NL8100687A

NL8100687A - Beitsen van aluminium.

Info

Publication number: NL8100687A
Application number: NL8100687A
Authority: NL
Original assignee: Fokker Bv
Priority date: 1981-02-12
Filing date: 1981-02-12
Publication date: 1982-09-01
Also published as: US4397721A

Description

. , i-

Br/lh/59

Beitsen van aluminium.

De uitvinding heeft betrekking op het beitsen van aluminium voorwerpen en beoogt daarvoor een nieuwe methode aan te geven.

Voorwerpen van aluminium worden dikwijls aan het 5 oppervlak gebeitst ter verwijdering- rvan ongewenste oxide-lagen. Dit kan ten doel hebben om alleen een aantrekkelijker uiterlijk te verkrijgen, maar ook om het gebeitste oppervlak later bij het maken van. lijmverbindingen, lasverbindingen of bij het anodiseren bétere hechteigenschappen te geven.

^ Het beitsen geschiedt doorgaans langs chemische weg door dompelen in zure baden, die tevens een oxidatiemiddel bevatten. Baden van chroomzuur-zwavelzuur alsmede baden van bichrcmaat-zwavelzuur zijn hiervoor bijzonder geschikt gebleken. Niettemin blijkt het gebruik van dergelijke baden meer en me$r op milieubezwaren te stuiten, omdat de evenals bijbehorende spoelbaden afgewerkte baderiVdoor hun gehalte aan chroomzuur of bichro-maat bijzonder schadelijk voor de omgeving zijn en daardoor niet zonder meer op een riool of op oppervlaktewater kunnen worden geloosd- 20 ' Bij onderzoek naar alternatieve beitsmethoden is vroeger reeds gevonden dat men dezelfde goede resultaten als voorheen ook kan verkrijgen langs elektrochemische weg, door een bad van zwavelzuur zonder oxidatiemiddel te gebruiken, en een geringe anodische stuurspanning op het bad aan te 2^ leggen. Een anodische stuurspanning maakt de methode echter gecompliceerder en kost altijd energie. Het zou dan ook prettiger zijn een methode te vinden waarbij geen stuurspanning ncdig is.

De uitvinding beoogt dan ook een werkwijze voor 20 het beitsen van aluminium voorwerpen te verschaffen, waarbij enerzijds het gebruik van chroomzuur en bichromaat in de beitsbaden kan worden vermeden, en anderzijds geen anodische stuurspanning nodig is.

Bij verder onderzoek is nu gebleken, dat deze doel- 81 00 6 8 7 -2- einden kunnen worden verwezenlijkt door het te beitsen aluminium voorwerp als anode in een bad van zwavelzuur te· plaatsen, te zamen met een kathode van koolstof, en door de beide elektroden dan uitwendig kort te sluiten. Door de kortsluitver-5 binding vloeit dan voldoende elektrische.stoom. Om te zorgen voor elektrochemische oplossingsverschijnselen aan de aluminium anode, zodat de chemische beitsing door het zwavelzuur doeltreffend wordt versterkt. Indien de kortsluitverbinding voldoende lang in stand wordt gehouden, kan zodoende een 10 volledige beitsing van het aluminium voorwerp worden verkregen,· ondanks het feit dat het bad geen chroomzuur of bichro-maat bevat en ondanks de afwezigheid van.een anodische stuur-spanning.

De uitvinding verschaft dan ook. een werkwijze voor 15 het beitsen van aluminium voorwerpen, welke gekenmerkt is doordat men in een bad van zwavelzuur twee elektroden plaatst, waarvan de anode wordt gevormd door het te beitsen aluminium · voorwerp en de kathode door ten minste een. lichaam van koèl-stof, en doordat men de beide elektroden door een uitwendige 20 geleidende verbinding kortsluit gedurende een tijdsduur die voldoende is voor het volledig beitsen van het aluminium voorwerp.

Door op deze wijze te werk.te gaan, kan men nagenoeg even goede resultaten verkrijgen als . met beitsbaden 25 van chroomzuur-zwavelzuur of bichromaat-zwavelzuur. Een belangrijk voordeel is dat men geen chroomzuur of bichromaat nodig heeft, zodat de problemen rond de verwijdering van de afgewerkte baden sterk zijn verminderd. Een ander voordeel is, dat geen anodische stuurspanning nodig is, zodat de appa-30 ratuur eenvoudig kan blijven en geen energietoevoer nodig is.

De uitvinding wordt nader geïllustreerd door de bij wijze van voorbeeld gegeven tekening.

Figuur 1 toont schematisch een opstelling voor het 35 uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding.

Figuur 2 geeft een meetopstelling weer.

