Eloxieren von Aluminium: Die Grundlagen

 

Begriffe und Konzepte

Was ist Eloxieren?

Anodisieren ist ein Verfahren zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit eines Metallprodukts durch Bildung einer Oxidschicht auf seiner Oberfläche.. Produkt, was verarbeitet wird, ist die Anode in diesem elektrolytischen Prozess. Eloxieren erhöht die Oberflächenbeständigkeit des Produkts gegen Korrosion und Verschleiß, und bietet auch eine bessere Haftung für Farben und Klebstoffe, als nur blankes Aluminium.

Anodische Beschichtungen können auch als dekorative Beschichtungen oder als poröse Beschichtung verwendet werden, die verschiedene Farbstoffe aufnehmen können, oder als Klarlack, die bei Lichtreflexion Interferenzeffekte erzeugen. Solche Interferenzschichten werden verwendet, z.B, an Fahrrädern oder Fahrradbekleidung, damit sie nachts gut zu sehen sind.

So funktioniert Eloxieren

Der Prozess der Herstellung dieser schützenden Oxidschicht ist elektrolytisch. Metallprodukt, auf dem die anodische Beschichtung hergestellt werden soll (normalerweise Aluminium), wird in ein Bad mit einer Elektrolytlösung getaucht. Kathoden werden im gleichen Bad installiert., normalerweise an den Seiten der Badewanne. Fließt elektrischer Strom durch eine saure Lösung, wird an der Kathode Wasserstoff freigesetzt., und Sauerstoff an der Anode. Dies führt zu der Tatsache, dass auf der Anode - einem Aluminiumprodukt - ein Oxidfilm zu wachsen beginnt.

Je nach Verwendungszweck der Eloxalschicht und angewendetem Eloxalverfahren kann eine Eloxalschicht mit unterschiedlichen Eigenschaften erhalten werden.. Anodische Beschichtung, die auf einem Aluminiumprodukt wachsen können, in der Lage, eine Dicke von . zu haben 100 mal mehr, als Oxidbeschichtung, die sich natürlich auf Aluminium bildet.

Da bei diesem elektrolytischen Prozess das Metallprodukt die "Anode" ist, dann wird dieser ganze prozess "eloxieren" genannt.

Eloxieren von Metall

Während auf verschiedenen Metallen, einschließlich Titan, Hafnium, Zink und Magnesium, Anodische Beschichtung kann sich auch bilden, normalerweise bedeutet Eloxieren das Eloxieren von Aluminium und seinen Legierungen.

Warum Aluminium eloxieren?

Die Popularität von Aluminium ist hauptsächlich auf seine gute natürliche Korrosionsbeständigkeit zurückzuführen.. Dies wird durch die hohe chemische Affinität von Aluminium zu Sauerstoff erreicht., das heißt, ihr großer gegenseitiger Wunsch, miteinander zu reagieren, um Aluminiumoxid zu bilden. Dieser sehr dünne Oxidfilm bedeckt sofort jede frische Aluminiumoberfläche, sobald sie mit Luft in Kontakt kommt.. In einigen Fällen ist jedoch ein höherer Schutzgrad (korrosiv oder chemisch) erforderlich., das Aussehen der Oberfläche ändern (Farbe, Textur usw.) oder erzeugen bestimmte physikalische Eigenschaften der Oberfläche (erhöhte Härte, Verschleißfestigkeit oder Haftung). Greifen Sie in solchen Fällen auf das Eloxieren von Aluminium und Aluminiumlegierungen zurück..

Bild 1 – Diagramm des Anodisierungsvorgangs

Eloxalarten

Die QUALANOD-Organisation untergliedert Aluminium eloxieren in vier Haupttypen mit unterschiedlichen Anforderungen an ihre Eigenschaften und Eigenschaften:

• architektonisches (Bau-) Eloxieren
• dekoratives Eloxieren
• industrielles Eloxieren
• hartanodisieren.

Anodische Beschichtungen werden nach ihrer Dicke in Klassen eingeteilt:

• die minimal zulässige durchschnittliche Dicke und
• minimal zulässige lokale Dicke.

beispielsweise, Klasse AA20 bedeutet, dass die durchschnittliche Dicke der Beschichtung mindestens 20 Mikrometer. Die minimale lokale Schichtdicke sollte in der Regel mindestens 80 % ab der minimalen durchschnittlichen Dicke. Für Klasse AA20 ist dies 16 Mikron.

