Innovation für den Eloxalprozess
Von Peter Volk, Zwingenberg
Konventionelle E6-Langzeitbeizen besitzen eine relativ hohe Viskosität und neigen aufgrund ihrer Zusammensetzung zur Schaumbildung. Diese beiden Eigenschaften werden durch einen neuen Beizzusatz verbessert und führen zugleich zu einem günstigeren Aussehen der Oberfläche. Zudem erhöht sich die Anwendungsdauer bei geringerem Austrag an Aluminium und Beizzusätzen und führt damit zu einer besseren Umweltverträglichkeit.
An Innovation in Aluminium Anodising – an Improved Additive for E6 Long-Life Etch Baths
Conventional E6 long-life etch baths have a relatively high viscosity and, because of this and their composition, are prone to foam formation. These two features can be mitigated, thanks to a new bath additive which in addition, yields an improved surface appearance. A further benefit is extended bath life thanks to lower drag-out of aluminium salts and bath additives, thereby bringing ecological benefits.
Das anodische Oxidieren (Eloxieren) verbessert bei Aluminiumteilen die Korrosionsbeständigkeit erheblich und soll auch meist dekorativen Ansprüchen genügen. Da das verwendete Halbzeug jedoch häufig optische Mängel wie Kratzer oder herstellungsbedingte Ziehriefen aufweist, wird die Oberfläche direkt vor dem Erzeugen der Oxidschicht mechanisch oder chemisch bearbeitet. Das Beizen der Aluminiumoberfläche in einer wässrigen Lösung auf Basis von Natriumhydroxid (also Natronlauge) ist hierbei sicherlich das gängigste Verfahren. Die Oberfläche wird angegriffen und mattiert, wobei die makroskopische Geometrie der Aluminiumteile erhalten bleiben muss. Es stehen heute unterschiedliche Zusammensetzungen unter der Bezeichnung E6-Langzeitbeizen zur Verfügung.
Wesentliche Nachteile der bisherigen E6-Langzeitbeizen
Die größten Probleme der bisherigen E6-Langzeitbeizen liegen in der hohen Viskosität der Lösung, die zu einem reduzierten Ablaufverhalten und schlechter Spülbarkeit der Ware führt. Außerdem neigen diese Lösungen während des Beizprozesses zu intensiver Schaumbildung, infolgedessen es zu einem Überlaufen bei zu klein dimensionierten Behältern 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.
Beizverfahren SurTec 404
Um diesen allgemein bekannten Problemen zu begegnen, wurde SurTec 404 entwickelt. Es erfüllt alle Anforderungen an eine E6-Langzeitbeize, kombiniert mit einer signifikant verringerten Viskosität und extrem schaumarmem Verhalten. Weiterhin ermöglicht SurTec 404 eine hohe Stabilität der E6-Langzeitbeize bei hohen Aluminiumgehalten (180–250 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 eventuell vorhandenen Pressriefen (Titelbild). SurTec 404 senkt die Viskosität der Beizlösung, was aufgrund der extrem verminderten Schaumbildung eine höhere Belastung mit Ware erlaubt und zudem weniger Beizlösung verschleppt.
Eigenschaften im Detail
Allgemein gilt auch für E6-Beizen mit SurTec 404, dass mit zunehmendem Aluminiumgehalt in der Beize einerseits der Abtrag sowie auch der Restglanz der behandelten Teile abnehmen, andererseits nimmt deren Mittenrauwert Ra zu. Weiterhin steigt mit zunehmender Temperatur der Abtrag und auch die Oberflächenrauheit nimmt zu, während der Restglanz abnimmt (Abb. 2).
Abb. 2: 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)
Um die detaillierten Eigenschaften von SurTec 404 herauszustellen, wurde das Produkt einem Vergleichstest mit einem Wettbewerbsprodukt unterzogen. Gegenübergestellt wurden jeweils die Viskosität, die Oberflächenspannung sowie das Schaumverhalten während des Beizprozesses. Die erhaltenen Ergebnisse sind den Abbildungen 3 und 4 zu entnehmen.
Abb. 3: Gegenüberstellung der Viskosität von E6-Beizen bei verschiedenen Aluminiumgehalten (180 g/l Al, 95 g/l NaOH)
Abb. 4: Gegenüberstellung der Ausschleppung von Beizlösung bei unterschiedlichen Aluminiumgehalten
Allgemein steigt mit zunehmendem Aluminiumgehalt die Viskosität der Lösung an. Die Beizlösung mit SurTec 404 zeigt hingegen eine deutlich geringere Viskosität als das Wettbewerbsprodukt. Parallel ist zu beobachten, dass bei SurTec 404 die Viskosität der Lösung nicht in dem Maße zunimmt wie bei dem Wettbewerbsprodukt. Demzufolge wird die Verschleppung von Beizlösung bei hohen Aluminiumgehalten deutlich minimiert (Abb. 4). Bei hohen Aluminiumgehalten wird bis zu 66 % weniger Lösung ausgetragen; die nachfolgenden Spülen werden somit geschont. Daraus resultiert zum einen ein verminderter Chemikalienverbrauch, zum anderen ist auch ein höherer Aluminiumgehalt in der Beize möglich, welcher ein matteres Oberflächenfinish auf den Teilen erzeugt.