De opstelling van figuur 1 omvat een beitsbad 1 met daarin een bad 2. van zwavelzuur. In het bad 2 zijn twee 8 1 00 6 8 7 -3- elektroden gedompeld, namelijk een anode 3 zijnde . het te beitsen aluminium voorwerp, en een kathode 4 van koolstof. De elektroden zijn door een uitwendige kort-sluitschakeling 5, waarin een amperemeter 6 is opgenomen, 5 met elkaar verbonden. In de meetopstelling van figuur 2 ziet men dezelfde onderdelen, maar de anode 3 is hier tevens via een schakeling 7, waarin een voltmeter 8 is opgenomen, gekoppeld met een verzadigde calomel-elektrode 9 voor het continu meten van de anodepotentiaal.

10 In de meetopstelling van figuur 2 worden, nadat de elektroden in het bad gedompeld en elektrisch met elkaar verbonden zijn, voortdurend de anodepotentiaal en de stroom-sterkte door de schakeling 6 gemeten, ten einde de juiste parameters voor een goede bedrijfsvoering te kunnen vaststellen.

15 Zijn deze parameters eenmaal gevonden, dan gebruikt men verder de opstelling van figuur 1, onder toepassing van de gevonden waarden.

Opgemerkt wordt dat de werkwijze volgens de uitvinding en daardoor ook de opstelling van figuur 1 en 2, alleen 20 is bedoeld voor het beitsen van aluminium voorwerpen en niet voor het anodiseren daarvan. Eeide processen leiden tot het verwijderen van een ongewenste oxidelaag van het oppervlak van de aluminium voorwerpen en het vonren van een nieuwe oxidelaag daarop, maar bij beitsen heeft de nieuw gevormde oxidelaag ongeveer dezelfde dikte als de oorspronkelijke oxidelaag (ca 400 S) terwijl bij anodiseren door gebruik van een uitwendige 'spanning opzettelijk een veeL'dikkere oxidelaag (b.v. van ca. 3-10 urn dikte) wordt opgebracht. , .

De resultaten van het bextsproces kunnen op diverse wijze worden uigedrukt, bijvoorbeeld door het opgeven van waarden voor de beitssnelheid en de afpelsterkte. De beits- snelheid geeft de dikte aan van de bij het beitsen verwijder- —2 -1 30 de laag in mg.dm .h terwijl de afpelsterkte betrekking heeft op een proef waarbij een lijmlaag aan het gebeitste oppervlak wordt gehecht en dan wordt losgetrokken.

Verder zijn de resultaten van het beitsen ook uit te drukken in de kwaliteit van de microstructuur van het 35 oppervlak. Deze microstructuur kan worden nagegaan door elektronen-microscopische waarneming aan koolstof- replica’s die direkt van het oppervlak zijn genomen. In het algemeen kan gesteld worden, dat een aluminium oppervlak 8 1 00 6 8 7 -4- alleen goed geschikt is voor het maken van lijnverbindingen als de microstructuur van dit oppervlak microscopische etsputten van circa 300 & diameter vertoont. Bij een te lage beitssnelheid zijn nog resterende oxidedelen aanwezig en 5 bij een te hoge beitssnelheid worden de etsputten te groot.

Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen aluminium voorwerpen van elk willekeurig type worden gebeitst. Bruikbaar zijn voorwerpen uit aluminium en aluminiumlegeringen, maar ook voorwerpen van een ander metaal die met een laag 10 aluminium zijn bekleed. De voorwerpen kunnen elke gewenste vorm hebben, bijvoorbeeld de vorm van platen of buizen, waarbij platen wel de voorkeur genieten. Bij buizen kan zich het verschijnsel voordoen, dat het inwendige daarvan tegen de werking van het beitsbad wordt afgeschermd, zodat het 15 beitsen van buizen minder wordt geprefereerd.

Ook de koolstofkathode kan elke geschikte vorm en samenstelling hebben. Hoewel in de tekening slechts één lichaam van koolstof is weergegeven,, kan het voordelen hebben om de kathode uit vier koolstoflichamen te laten bestaan, 20 elk in één der hoeken van het beitsvat 1, zodat een goed gebruik van het gehele volume van het bad 2 voor stroomdoor-gang kan worden gemaakt. Elk lichaam van koolstof kan op gebruikelijke wijze zijn gevormd, bijvoorbeeld door samenpersen van een mengsel van koolstofkorrels en bindmiddel, 25 al dan niet met een inwendige wapening.

Het bad 2, '-.-.waarin de elektroden 3 en 4 worden geplaatst, behoeft in principe alleen zwavelzuur te bevatten, ofschoon daarnaast nog diverse toeslagen ter vergemakkelijking van de elektrochemische verschijnselen aanwezig kunnen 30 zijn. De concentratie van het bad aan zwavelzuur kan sterk 3 variëren, maar meestal worden gehaltes van 100-300 g/dm aan H2SO^ gebruikt. Verder heeft het bad doorgaans een verhoogde temperatuur, die tussen 40_75°C kan liggen.

