Alkalisches Ätzen von Aluminium
Langlebiges alkalisches Ätzbad
Zur dekorativen Mattierung der Oberfläche beim Eloxieren von Aluminiumprodukten in Europa, Hauptsächlich wird alkalisches Ätzen verwendet. Diese speziellen Beizbäder werden nach DIN eingesetzt 17611 zur Oberflächenbehandlung “E6”. Solche Beizbäder werden üblicherweise so genannt: “Ätzbäder E6” oder “Ätzbäder mit langer Lebensdauer”.
Diese Longlife-Ätzbäder sind sehr langlebig, bei ordnungsgemäßer Wartung. Dann ist die richtige Pflege dieser Bäder besonders wichtig, wenn sie einen hohen Aluminiumgehalt haben, was benötigt wird, um eine dekorativ matte Oberfläche zu erzielen. Dadurch wird verhindert, dass das Bad in einen instabilen Zustand gerät. Eine unzureichende Wartung des Bades kann zur Ausfällung von Aluminiumhydroxid führen, was den völligen Verlust dieses Bades bedeutet.
Die Hauptmerkmale des Langzeitätzbades sind:
- Hoher Aluminiumgehalt
- Angegebener Natriumhydroxidgehalt im Verhältnis zum Aluminiumgehalt
- Spezielle Additive, um Aluminium in Lösung zu halten
- Additive zur Abscheidung von Verunreinigungsmetallen.
Additive zur Ausfällung von Fremdmetallen trennen die Fremdmetalle von der Aluminiumlegierung und bilden mit ihnen unlösliche oder schwerlösliche Metallsulfide (normalerweise sehr kleine Mengen)., schwarze Partikel). Abhängig vom Gehalt an Verunreinigungsmetallen in der Aluminiumlegierung, die alkalische Lösung des E6-Bades verfärbt sich schnell schwarz. Klein, Schwarze Pigmente sind am Ätzprozess nicht beteiligt [1].
Chemie des alkalischen Ätzens von Aluminium
Zweck des alkalischen Ätzens von Aluminium
Der Prozess des alkalischen Ätzens von Aluminiumprodukten findet statt, wenn diese in eine wässrige Lösung aus Natriumhydroxid und einigen Zusatzstoffen eingetaucht werden.
Faktoren, die diesen Prozess beeinflussen, sind:
- Ätzrate, was davon abhängt:
– Temperatur
– Aluminiumhydroxidkonzentration - Zeit (Bearbeitungszeit).
Der Zweck des alkalischen Ätzens ist:
- Lösen Sie die Aluminiumoberfläche auf, um eingebettete Verunreinigungen und Mängel zu entfernen.
- Das Ergebnis ist ein glatter, homogene Basis für den anschließenden Eloxalprozess zur Erzielung einer Eloxalschicht mit einer dekorativen, fein verteilten, matten Oberfläche.
Chemische Reaktionen beim alkalischen Ätzen von Aluminium
Es passiert, wenn Aluminium auf der Oberfläche des Produkts mit Natriumhydroxid und Wasser interagiert, um Natriumaluminat zu bilden und Wasserstoff freizusetzen, gemäß der folgenden chemischen Reaktion (Reaktion # 1Der Presswerkzeugsatz bestand aus sieben Teilen (Abb
2Al + 2NaOH + 2H2O = 2NaAlO2 + 3H2
Diese Reaktion erfolgt unter Verbrauch von freiem Natriumhydroxid.
Wenn die Konzentration von Natriumaluminat zunimmt, die Nebenreaktion nach folgender Formel (Reaktion # 2) wird immer bevorzugter:
NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3 +NaOH
In dieser Reaktion, Natriumaluminat reagiert mit Wasser, Dies führt zur Bildung von Aluminiumhydroxid, welches sich als Suspension in der Badlösung E6 ansammelt. Wie Sie dieser Formel entnehmen können, Diese Reaktion führt auch zur Freisetzung von zusätzlichem Natriumhydroxid, welche die, im Gegenzug, als Reaktion verbraucht # 1.
