the electrolytic dyeing is the electrolytic dyeing (Colinalphallose).
  • the electrolyte contains a coloring metal salt, usually tin (II) sulfate.
  • II tin
  • the metal ions penetrate into the pores of the layer and the pores filled with metal cause a light-fast coloration through uptake and scattering effects.
  • the disadvantage is that an intensive and uniform coloration can be achieved only with relatively high layers of over 12 microns. Because of the different expansion coefficient between the metal of the component and the overlying layers, especially at high temperatures, the applied layers flake off and the corrosion resistance of the metal deteriorates.
  • the aluminum components are often powder-coated.
  • the disadvantage is that especially at corners and edges, the powder-coated paint peels off quickly.
  • the powder coating does not show the typical metal surface that many customers want.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for producing an aluminum component with a colored surface, which is able to produce a stable and UV-resistant colored layer with a large color depth. Another object is to provide a component with such a colored layer, which is in particular part of a motor vehicle and particularly preferably part of the body of a motor vehicle or an attachment for attachment to the body of a motor vehicle.
  • the combination of two or more metal salts in the electrolytic dyeing of anodized layers makes it possible to obtain a density and color-intensive coloring on the aluminum surface.
  • the layers are relatively thin, so that the difference in the expansion coefficient of the coating and the metal at high temperatures or even at low temperatures barely noticeable and the coating remains essentially intact.
  • the new method is particularly suitable for coloring aluminum components of all kinds, wherein the term aluminum component and components or other parts made of aluminum and aluminum alloys are to be understood.
  • Components may be in particular a component of a motor vehicle and particularly preferably part of the body of a motor vehicle or an attachment for attachment to the body of a motor vehicle.
  • the aluminum component is anodized in a first process step.
  • the anodization can be done in a known manner.
  • Anodizing forms an oxidic protective layer on the aluminum surface.
  • This layer is finely crystalline and has pores, which absorb the coloring substance in the next step.
  • This coloring layer is applied in the next step by means of electrolysis.
  • the electrolyte contains, as one component, an Sn salt in combination with a salt of a further bivalent metal.
  • the above-mentioned divalent metal salt is preferably selected from salts of Ni, Co, Cu, Mn and / or Fe. Suitable are all water-soluble salts, in particular halides and sulfates. It has been found that with a combination of an Sn salt and a further metal salt, even at a relatively low layer thickness, a dense colored layer can be produced.
  • a particularly preferred combination is the use of a Sn (II) salt with a Ni (II) salt, in particular the use of SnSO4 and NiSO4.
  • the two salts are added to the electrolyte in a manner known per se.
  • the Sn salt is preferably present in the electrolyte or in the electrolyte solution in a concentration of 0.1 to 15 g / L.
  • the concentration of the further metal salt is preferably between 2 to 200 g / l. Particularly good results in terms of color depth and stability are achieved when the Sn salt is present in an amount between 1 and 10 g / L and the other salt in an amount between 30 and 150 g / L in the electrolyte.
  • the Sn salt and the further metal salt are preferably present in a weight ratio of between 1:20 and 1: 200, in particular between 1:30 to 1: 100.
  • the coloring electrolysis can be carried out in a known manner, preferably AC voltage is applied.
  • the electrolyte contains, as further components, sulfuric acid, ferrous sulfate, sulfophthalic acid, sulfosalicylic acid.
  • the pH of the electrolyte is preferably between above 1, in particular ⁇ 1 to 2.
  • the electrolysis is preferably carried out at temperatures from room temperature to slightly elevated temperature to about 22 ° C. Usually, the electrolytic dyeing is done with AC voltage.
  • a particular advantage of the present invention is that by combining two or more metal salts, a colored surface having a deep coloration can be obtained.
  • the layer thickness of this electrolytically applied layer is preferably between 6 and 11 .mu.m, in particular between 6 and 10 .mu.m.
  • the small layer thickness has the further advantage that the electrolysis can be carried out in a much shorter time than by the methods known from the prior art, so the process duration of the electrolytic coloring could be reduced by 30%.
  • An aluminum component anodized according to the prior art method was placed in an electrolytic bath.