Architektonisches Eloxieren

Das ist Eloxieren für die Herstellung von Bauprodukten, die sich ständig im Freien und im stationären Zustand befinden. Als wichtigste Eigenschaften eines eloxierten Produktes gelten das Aussehen und die lange Lebensdauer..

Bei eloxiertem Aluminium steigt der Schutzgrad von Aluminium gegen Lochfraßkorrosion mit zunehmender Dicke der Eloxalschicht. Somit, die Lebensdauer eines Architektur- oder Bauelements hängt maßgeblich von der Dicke der Eloxalschicht ab. Um jedoch eine dickere Eloxalschicht zu erhalten, ist ein deutlich höherer Verbrauch an elektrischer Energie erforderlich.. Daher wird das sogenannte „Re-Encoding“ nicht empfohlen..

Das architektonische Eloxieren hat die folgenden Klassen:

• AA10
• AA15
• AA20
• AA25

Die Wahl der anodischen Schichtdicke für äußere Aluminiumkonstruktionen hängt von der Aggressivität der Atmosphäre ab und wird normalerweise in nationalen Vorschriften festgelegt. Außerdem, einige Farbstoffe erfordern eine Dickenklasse 20 μm oder höher. Dies ist notwendig, um eine gute Porenfüllung mit Farbstoff und eine erhöhte Beständigkeit der farbigen Beschichtung gegenüber Sonnenlicht zu erreichen..

Dekorativ

Diese Art des Eloxierens von Aluminium ist für die Herstellung der dekorativen Veredelung von Produkten bestimmt.. Das wichtigste Qualitätskriterium ist ein einheitliches oder ästhetisch ansprechendes Erscheinungsbild..

Dekoratives Eloxieren ist in folgenden Standarddicken erhältlich:

• AA03
• 05
• AA10
• AA15

Industriell und solide

Das industrielle Eloxieren von Aluminium wird zur Herstellung der funktionellen Oberflächenveredelung von Produkten verwendet, wenn das Aussehen ein sekundäres Merkmal ist. Der Zweck des Hartanodisierens besteht darin, eine Beschichtung mit hoher Verschleißfestigkeit oder hoher Mikrohärte zu erhalten..

Sehr oft, z.B, in Automobil- oder Medizintechnik, das Aussehen des Produkts spielt keine Rolle, aber die wichtigste Eigenschaft ist die Verschleißfestigkeit und / oder die Fähigkeit, effizient gereinigt zu werden und hohe Hygieneanforderungen zu haben. In solchen Fällen sind es diese Eigenschaften von eloxiertem Aluminium, die die wichtigsten sind.

Wenn die Haupteigenschaft eine hohe Verschleißfestigkeit ist, es wird eine spezielle Art des Eloxierens verwendet - Harteloxieren. Es wird mit reduziertem produziert, oft negativ, Elektrolyttemperaturen

Die Dicke der Industrie- und Harteloxalschicht beträgt in der Regel von 15 zu 150 Mikron. Gewinde und Verzahnungen können bis zu beschichtet werden 25 Mikron. Um eine hohe elektrische Isolation zu erreichen, ist eine anodische Schichtdicke von 15 zu 80 Mikron. Schichtdicke 150 Mikrometer werden verwendet, um Teile zu reparieren.

Technologie

Elektrochemie

Unter Aluminiumeloxieren versteht man die elektrochemischen Prozesse zur Bildung stabiler Oxidschichten (Filme) auf der Oberfläche von Metallen.. Das Anodisieren von Aluminium und Aluminiumlegierungen kann unter Beteiligung verschiedener Elektrolyte unter Verwendung von Gleich- oder Wechselstromquellen oder deren Kombinationen erfolgen.. In diesem Fall handelt es sich um ein Aluminiumprodukt (im Folgenden der Übersichtlichkeit halber – Profil) ist immer die Anode, das heißt, es ist mit dem Pluspol der Stromquelle verbunden, und ein anderes geeignetes Metall oder eine geeignete Legierung ist die Kathode und wird mit dem Minuspol verbunden (Abbildung 1).