Aluminiumhydroxid setzt sich langsam aus einer Suspension in der E6-Badlösung am Boden des Bades oder auf verschiedenen Oberflächen innerhalb des E6-Bades ab, Zum Beispiel, auf Heizelementen, sehr harte Fossilien. Dies geschieht gemäß der folgenden Reaktion der Aluminiumhydroxid-Dehydratisierung (Reaktion # 3):
2Al(OH)3 = Al2O3 +3H2O
Die resultierende Reaktion beim alkalischen Ätzprozess von Aluminium ist eine Reaktion zwischen Aluminium und Wasser, um einen Aluminiumhydroxid-Niederschlag zu bilden und Wasserstoff freizusetzen.
2Al + 6h2Ö = 2Al((OH)3 + 3h2
Faktoren, die die Geschwindigkeit dieser Reaktionen beeinflussen # 1, # 2 und # 3 Sind:
- Temperatur
- Natriumhydroxidkonzentration
- Aluminiumkonzentration in Lösung
- Zusätze, um die Ausfällung von Aluminiumhydroxid aus der Lösung zu verhindern und gewünschte Reaktionen zu fördern
Wenn die Konzentration von Aluminium in der Lösung zunimmt, freies Aluminiumhydroxid wird gemäß Reaktion Nr. verbraucht. 1. Es kann die Natriumhydroxidkonzentration schnell reduzieren, bis, bis zur Reaktion # 2 gibt es wieder in Lösung ab.
Löslichkeit von Aluminium in einer alkalischen Lösung
Aluminium löst sich gut in Lösungen von Natronlauge [3]:
- 7 Mol pro Liter, was äquivalent ist zu:
- 7 x 27 = 189 G / l für Al3+ oder
- 7 x 82 = 574 G / l für NaAlO2
Die Zahlen 27 und 82 Ist das Atomgewicht von Aluminium und das Molekulargewicht von Natriumaluminat, bzw..
Eine solch hohe Löslichkeit von Aluminium in einer Natronlauge wird erreicht, wenn gleichzeitig folgende Bedingungen erfüllt sind:
- die vorgegebene Konzentration an Natronlauge (NaOH) wird eingehalten,
- die eingestellte Temperatur der Lösung bleibt erhalten,
- die vorgegebene Konzentration an Spezialadditiven wird eingehalten, die die Ausfällung von Aluminiumhydroxid verhindern.
Aufrechterhaltung der Stabilität des E6-Bades
Für besonders matte Oberflächen ist ein hoher Aluminiumanteil erforderlich, die erreichen können 200 G / l. Bei einem so hohen Aluminiumanteil, Besonderes Augenmerk ist auf die Badstabilität erforderlich [1].
Stabile schwarze E6-Badewanne
Ein Blick genügt, um festzustellen, ob Bad E6 noch stabil ist. Wenn es eine tiefschwarze Farbe hat (Bild 1), dann können Sie sicher sein, dass das Bad ausreichend stabil ist. Natürlich, Diese visuelle Beurteilung muss immer durch eine regelmäßige chemische Analyse der Badzusammensetzung bestätigt werden.
Abbildung 1 – Das schwarze E6-Bad bedeutet den stabilen Zustand [1]
Graue E6-Badewanne: Was ist los?
Wenn die E6-Badewanne statt sattem Schwarz grau wird, Dann müssen Sie sofort reagieren. In diesem Fall, Der Prozess der Destabilisierung hat bereits begonnen. Während dieses Prozesses, Weiß, schwerlösliche Aluminiumhydroxidpartikel. Wenn der Anteil im Bad weiter zunimmt, dann wird die Badewanne immer grauer, das ist, die schwarze Farbe wechselt zu Dunkelgrau, dann mittelgrau, dann hellgrau, bis es ganz weiß wird. In einem hellgrauen und weißen Zustand, das Bad gilt als verschollen und muss komplett restauriert werden., was erhebliche finanzielle Mittel erfordert, Arbeit und Zeit. Deswegen, Es ist auf jede erdenkliche Weise notwendig, das Auftreten eines solchen Zustands zu vermeiden.