  • the electrolyte contained 5 g / l, sulfuric acid, 100 g / l nickel sulfate * 6H20 1.7 g / l ferrous sulfate, stannous sulfate 2 g / l, sulfophtalic acid SSA 15 g / l the temperature was 20 ° C.
  • an alternating voltage of 15-18V was applied.
  • the electrolysis was carried out for a period of 10 minutes.
  • the component was removed from the electrolysis bath, rinsed and introduced in a known manner in a VE hot water compression 15 min.
  • the anodized layer was compacted here by the incorporation of water and the associated volume expansion.
  • the component from the electrolysis is subjected to the sol-gel process in a final process step, wherein a coating having a layer thickness of 2.5 microns was applied.
  • FIG. 1 a coating which can be prepared by the process according to the invention.
  • the coloring component is deposited by electrolysis, the electrolyte being a salt solution of an Sn salt and another divalent metal salt.
  • the electrolyte being a salt solution of an Sn salt and another divalent metal salt.
  • An anodized layer containing alumina and the two metals deposited during the electrolysis is obtained.
  • a cover layer is applied by means of a sol / gel process.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumbauteils mit einer farbigen Oberfläche beansprucht, welches die Schritte Eloxieren der Oberfläche des Bauteils und Aufbringen der farbgebenden Komponente mittels Elektrolyse umfasst.Das neue Verfahren ist dadurch charakterisiert, dass der Elektrolyt ein Sn-Salz und ein weiteres Salz eines zweiwertigen Metalls enthält. Durch die Kombination von zwei oder mehreren Metallsalzen bei der elektrolytischen Färbung von Eloxalschichten können eine dichte und farbintensive Färbung auf der Aluminiumoberfläche erhalten werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumbauteils mit einer farbigen Oberfläche, wobei bei dem Verfahren die Oberfläche des Bauteils eloxiert und mittels Elektrolyse eine farbgebenden Komponente aufgebracht wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil aus Aluminium mit einer farbigen Oberfläche, das nach dem Verfahren hergestellt wurde.
  • Bauteile aus Aluminium und Aluminiumlegierungen finden im Automobilbereich eine breite Anwendung, beispielsweise in Kfz-Karosserien und auch bei dekorativen Bauteilen, wie z.B. Zierleisten. Die Oberfläche des Aluminiums wird in der Regel zunächst durch anodische Oxydation mit einer oxydischen Schutzschicht versehen (Eloxalverfahren). Anschließend können die gebildeten Oxydschichten gefärbt werden, beispielsweise mit organischen oder auch anorganischen Farbstoffen. Die organischen Farbstoffe haben den Nachteil, dass sie nicht UV-stabil sind, so dass die Oberfläche nach einiger Zeit optisch unansehnlich ist.
  • Ein weiteres Verfahren zum Anfärben der Oxydschichten ist das elektrolytische Färben (Colinalverfahren). Der Elektrolyt enthält ein färbendes Metallsalz, in der Regel Zinn(II)-Sulfat. Bei diesem Verfahren dringen die Metallionen in die Poren der Schicht ein und die mit Metall gefüllten Poren verursachen durch Aufnahme- und Streueffekte eine lichtechte Färbung. Mit dem elektrolytischen Färben können viele Farbtöne erzielt werden, nachteilig ist, dass eine intensive und gleichmäßige Färbung nur mit relativ hohen Schichten von über 12 µm erzielt werden können. Wegen des unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Metall des Bauteils und der darüber liegenden Schichten kommt es insbesondere bei hohen Temperaturen dazu, dass die aufgebrachten Schichten abplatzen und die Korrosionsbeständigkeit des Metalls sich verschlechtert.
  • Anstelle der elektrolytischen Färbung werden die Aluminiumbauteile vielfach auch pulverbeschichtet. Nachteilig ist, dass insbesondere an Ecken und Kanten die pulverbeschichtete Farbe schnell abplatzt. Darüber hinaus zeigt die Pulverbeschichtung nicht die typische Metalloberfläche, die viele Kunden wünschen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumbauteils mit einer farbigen Oberfläche zu schaffen, das eine stabile und UVresistente farbige Schicht mit einer großen Farbtiefe zu erzeugen vermag. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Bauteil mit einer solchen farbigen Schicht zu schaffen, das insbesondere Teil eines Kraftfahrzeuges und besonders bevorzugt Teil der Karosserie eines Kraftfahrzeuges oder ein Anbauteil zum Befestigen an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges ist.
  • Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bezüglich des Verfahrens durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Bezüglich des Bauteils wird die Aufgabe durch ein Bauteil nach Anspruch 11 gelöst.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumbauteils mit einer farbigen Oberfläche, welches insbesondere die Schritte umfasst:
    • Eloxieren der Oberfläche des Bauteils,
    • Aufbringen der farbgebenden Komponente mittels Elektrolyse, und das
      wobei
    • der Elektrolyt ein Sn-Salz und ein weiteres Salz eines zweiwertigen Metalls enthält.
  • Erfindungsgemäß wurde überraschend festgestellt, dass durch die Kombination von zwei oder mehreren Metallsalzen bei der elektrolytischen Färbung von Eloxalschichten eine Dichte und farbintensive Färbung auf der Aluminiumoberfläche erhalten werden kann. Die Schichten sind dabei relativ dünn, so dass sich der unterschiedliche Ausdehnungskoeffizient der Beschichtung und des Metalls bei hohen Temperaturen oder auch bei niedrigen Temperaturen kaum bemerkbar macht und die Beschichtung im Wesentlichen unversehrt bleibt.
  • Das neue Verfahren eignet sich insbesondere zum Einfärben von Aluminiumbauteilen aller Art, wobei unter dem Begriff Aluminiumbauteil auch Bauteile oder sonstige Teile aus Aluminium und Aluminiumlegierungen zu verstehen sind. Bauteile können insbesondere Bauteil eines Kraftfahrzeuges und besonders bevorzugt Teil der Karosserie eines Kraftfahrzeuges oder ein Anbauteil zum Befestigen an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges sein.
  • Das Aluminiumbauteil wird in einem ersten Verfahrensschritt eloxiert. Das Eloxieren kann in sich bekannter Weise erfolgen. Durch das Eloxieren bildet sich auf der Aluminiumoberfläche eine oxydische Schutzschicht. Diese Schicht ist feinkristallin und weist Poren auf, die im nächsten Schritt die farbgebende Substanz aufnehmen. Diese farbgebende Schicht wird im nächsten Verfahrensschritt mittels Elektrolyse aufgebracht. Der Elektrolyt enthält erfindungsgemäß als eine Komponente ein Sn-Salz in Kombination mit einem Salz eines weiteren zweiwertigen Metalls.
  • Das oben genannte zweiwertige Metallsalz ist vorzugsweise ausgewählt aus Salzen von Ni, Co, Cu, Mn und/oder Fe. Geeignet sind alle wasserlöslichen Salze, insbesondere Halogenide und Sulfate. Es wurde festgestellt, dass mit einer Kombination aus einem Sn-Salz und einem weiteren Metallsalz bereits bei einer relativ geringen Schichtdicke eine dichte farbige Schicht erzeugt werden kann.
  • Besonders vorteilhalft ist, dass auch eine schwarze Farbschicht erhalten werden kann. Eine besonders bevorzugte Kombination ist die Verwendung eines Sn(II)-Salzes mit einem Ni(II)-Salz, insbesondere die Verwendung von SnSO4 und NiSO4.
  • Die beiden Salze werden ein in sich bekannter Weise dem Elektrolyten zugesetzt. Das Sn-Salz liegt im Elektrolyten bzw. in der Elektrolytlösung vorzugsweise in einer Konzentration von 0,1 bis 15g/L vor. Die Konzentration des weiteren Metallsalzes liegt vorzugsweise zwischen 2 bis 200 g/l. Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Farbtiefe und Stabilität werden erreicht, wenn das Sn-Salz in einer Menge zwischen 1 und 10 g/L und das weitere Salz in einer Menge zwischen 30 und 150 g/L im Elektrolyten vorliegt. Das Sn-Salz und das weitere Metallsalz liegen vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis zwischen 1:20 und 1:200, insbesondere zwischen 1:30 bis 1:100, vor.