Anodische Beschichtungen unterscheiden sich nach den Elektrolytarten, die beim Empfang verwendet werden. Beschichtungen sind porös, z.B, in phosphor- und schwefelsauren Elektrolyten, sowie die sogenannte "Barriere" – gar keine poren. Barriereanodische Beschichtungen haben einen hohen elektrischen Widerstand und werden verwendet, z.B, bei der Herstellung von elektrischen Kondensatoren.

Anodisieren mit Schwefel

Normal, das beliebteste und am weitesten verbreitete für Aluminiumprofile im Bauwesen ist die Sulfatanodisierung von Aluminium. Diese Art der Anodisierung zeichnet sich durch eine hohe Herstellbarkeit aus und ermöglicht Beschichtungen in einem breiten Dickenbereich.. Schwefelsäureanodenbeschichtung wird ohne zusätzliche Einfärbung verwendet - sie wird farblos genannt, und mit anschließender Färbung nach einer von mehreren bekannten Methoden – es heißt farbanodisieren. Der letzte Arbeitsgang ist normalerweise immer ein Porenfüll- (oder Versiegelungs-) Arbeitsgang..

Eloxieren oder Lackieren von Aluminium

Die anodische Beschichtung mit Schwefelsäure entsteht durch die "Reaktion" von Aluminium mit Ionen einer Schwefelsäurelösung. Es braucht mehr Volumen, als das Original-Aluminium und daher kommt es durch das Eloxieren zu einer Zunahme der Dicke des Produkts. Beim Sulfatanodisieren beträgt diese Zunahme etwa ein Drittel der Gesamtschichtdicke.. Dies ist der grundlegende Unterschied zwischen der Anodenbeschichtung und, z.B, Pulver (Abbildung 2):

• Anodenbeschichtung entsteht von Oberflächenschicht aus Aluminium,
• Pulverbeschichtung - An Aluminiumoberfläche.

Bild 2 – Änderung der Produktdicke beim Eloxieren und
Pulverlackierung

Verfahren zum Anodisieren von Aluminium

Die spezifische Eloxalmethode hängt von der Art des Produkts ab. beispielsweise, kleine Produkte oder Teile, kann lose in Fässern oder Körben eloxiert werden. Profile bis 7 ich, manchmal vorher 10 ich, eloxiert auf Spezialscharnieren. Diese Scharniere bestehen normalerweise aus mehreren leitfähigen Stäben., Rahmen oder Rahmen, an denen die Profile fest und ausreichend steif befestigt sind (siehe. Bild 1). Für beides ist eine starke Befestigung der Profile notwendig, daß sie, fiel nicht von den Gewichten und durchlief alle Zyklen des "Eintauchens" und "Spülens" in den Badewannen, auch bei intensivem Mischen von Lösungen und Spülwasser (Blubbern) / Zusätzlich, wichtiger, Die starke Befestigung der Produkte an den Scharnieren soll einen konstanten und zuverlässigen elektrischen Kontakt der Profile mit dem Pluspol der Stromquelle direkt während des Eloxalprozesses gewährleisten.

Vorbereitung der Aluminiumoberfläche

Im Bild ist eine typische Eloxallinie für Aluminiumprofile dargestellt. 3.

Aluminiumprofile werden der Eloxallinie oder direkt nach dem Pressen zugeführt, oder nach vorheriger mechanischer Oberflächenvorbereitung (Bearbeitung mit Stahlbürsten, Schussbearbeitung, Polieren, Schleifen usw.).

• Der erste Schritt beim Eloxieren besteht darin, die Profile an das Scharnier zu hängen. Scharniere mit Aluminiumprofilen werden in der Regel zuerst alkalisch entfettet, Und danach alkalisches Ätzen zum Entfernen verschiedener Verunreinigungen von der Profiloberfläche: Öle, Feststoffpartikel und Oxidfilme.
• Nach der alkalischen Ätzung wird die Probe im Klärbad bearbeitet (Entschmutzung), am häufigsten – Sulfat (80-100 g / l), zum Entfernen von dunklen alkalischen Ätzprodukten von der Oberfläche.
• Die Behandlung in Bädern mit Arbeitslösungen wird von einer gründlichen Spülung der Produkte in Wasser begleitet, letztes Spülen vor dem Eloxieren – in demineralisiertem. Dann das Produkt, im Prinzip, bereit zum eloxieren.

