06 Mai 2013  |  Galvanoplastie
Publié dans Oberflächen POLYSURFACES 01/2013

Innovation für den Eloxalprozess

Dr. Corinna Weigelt

Aluminiumpressprofile weisen direkt nach dem Herstellungsprozess unschöne Rillen auf, die einer dekorativen Anwendung in der Architektur oder im Automobil entgegenstehen. Zur Einebnung dieser Rillen sowie zur Mattierung/Satinierung der Oberfläche wird seit langer Zeit auf die E6-Langzeitbeizen vertraut. Deren Eigenschaften liessen sich nun durch ein spezielles Additiv optimieren, wodurch auch die darin behandelte Ware ein sehr ansprechendes Aussehen erhält.
 
Immédiatement après leur procédé de fabrication, les profilés en aluminium présentent des rayures inesthétiques, qui empêchent une utilisation décorative dans l’architecture ou dans l’automobile. Pour aplanir ces rayures, ainsi que dépolir ou satiner les surfaces, les décapages E6 de longue durée sont approuvés depuis longtemps. Un additif spécial permet d’optimiser leurs propriétés peuvent être optimisées leurs propriétés pour que la marchandise traitée acquière un aspect très attrayant.
 
Die grössten Probleme bisheriger E6-Langzeitbeizen liegen in der hohen Viskosität der Badlösung, die zu einem reduzierten Ablaufverhalten und schlechter Spülbarkeit der Ware führen. Weiterhin neigen diese Bäder während des Beizprozesses zu intensiver Schaumbildung, infolgedessen es zu einem Überlaufen bei zu klein dimensionierten Bädern kommen kann. Ebenso kann dies ein Aufschwimmen der Ware während des Beizprozesses zur Folge haben. Nicht zuletzt resultiert aus der hohen Viskosität der Lösung auch eine hohe Verschleppung von Beizlösung.
Um diesen allgemein bekannten Problemen zu begegnen wurde das Additiv «SurTec 404 frostAL» entwickelt. Es erfüllt alle Anforderungen an eine E6-Langzeitbeize, kombiniert mit einer signifikant verringerten Viskosität und extrem schaumarmen Verhalten. Weiterhin ermöglicht es eine hohe Stabilität der E6-Langzeitbeize bei hohen Aluminiumgehalten (180 bis 250 g/l Al möglich) bei gleichzeitig niedrigem Additivgehalt (30 g/l). Die Ware erhält während der Behandlung ein ebenmässig mattes, «gefrostetes» Finish und erfährt eine optimale Einebnung von allenfalls vorhandenen Pressriefen. Das optimierte Additiv senkt die Viskosität der Badlösung, das aufgrund extrem verminderter Schaumbildung eine höhere Badbelastung mit Ware erlaubt und zudem weniger Beizlösung verschleppt.
 
Eigenschaften im Detail
Allgemein gilt auch für das E6-Beizen mit dem optimierten Additiv «SurTec 404 frostAL»: Mit zunehmendem Aluminiumgehalt in der Beize nehmen einerseits der Abtrag sowie auch der Restglanz der behandelten Warenteile ab, andererseits nimmt deren Mittenrauwert Ra zu. Weiterhin steigt mit zunehmender Temperatur der Abtrag, und auch die Oberflächenrauigkeit nimmt zu. Der Restglanz dagegen nimmt ab (Bild 1).
 

Bild 1: Bestimmung von Abtrag und Restglanz in Abhängigkeit von Temperatur und Aluminiumgehalt in der Beize (Behandlungszeit: 20 min, 85 g/l NaOH, 35 g/l «SurTec 404 frostAL»).
 
Um die detaillierten Eigenschaften des optimierten Additivs herauszustellen, wurde es einem Vergleichstest mit einem Wettbewerbsprodukt unterzogen. Gegenübergestellt wurden jeweils die Viskosität, die Oberflächenspannung sowie das Schaumverhalten während des Beizprozesses. Die Ergebnisse sind in Bild 2 und 3 wiedergegeben.
 
Bild 2: Gegenüberstellung der Viskosität von E6-Beizen bei verschiedenen Aluminiumgehalten (180 g/l Al, 95 g/l NaOH).
 
Bild 3: Gegenüberstellung der Ausschleppung von Beizlösung bei unterschiedlichen Aluminiumgehalten.
 
Allgemein steigt mit zunehmendem Aluminiumgehalt die Viskosität der Lösung an. Die Beizlösung mit «SurTec 404 frostAL» zeigt dagegen eine deutlich geringere Viskosität als das Wettbewerbsprodukt. Parallel ist zu beobachten, dass beim optimierten Additiv die Viskosität der Lösung nicht in dem Masse zunimmt wie beim Wettbewerbsprodukt. Demzufolge wird die Verschleppung von Beizlösung bei hohen Aluminiumgehalten deutlich minimiert (Bild 3). Bei hohen Aluminiumgehalten wird bis zu 66% weniger Lösung aus dem Bad ausgetragen. Gleichzeitig werden dadurch auch die nachfolgenden Spülen geschont. Daraus resultiert einerseits ein verminderter Chemikalienverbrauch, andererseits ist auch ein höherer Aluminiumgehalt in der Beize möglich, der ein matteres Oberflächenfinish auf der Ware erzeugt.
 
