Alkalisches Ätzen von Aluminium (E6)

Mattalkalisches Ätzen von Aluminium (E6)

Zur dekorativen Mattierung der Oberfläche beim Eloxieren von Aluminiumprodukten wird in Europa hauptsächlich alkalisches Ätzen verwendet.. Diese speziellen Beizbäder werden nach DIN . verwendet 17611 für Oberflächenbehandlung "E6". Solche Beizbäder werden üblicherweise als „E6-Bäder“ bezeichnet. Diese Badewannen haben bei richtiger Pflege eine sehr schöne dekorative Oberfläche aus gebürstetem Aluminium..

Diese Langzeitbeizbäder sind sehr langlebig, bei richtiger Pflege. Die richtige Pflege dieser Bäder ist dann besonders wichtig, wenn sie einen hohen Aluminiumgehalt haben, was benötigt wird um eine dekorative matte oberfläche zu erreichen. Dadurch wird verhindert, dass das Bad in einen instabilen Zustand übergeht.. Eine unzureichende Pflege des Bades kann zur Ausfällung von Aluminiumhydroxid führen, was den kompletten Verlust dieses Bades bedeutet.

Die Hauptmerkmale dieses Bades sind:

• Hoher Aluminiumgehalt
• Spezifizierter Natronlauge-Gehalt im Verhältnis zum Aluminiumgehalt
• Spezielle Additive um Aluminium in Lösung zu halten
• Additive zur Abscheidung von Fremdmetallen.

Zusätze zur Abscheidung von Fremdmetallen trennen Fremdmetalle aus der Aluminiumlegierung und bilden mit ihnen unlösliche oder schwerlösliche Metallsulfide (meist sehr feine, schwarze Partikel). Je nach Gehalt an Fremdmetallen in der Aluminiumlegierung verfärbt sich die Lauge des E6-Bades schnell schwarz. Klein, Schwarzpigmente 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 erfolgt, wenn sie in eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid und einigen Zusatzstoffen eingetaucht werden.

Faktoren, die diesen Prozess beeinflussen sind:

• Ätzrate, was hängt davon ab:
  – Temperatur
  – Aluminiumhydroxid-Konzentration
• Zeit (Bearbeitungszeit).

Der Zweck der alkalischen Schleppnetzfischerei ist:

• Auflösen der Aluminiumoberfläche, um eingebettete Verunreinigungen und Unvollkommenheiten zu entfernen. Das Ergebnis ist ein glattes, homogene Basis für den anschließenden Eloxalprozess zur Erzielung einer Eloxalschicht mit dekorativer fein verteilter matter Oberfläche.

Chemische Reaktionen des alkalischen Ätzens von Aluminium

Es passiert, wenn Aluminium auf der Oberfläche des Produkts mit Natriumhydroxid und Wasser zu Natriumaluminat reagiert und Wasserstoff freisetzt, nach folgender chemischer Reaktion (Reaktion Nr. 1) [2]:

 

 

Diese Reaktion erfolgt unter Verbrauch von freiem Natriumhydroxid.

Wenn die Konzentration von Natriumaluminat steigt, die Nebenreaktion nach folgender Formel (Reaktion Nr. 2) wird immer bevorzugter:

 

 

Bei dieser Reaktion reagiert Natriumaluminat mit Wasser, was zur Bildung von Aluminiumhydroxid führt, die sich als Suspension in der Badlösung ansammelt E6. Wie Sie dieser Formel entnehmen können, diese Reaktion führt auch zur Freisetzung von zusätzlichem Natriumhydroxid, welche die, wiederum, verbraucht in Reaktion # 1.

Aluminiumhydroxid fällt langsam aus der Suspension in der Badlösung E6 am Boden des Bades oder an verschiedenen Oberflächen innerhalb des Bades E6, z.B, auf Heizelementen, sehr harte Fossilien. Dies geschieht nach folgender Reaktion der Aluminiumhydroxid-Dehydratisierung (Reaktion Nr. 3):

 

 

Die resultierende Reaktion für den alkalischen Aluminiumätzprozess ist eine Reaktion zwischen Aluminium und Wasser, um einen Aluminiumoxidniederschlag zu bilden und Wasserstoff freizusetzen.

2Al + 6h₂Ö = 2Al((OH)₃ + 3h₂

Faktoren, die die Geschwindigkeiten dieser Reaktionen beeinflussen # 1, #2 und #3 sind:

• Temperatur
• Natriumhydroxid-Konzentration
• Aluminiumkonzentration in Lösung
• Additive, um das Ausfällen von Aluminiumhydroxid aus der Lösung zu verhindern und gewünschte Reaktionen zu fördern

Wenn die Konzentration von Aluminium in Lösung zunimmt, freies Aluminiumhydroxid wird gemäß Reaktion Nr. 1 verbraucht. Es kann die Natriumhydroxidkonzentration schnell reduzieren, bis, bis Reaktion #2 es wieder in Lösung bringt.

Löslichkeit von Aluminium in alkalischer Lösung

Aluminium löst sich gut in Lösungen von Natronlauge [3]:

• 7 Mol pro Liter, was gleichbedeutend ist mit:
• 7 NS 27 = 189 g / l für Al³⁺ oder
• 7 NS 82 = 574 g / l für NaAlO₂

Die Zahlen 27 und 82 Ist das Atomgewicht von Aluminium und das Molekulargewicht von Natriumaluminat, beziehungsweise.