Bild 3 – Eine typische Badserie zum Eloxieren von Aluminiumprofilen [1]

Matt eloxiert

Bei besonderen Anforderungen an die eloxierte Oberfläche erfolgt eine zusätzliche Oberflächenbehandlung der Profile: Mattätzung, sowie chemische oder elektrochemische Klärung. Die Mattätzung erfolgt meist in alkalischen Bädern einer speziellen chemischen Zusammensetzung.. In diesem Fall wird die Oberflächenschicht aus Aluminium einer bestimmten Dicke zusammen mit verschiedenen Oberflächenfehlern entfernt, und die Oberfläche wird matt (Bild 4).

Bild 4- Gebürstete und glänzend eloxierte Aluminiumoberfläche [3]

Die matte Oberfläche streut das Licht maximal und macht die verbleibenden Oberflächenunebenheiten "unsichtbar".. Wenn das fertige Produkt eine glänzende oder spiegelnde Oberfläche haben muss, dann wird das Produkt vor dem Eloxieren einer chemischen oder elektrochemischen Klärung unterzogen. Bei diesem Verfahren wird Aluminium von der Produktoberfläche entfernt und es entsteht eine sehr glatte Oberfläche mit sehr hoher Reflektivität..

Anodische Beschichtungsfüllung

Nach dem Eloxieren werden die Profile oder zum Lackieren weiter entlang der Linie geschickt, oder direkt gerichtet, um die Poren zu füllen, wenn es farblos eloxiert ist. Anschließend erfolgt der Füll- (oder Versiegelungs-) Vorgang nach dem farblosen Eloxieren oder Farbeloxieren, schließen", "Verstopfen" die Poren der Eloxalschicht. Dieser Vorgang ist sehr wichtig, um das Aussehen des eloxierten Produkts langfristig zu erhalten.. Nach dem Abfüllvorgang wird das Produkt bei Bedarf getrocknet., aus den Gewichten entnommen und zur Abnahme und Verpackung geschickt.

Bild 5 – Hydrothermale Füllung der Anodenbeschichtung [2]

Qualitätskontrolle

Steuerung der anodischen Schichtdicke

Für die Abnahme der Qualität von eloxierten Aluminiumprofilen ist in der Regel die Aussehenskontrolle ausreichend., Eloxalschichtdicke und Füllqualität. Die Schichtdicke ist einer der wichtigsten Parameter und es gibt viele Methoden, sie zu messen.. Normalerweise wird die Dicke der Beschichtung mit einem Instrument gemessen, Wirbelstrom. In umstrittenen Fällen werden metallographische Untersuchungen des Produktquerschnitts verwendet..

Füllkontrolle der anodischen Beschichtung

Drop-Methode

Um die Füllqualität schnell zu kontrollieren, wird häufig eine der Varianten der sogenannten „Tropfenmethode“ verwendet.. Methoden zum Gewichtsverlust von Produktproben werden als Kontroll- oder Schiedstest verwendet..

Das Wesen der zerstörungsfreien "Tropfenmethode" besteht darin, den Absorptionsgrad von Farbstoffen durch die eloxierte Oberfläche nach, wie es mit der entsprechenden Chemikalie behandelt wurde. Verschiedene säurevorbehandelte Tropfmethoden setzen ISO-Standards 2143: 2010 (auch bekannt als – EN ISO 2143: 2010 und er – ex DE 12373-4).

ISO-Drop-Methode 2143:2010

Der Qualonod-Standard [1] hält den Grad (die Bewertung) der Intensität des Flecks für akzeptabel, der nicht niedriger als ist 2 (Bild 6). Wenn die Bewertung 2, dann verlangt der Standard Gewichtsverlusttests oder Nachfüllen.

Bild 6 – ISO-Tropfenfüllqualitätskriterien 2143:2010

Methode zur Gewichtsabnahme

Gewichtsverlusttest basierend auf etablierten Fakten, dass sich eine ungefüllte oder ungenügend gefüllte Eloxalschicht in saurer Umgebung schnell auflöst, wohingegen eine gut gefüllte Beschichtung längeres Eintauchen ohne spürbare Auswirkungen aushalten kann. Methodenvariationen sind in ISO-Normen beschrieben 3210: 2010 (auch bekannt als – EN ISO 3210: 2010 und er - ehemaliger EN 12373-7).

Quellen:

1. Standard Qualanod (01.01.2018)
2. TALAT 5203.
3. Tom Haug, Hydro-Aluminium, IHAA-Symposium, 2014, New York.