Bij plaatsing van de elektroden in het bad en aan-35 legging van de kortsluitverbinding dient de elektrochemische potentiaal in het bad voldoende groot te zijn om stroomdoor-gang te bewerkstelligen. In het algemeen zal dit bij een alumi'niumanode en een koolstofkathode wel het geval zijn, 8100687 -5- maar de waarde van deze potentiaal hangt af van diverse fak-toren, zoals de verhouding van kathode- tot anode-oppervlak, de temperatuur en de zwavelzuurconcentratie van het bad, de aard van het aluminium voorwerp, en dergelijke. Daarbij is 5 vooral de verhouding tussen het kathode- en het anode-oppervlak belangrijk, omdat deze een grote invloed op de potentiaal en daardoor op de beitssnelheid heeft.

Er dient rekening te worden gehouden met het feit dat korte tijd na het begin van het beitsproces meestal 10 een daling van de elektrodepotentiaal als gevolg van polarisatie optreedt. Door het kiezen van een betrekkelijk lage badtemperatuur en een niet te hoge badconcentratie kan vermeden worden, dat deze polarisatie te groot wordt.

De aard van het aluminium voorwerp heeft meestal 15 slechts een geringe invloed op het beitsproces, al kan bij gebruik van een koperhoudende aluminiumlegering soms een geringe afzetting van koper op de kathode voorkomen.

Bij proeven met aluminium voorwerpen van uiteenlopend type bleek dat een optimale beitsing kan worden ver-20 kregen bij gebruik van de volgende combinatie van faktoren: Kathode-anode oppervlakteverhouding 6

Badtemperatuur 40 -50 60°C

Badconcentratie 100 g/dm^ en ook bij: 25 Kathode-anode oppervlakteverhouding 6

Badtemperatuur 40°C

Badconcentratie 200 g/dm^.

Bij deze optimale beitsing waren de waarden van de beitssnelheid echter nog betrekkelijk gering. Bovendien zette 30 zich bij één der materialen ^een koperhoudende aluminium · legering) gemakkelijk koper op het kathode-oppervlak af.

Ter verkrijging van een redelijke beitssnelheid en ter vermijding van het afzetten van koper diende de waarde van de oppervlakteverhouding tussen kathode en anode dan ook aan-35 zienlijk groter dan 6 te worden gekozen. In de praktijk zijn waarden tot 42 voor deze verhouding beproefd-

De tijdsduur dient voldoende te zijn voor het verkrijgen van een goede beitsing en bedraagt in vele gevallen 8 1 00 68 7 y v -6- 10-30 minuten.

Het zwavelzuurbad kan diverse malen voor het beitsen van aluminium, voorwerpen op de wijze volgens de uitvinding worden gebruikt, waarbij men telkenmale de zwavelzuurconcen-5 tratie en de badtemperatuur dient te meten, ten einde deze waarden zonodig bij te stellen.

Aangezien ook steeds wat aluminium in oplossing gaat, dient ook de aluminiumconcentratie regelmatig te worden ge- -meten. Verder meet men regelmatig de stroomsterkte in de 10 kortsluitschakeling 5.

Het bad kan worden verwijderd bij een aluminium-gehalte van circa 20 g/1. Het wordt dan geneutraliseerd, bijvoorbeeld met kalk, calciumhydroxide, of natriumhydroxide, en kan vervolgens worden afgevoerd.. Aangezien het bad geen 15 chroomzuur of bichromaat bevat, is de lozing gemakkelijker dan bij bekende chemische beitsbaden.

8 1 0 0 6 8 7

Claims

1. Werkwijze voor het beitsen van aluminium voorwerpen, met het kenmerk, dat men in een bad van zwavelzuur twee elektroden plaatst, waarvan de anode wordt gevormd door 5 het te beitsen aluminium voorwerp, en de kathode door ten minste een koolstoflichaam, en dat men de elektroden door een uitwendige geleidende verbinding kortsluit gedurende een tijdsduur die voldoende is voor het volledig beitsen van het aluminium voorwerp.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het kathode-oppervlak groter dan het anode-oppervlak is.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de verhouding tussen het kathode-oppervlak en het anode-oppervlak groter dan zes is.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het 3 kenmerk, dat bij een zwavelzuurconcentratie van 100 g/dm in het bad, de badtemperatuur 40-60°C bedraagt.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het *5 kenmerk, dat bij een zwavelzuurconcentratie van 200 g/dm 20 in het bad, de badtemperatuur 40°C bedraagt. 8 1 00 68 7