  • Die farbgebende Elektrolyse kann in ein sich bekannter Weise durchgeführt werden, vorzugsweise wird Wechselspannung angelegt. Der Elektrolyt enthält als weitere Komponenten, Schwefelsäure Eisen(II)-sulfat, Sulfophtalsäure, Sulfosalicylsäure. Der pH-Wert des Elektrolyten liegt vorzugsweise zwischen über 1, insbesondere <1 bis 2. Die Elektrolyse wird vorzugsweise bei Temperaturen von Raumtemperatur bis leicht erhöhter Temperatur bis ca. 22°C durchgeführt. Üblicherweise erfolgt das elektrolytische Färben mit Wechselspannung.
  • Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die Kombination von zwei oder mehreren Metallsalzen eine farbige Oberfläche mit einer tiefen Färbung erhalten werden kann. Die Schichtdicke dieser elektrolytisch aufgebrachten Schicht liegt vorzugsweise zwischen 6 und 11 µm, insbesondere zwischen 6 und 10 µm. Die geringe Schichtdicke hat den weiteren Vorteil, dass die Elektrolyse in sehr viel kürzerer Zeit durchgeführt werden kann als nach den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, so konnte die Verfahrensdauer der elektrolytischen Färbung um 30% reduziert werden.
    • Durchführen der Elektrolyse
  • Ein nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren eloxiertes Aluminiumbauteil wurde in ein Elektrolysebad gegeben. Der Elektrolyt enthielt 5g/l, Schwefelsäure, 100g/l Nickelsulfat*6H20 1,7 g/l Eisen(II)-sulfat, Zinn(II)-sulfat 2g/l, Sulfophtalsäure SSA 15g/l die Temperatur betrug 20°C. Zur Durchführung der Elektrolyse wurde eine Wechselspannung von 15-18V angelegt. Die Elektrolyse wurde über einen Zeitraum von 10 Minuten durchgeführt. Anschließend wurde das Bauteil dem Elektrolysebad entnommen, gespült und in bekannter Weise in eine VE-Heißwasserverdichtung 15min eingebracht. In bekannter Weise wurde hier die Eloxalschicht durch die Einlagerung von Wasser und der damit verbundenen Volumenerweiterung verdichtet.
  • Das Bauteil aus der Elektrolyse wird in einem abschließenden Verfahrensschritt dem Sol-Gel-Verfahren unterzogen, wobei eine Beschichtung mit einer Schichtdicke von 2,5 µm aufgebracht wurde.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
  • In der Zeichnung zeigt Figur 1 eine Beschichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann.
  • Auf einer eloxierten Aluminiumoberfläche wird die farbgebende Komponente mittels Elektrolyse abgeschieden, wobei der Elektrolyt eine Salzlösung aus einem Sn-Salz und einem weiteren zweiwertigen Metallsalz ist. Es wird eine anodisierte Schicht erhalten, die Aluminiumoxid sowie die beiden während der Elektrolyse abgeschiedenen Metalle enthält. Anschließend wird eine Deckschicht mittels eines Sol/Gel-Prozesses aufgebracht.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumbauteils mit einer farbigen Oberfläche, welches die Schritte umfasst:
    µ Eloxieren der Oberfläche des Bauteils,
    • - Aufbringen der farbgebenden Komponente mittels Elektrolyse,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Sn-Salz und ein weiteres Salz eines zweiwertigen Metalls enthält.
  2. Verfahren Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Salz ausgewählt ist aus Salzen von Ni, Co, Cu, Mn und/oder Fe.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sn-Salz und das weitere Salz in Form der Sulfate eingesetzt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sn-Salz im Elektrolyt in einer Konzentration von 0,1 bis 15 g/L vorliegt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Salz in einer Konzentration von 2 bis 200g/l vorliegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sn-Salz und das weitere Salz im Elektrolyt in einem Verhältnis von 1:20 bis 1:200.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet der Elektrolyt einen pH-Wert von <1 bis 2 aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil in einem nachgelagerten Verfahrensschritt mit einer Sol-/Gel-Beschichtung versehen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine schwarze Oberfläche hergestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytisch aufgebrachte Schicht eine Dicke von 6 bis 11 µm, vorzugsweise von 6 bis 10 µm, aufweist.
  11. Bauteil aus Aluminium, welches eine schwarze Oberfläche aufweist und mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt wurde.
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