Eine so hohe Löslichkeit von Aluminium in einer Natronlauge wird erreicht, wenn folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:

• die angegebene Konzentration an Natronlauge (NaOH) wird eingehalten,
• die eingestellte Temperatur der Lösung wird beibehalten,
• die angegebene Konzentration an speziellen Additiven wird eingehalten, die die Ausfällung von Aluminiumhydroxid verhindern.

Aufrechterhaltung der Stabilität des Bades E6

Für besonders matte Oberflächen ist ein hoher Aluminiumanteil erforderlich, die erreichen können 200 g / l. Bei einem so hohen Aluminiumgehalt muss der Badstabilität besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden [1].

Stabile schwarze Badewanne E6

Ein Blick genügt, um festzustellen, ob Bad E6 noch stabil ist. Wenn es eine tiefschwarze Farbe hat (Bild 1), dann kannst du dir sicher sein, dass das Bad ausreichend stabil ist. Natürlich, diese visuelle Beurteilung muss immer durch eine regelmäßige chemische Analyse der Zusammensetzung des Bades bestätigt werden.

Bild 1 - Badewanne E6 tiefschwarz in stabilem Zustand [1]

Graue Badewanne E6 – was ist los?

Wenn die E6-Badewanne statt sattem Schwarz grau wird, dann musst du sofort reagieren. In diesem Fall hat der Prozess der Destabilisierung bereits begonnen.. Während dieses Vorgangs weiß, schwerlösliche Aluminiumhydroxid-Partikel. Wenn der Anteil im Bad weiter zunimmt, dann wird die Badewanne immer grauer, das heißt, die schwarze Farbe ändert sich zu dunkelgrau, dann mittelgrau, dann hellgrau, bis es ganz weiß wird. In hellgrau-weißem Zustand gilt das Bad als verloren und muss komplett restauriert werden., was erhebliche Finanzmittel erfordert, Arbeit und Zeit. Daher ist es auf jede erdenkliche Weise notwendig, das Auftreten eines solchen Zustands zu vermeiden..

Bild 2 - Bad E6 dunkelgrau - der Beginn der Destabilisierung [1]

Wie kann man die instabile graue Badewanne E6 retten?

Wenn das alkalische Bad E6 leicht grau wird, notwendig:

• Führen Sie sofort eine vollständige 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 erhöht sich der Natriumhydroxidgehalt, es wird also bei der Destabilisierung der Lösung freigesetzt.

Bild 3 - Chemische Reaktion des Destabilisierungsprozesses [1]

Es wäre ein Fehler, dem Bad kein Natriumhydroxid zuzusetzen., obwohl sein Inhalt höchstwahrscheinlich noch innerhalb des angegebenen Intervalls liegt. Eine niedrige Alkalität trägt zur weiteren Destabilisierung dieses Bades bei [1]:

1. Dem Graubad muss eine große Menge Spezialzusatz zugesetzt werden (z.B., Alfasatin) für zusätzliche Stabilisierung, z.B, doppelt so viel, wie üblich.
2. Es wird empfohlen, die Alkalität des Bades durch Zugabe von Natriumhydroxid zu erhöhen, um es weiter zu stabilisieren.

Diese Stabilisierungsmaßnahmen stellen sicher, dass, zu:

• es trat keine weitere Ausfällung von Aluminiumhydroxid auf und
• das in der Badlösung verbliebene Aluminiumhydroxid wurde bei behandelten Aluminiumoberflächen nach und nach aus dem Bad entfernt.

Als Ergebnis sollte das Bad allmählich in einen stabilen Zustand zurückkehren (schwarz). Während dieser Zeit ist die Überwachung der Badchemie besonders wichtig.. Wenn die Badelösung wieder schwarz wird, dann kann der Stabilisierungsprozess als erfolgreich angesehen werden.

Was tun mit einer hellgrauen oder milchweißen Badewanne E6?

Hat das Bad E6 diesen Zustand erreicht (Abbildung 4), dann gibt es keine möglichkeit mehr sie zu retten. Du kannst nur noch eine Weile warten, bis sich der weiße Schlamm am Boden der Wanne absetzt. Die abgesetzte flüssige Phase kann dann in ein leeres Bad oder Behälter gepumpt werden und dann, je nach Zustand, bei der Vorbereitung eines neuen Bades verwenden.

aber, der freigesetzte weiße Tonerdeschlamm muss so schnell wie möglich aus dem Bad entfernt werden. Wenn Sie damit verzögern, es wird zu Stein und es wird schon sehr schwierig sein, die Badewanne davon zu reinigen (Bild 5).

Bild 4 - Vollständig destabilisiertes Bad E6 [1]

Bild 5 - Versteinerter Schlamm von Aluminiumhydroxid aus dem Bad E6 [1]

 

Quellen:

1. https://alufinish.de/en/destabilisation-of-alkaline-e6-long-term-pickling-processes/
2. SPEKULARE REFLEXION VON ANODISIERTER 6061-T6 ALUMINIUM-LEGIERUNG / JON STRAUSS, Oregon State University – 2013
3. Alkalisches Ätzen von Aluminium & Seine Legierungen – Ein neues Ätznatron-Rückgewinnungssystem –Italecno S.r.l. & Chemetall – 2002.