Schaumverhalten
Aufgrund der geringen Viskosität der Beizlösung mit dem optimierten Additiv besteht während des Beizprozesses nur eine mässige Neigung zur Schaumbildung. Ausgangspunkt sind dabei zwei E6-Langzeitbeizen mit jeweils dem gleichen Gehalt an Aluminium und Natronlauge. Um die Stabilität der Beize mit dem Wettbewerbsprodukt zu gewährleisten, wurde dieser Additivgehalt möglichst hoch gewählt. Beide Lösungen haben dieselben Ausgangsbedingungen und werden gerührt. Werden identische Aluminiumproben in die Lösung eingebracht, führt die einsetzende Wasserstoffentwicklung zur Blasenbildung an der Oberfläche. Beim Wettbewerbsprodukt zerfallen diese nicht, sondern lagern sich nach einiger Zeit zu einem relativ dichten Schaumteppich zusammen. Über die Zeit nimmt die Höhe des Schaumteppichs deutlich zu (Bild 4).
 
Bild 4: Schaumverhalten der Beize mit dem optimierten Additiv «SurTec 404 frostAL» (links) und jener mit dem Wettbewerbsprodukt (rechts).
 
Die Beizlösung mit dem optimierten Additiv dagegen zeigt ebenfalls eine Blasenbildung durch die einsetzende Beizreaktion, allerdings zerfallen diese Blasen beinahe sofort an der Oberfläche. Somit kann sich kein stabiler Schaumteppich ausbilden, der zu einem Überlaufen des Bades führen kann. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass das Bad durch den Einsatz von «SurTec 404 frostAL» mit mehr Ware beziehungsweise einer grösseren Warenoberfläche belastet werden kann.
 
Beizfinish und REM-Analyse der Oberfläche
Das optimierte Additiv verleiht der Aluminiumoberfläche ein einheitliches mattes, «gefrostetes» Aussehen. Pressriefen von Aluminiumprofilen werden, in Abhängigkeit von den Behandlungsbedingungen, beinahe vollständig entfernt (Bild 5) Beim Wettbewerbsprodukt sind die feineren Pressriefen auch nach einer Behandlungszeit von 20 min noch deutlich zu erkennen.
 
Bild 5: Gegenüberstellung zweier Aluminiumprofile, die unter gleichen Bedingungen gebeizt wurden. Links ist das Ergebnis mit dem Wettbewerbsprodukt dargestellt, rechts das Ergebnis des mit dem optimierten Additiv «SurTec 404 frostAL» behandelten Profils.
 
Eine Oberflächenanalyse mittels Rasterelektronenmikroskop, wie sie Bild 6 wiedergibt, verdeutlicht die Wirkungsweise der E6-Langzeitbeize mit «SurTec 404 frostAL». Untersucht wurde dabei ein Aluminiumprofil, das nur teilweise in das Bad eingetaucht war. Somit liessen sich die Unterschiede zwischen gebeiztem und ungebeiztem Profil deutlich herausstellen. Im Rasterelektronenmikroskop sind die Pressriefen im ungebeizten Zustand deutlich erkennbar (oberes Bild). Nach dem Beizen dagegen sind diese Riefen deutlich minimiert, und es erfolgte eine Zunahme der Oberflächenrauigkeit. Diese wird makroskopisch als Mattierung der Oberfläche wahrgenommen (unteres Bild).
 
 

Bild 6: REM-Analyse eines Aluminiumprofils, das nur teilweise gebeizt wurde (180 g/l Al, 70 g/l NaOH, 37,5 g/l «SurTec 404 frostAL», 60 °C, 20 min).
 
Kurz zusammengefasst
Die Vorteile des optimierten Additivs für E6-Langzeitbeizen sind:
  • Erzeugt eine sehr stabile, schwarze E6-Langzeitbeize.
  • Es können bis zu 250 g/l Aluminium eingelöst werden; durch effiziente Komplexbildner wird die Steinbildung verhindert.
  • Bewirkt eine optimierte Einebnung von Pressriefen auf Aluminiumprofilen.
  • Erzeugt ein ebenmässig mattes, «gefrostetes» Oberflächenfinish.
  • Deutlich verminderte Viskosität der E6-Langzeitbeize, besonders bei hohen Aluminiumgehalten.
  • Signifikant verringerte Ausschleppungsverluste und geringere Belastung nachfolgender Spülen.
  • Kein Aufschwimmen der Ware.
  • Deutlich vermindertes Schaumverhalten gegenüber dem getesteten Wettbewerbsprodukt.
  • Höhere Badbelastung mit Ware beziehungsweise Warenoberfläche möglich.
  • Ökonomisch durch geringe Verschleppung und geringen Verbrauch.
  • Umweltverträglich, da ohne Zusatz von perfluorierten Tensiden.
  • Kein Versteinern der Anlage bei (kurzzeitiger) Absenkung der Temperatur.
  • Das gewünschte Beizfinish kann über die bekannten Parameter Zeit, Temperatur, Aluminiumkonzentration, Ätznatrongehalt und Konzentration an «SurTec 404 frostAL» optimal eingestellt werden.
 
Dr. Corinna Weigelt
Diplom-Chemikerin
Forschung & Entwicklung
Metall-Vorbehandlung
SurTec Deutschland GmbH
D-64673 Zwingenberg
www.surtec.com

CH-Vertretung:
SurTec Schachen GmbH
Gewerbering
6105 Schachen
Tel. 041 497 00 60
Fax 041 497 00 61
mail@surtec.ch
www.surtec.ch


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