Schaumverhalten
Aufgrund der geringen Viskosität der Beizlösung mit SurTec 404 besteht während des Beizprozesses nur eine mäßige Neigung zur Schaumbildung. Ausgangspunkt sind hierbei 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 die selben Ausgangsbedingungen und werden gerührt (Abb. 5).
Abb. 5: Beizlösungen während des Versuchs zur Prüfung des Schaumverhaltens zu Beginn (links) sowie nach 20 Minuten (rechts); links: 142 g/l Al, 95 g/l NaOH, 33 g/l SurTec 404, 1 Liter + 4 dm² AlMg1; 20 Minuten, 60 °C; rechts: 142 g/l Al, 95 g/l NaOH, 54 g/l Additivgehalt Wettbewerbsprodukt, 1 Liter + 4 dm² AlMg1; 60 °C, 20 Minuten
Werden identische Aluminiumproben in die Lösung eingebracht, führt die einsetzende Wasserstoffentwicklung zur Blasenbildung an der Oberfläche. Bei dem 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.
Die Beizlösung mit SurTec 404 zeigt ebenfalls Blasenbildung durch die einsetzende Beizreaktion, allerdings zerfallen diese Blasen beinahe sofort an der Oberfläche (Abb. 5 und 6). Es kann sich somit kein stabiler Schaumteppich ausbilden, der zu einem Überlaufen des Beizbehälters führen könnte. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Beizlösung durch den Einsatz von SurTec 404 mit mehr Ware beziehungsweise einer größeren Teileoberfläche belastet werden kann.
Abb. 6: Ansicht im Detail zum Schaumverhalten der Beize mit SurTec 404 und der Beize mit dem Wettbewerbsprodukt
Abb. 7: Gegenüberstellung von zwei Aluminiumprofilen, die unter gleichen Bedingungen gebeizt wurden; links ist das Ergebnis mit dem Wettbewerbsprodukt dargestellt, das rechte Bild zeigt das Ergebnis des mit SurTec 404 behandelten Aluminiumprofils
Beizfinish und REM-Analyse der Oberfläche
Das Beizen mit SurTec 404 verleiht der Aluminiumoberfläche ein einheitliches und mattes Aussehen. Pressriefen von Aluminiumprofilen werden, in Abhängigkeit von den Behandlungsbedingungen, beinahe vollständig entfernt (Abb. 7). Beim Wettbewerbsprodukt sind die feineren Pressriefen auch noch nach einer Behandlungszeit von 20 Minuten deutlich zu erkennen.
Eine Oberflächenanalyse mittels Rasterelektronenmikroskop verdeutlicht die Wirkungsweise der E6-Langzeitbeize mit SurTec 404 (Abb. 8). Untersucht wurde hier ein Aluminiumprofil, das nur teilweise in die Beizlösung eingetaucht worden war. Somit lassen sich die Unterschiede zwischen gebeiztem und ungebeiztem Profil deutlich herausstellen.
Im Rasterelektronenmikroskop sind die Pressriefen im ungebeizten Zustand deutlich erkennbar (Abb. 8, oben). Nach dem Beizen hingegen sind diese Riefen deutlich minimiert und es erfolgte eine Zunahme der Oberflächenrauigkeit. Diese Zunahme der Rauheit wird makroskopisch als Mattierung der Oberfläche wahrgenommen (Abb. 8, unten).
Abb. 8: REM-Analyse eines Aluminiumprofils, das nur teilweise gebeizt wurde (180 g/l Al, 70 g/l NaOH, 37,5 g/l SurTec404, 60 °C, 20 min)
Überzeugende Vorteile
Zusammengefasst bietet SurTec 404 als Zusatz zu einer Beize auf Basis von Natronlauge folgende Vorteile:
- SurTec 404 erzeugt eine sehr stabile, schwarze E6-Langzeitbeize
- Es können bis zu 250 g/l Aluminium eingelöst werden; durch effiziente Komplexbildner wird die sogenannte Steinbildung verhindert
- optimierte Einebnung von Pressriefen auf Aluminiumprofilen
- Erzeugen eines ebenmäßig matten, 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 Arbeitsleistung der Beize möglich
- ökonomisch durch geringe Verschleppung und geringen Chemikalienverbrauch
- umweltverträglich, da ohne Zusatz von perfluorierten Tensiden
- Das gewünschte Beizfinish kann über die bekannten Parameter Zeit, Temperatur, Aluminiumkonzentration, Ätznatrongehalt und Konzentration an SurTec 404 optimal eingestellt werden.