Abbildung 2 – Das dunkelgraue E6-Bad bedeutet den Beginn der Destabilisierung [1]
Wie kann man das instabile graue E6-Bad retten?
Wenn das Basenbad E6 leicht grau wird, notwendig:
- Führen Sie sofort die Analyse der Badchemie durch.
- Eine Abnahme des Aluminiumgehalts weist auf die Instabilität des Bades hin, da sich ein Teil des gelösten Aluminiums bereits in Form von schwerlöslichem Aluminiumhydroxid aus der Lösung abgeschieden hat.
- Gleichzeitig, der Natriumhydroxidgehalt wird ansteigen, es wird also bei der Destabilisierung der Lösung freigesetzt.
Abbildung 3 – Chemische Reaktion des Destabilisierungsprozesses [1]
Es wäre ein Fehler, dem Bad kein Natriumhydroxid hinzuzufügen, obwohl sein Inhalt höchstwahrscheinlich noch innerhalb des angegebenen Intervalls liegt. Eine niedrige Alkalität trägt zur weiteren Destabilisierung dieses Bades bei [1]. Hier ist also, was zu tun ist:
- Dem Graubad muss eine große Menge eines speziellen Zusatzstoffes zugesetzt werden (z.B, Alfasatin) für zusätzliche Stabilisierung, Zum Beispiel, doppelt so viel, wie üblich.
- Es wird empfohlen, die Alkalität des Bades durch Zugabe von Natriumhydroxid zu erhöhen, um es weiter zu stabilisieren.
Dafür sorgen diese Stabilisierungsmaßnahmen, Zu:
- Es kam zu keiner weiteren Ausfällung von Aluminiumhydroxid
- Das in der Badlösung verbleibende Aluminiumhydroxid wurde mit behandelten Aluminiumoberflächen nach und nach aus dem Bad entfernt.
Infolge, Das Bad sollte nach und nach in einen stabilen Zustand zurückkehren (schwarz). während dieser Zeit, Besonders wichtig ist die Überwachung der Badchemie. Wenn die Badlösung wieder schwarz wird, dann kann der Stabilisierungsprozess als erfolgreich angesehen werden.
Was tun mit einem hellgrauen oder milchig weißen E6-Bad?
Wenn das E6-Bad diesen Zustand erreicht hat (Abbildung 4), dann gibt es keine Möglichkeit mehr, sie zu retten. Du kannst nur eine Weile warten, bis sich der weiße Schlamm am Boden des Bades absetzt. Die abgesetzte flüssige Phase kann dann in ein leeres Bad oder einen leeren Behälter gepumpt werden, abhängig von ihrem Zustand, Verwenden Sie es bei der Vorbereitung eines neuen Bades.
Jedoch, Der freigesetzte weiße Tonerdeschlamm muss schnellstmöglich aus dem Bad entfernt werden. Wenn Sie damit zögern, es wird zu Stein und es wird schon sehr schwierig sein, die Badewanne davon zu reinigen (Abbildung 5).
Abbildung 4 – Vollständig destabilisiertes E6-Bad [1]
Abbildung 5 – Der versteinerte Schlamm aus Aluminiumhydroxid aus dem verlorenen E6-Bad E6 [1]
Quellen:
- https://alufinish.de/en/destabilisation-of-alkaline-e6-long-term-pickling-processes/
- SPEKULARE REFLEXION VON ANODISIERTER 6061-T6 ALUMINIUM-LEGIERUNG / JON STRAUSS, Oregon State University – 2013
- Alkalisches Ätzen von Aluminium & Seine Legierungen – Ein neues Ätznatron-Rückgewinnungssystem –Italecno S.r.l. & Chemetall – 2002.