Anodische Oxidation von Aluminium ("Eloxal-Verfahren") 19b

(nach Dr. Rita Oberholzer, Winterthur)

Eloxal bedeutet Elektrolytische Oxidation von Aluminium

Als unedles Metall ist Aluminium anfällig für Korrosion. Aluminium bildet jedoch an der Oberfläche – im Gegensatz zu Eisen – mit Sauerstoff eine kompakte Oxidschicht. Damit schützt es sich selber vor Korrosion. Durch Verstärkung der Oxidschicht durch Elektrolyse kann der Schutz noch um ein Vielfaches erhöht werden. Gleichzeitig wird die Oberfläche härter und sie wirkt elektrisch isolierend.

Da die Oxidschicht ziemlich porös ist, können Farbstoffe eingelagert werden. Allerdings dringen diese wegen ihrer Molekülgrösse meist nicht vollständig in die Poren ein. Zur besseren Haftung werden die Poren deshalb am Ende noch verschlossen.

Beinahe alle Werkstücke aus Aluminium sind eloxiert, sichtbar allerdings nur dort, wo sie auch noch eingefärbt sind, so z.B. bei Häuserfassaden, Velorahmen, Verkehrsschilder, Schmuck, Schlüsseln etc.

Bei der Elektrolyse laufen folgende Reaktionen ab:

Minuspol:

Pluspol:

Zwischentotal:

Die entstehenden Aluminiumionen reagieren sofort zu Aluminiumoxid weiter:

Gesamtreaktion:

Eloxieren und Färben von Kugelschreiberhülsen

Sicherheit: Schwefelsäure und Natronlauge sowie deren Aerosole wirken ätzend:

Im Abzug arbeiten ! Schutzbrille tragen !

Fixierung und Vorbehandlung der Hülsen:

Der Al-Stift wird mit dem dickeren Ende in die Kugelschreiberhülse gesteckt und durch leichtes Drücken und Drehen befestigt. Nun wird der Stift an die Befestigungsschiene geschraubt. Pro Befestigungsschiene werden zwei Kugelschreiberhülsen fixiert. Zur Reinigung werden die Hülsen 2 Minuten in die Natronlauge getaucht.

In allen Bädern (ausser dem Fixierbad am Schluss) dürfen die Hülsen keine Gefässwände berühren ! Zudem sollten sie nicht mehr mit den Fingern berührt werden! Unter dem fliessenden Wasser werden sie ½ Minute gut abgespült, ½ Minute in die Salpetersäure getaucht, nochmals ½ Minute gespült und sofort in die als Elektrolyt dienende ca. 20%ige Schwefelsäure gebracht.

Eloxieren im Schwefelsäure-Bad während 30 Minuten: 19c

Die Krokodilklemme ist ausserhalb des Becherglases befestigt. Von der Krokodilklemme führt ein Kabel zum Minuspol des Netzgerätes. Die Befestigungsschiene wird direkt mit dem Pluspol des Netzgerätes verbunden.

Die Stromstärke wird mit dem Knopf am Netzgerät langsam auf 0.75 - 0.8 A pro Hülse erhöht. Zur exakten Einstellung dient die digitale Anzeige des kleinen Multimeters. Sie ist genauer als die rote analoge Anzeige des Netzgerätes.

Während der ersten etwa 5 Minuten wird die Stromstärke beobachtet und reguliert. Sie muss bei 2 Hülsen zwischen 1.5 – 1.6 Ampère konstant gehalten werden. Am Aluminiumblech in der Schwefelsäure muss eine starke Gasentwicklung einsetzen ! Während der weiteren Dauer der Elektrolyse (insgesamt 30 Minuten) wird die Stromstärke etwa alle 5 Minuten kontrolliert und wenn nötig neu eingestellt !

Vorbereitung der Farbbäder am eigenen Arbeitsplatz:

Nach Beginn der Elektrolyse werden die für die Färbung am eigenen Arbeitsplatz ausgewählten Farbstofflösungen (höchstens 2) in grossen Reagenzgläsern in einem Wasserbad auf möglichst genau 55°C erwärmt. Die Temperaturkontrolle erfolgt in der Farbstofflösung (nicht im Wasserbad). Die Einhaltung der Temperatur ist Voraussetzung für eine gleichmässige Färbung.

Spülen:

Nach 30 Minuten wird die Befestigungsschiene mit den beiden Hülsen vorsichtig aus dem Schwefelsäurebad genommen und in ein Transport-Becherglas gehängt.

Die Hülsen werden mindestens 5 Minuten in einem 1 Liter-Becherglas unter voll aufgedrehtem Wasserhahn gespült. Danach werden die Hülsen ½ Minute vollständig in das Becherglas mit destilliertem Wasser getaucht und mit destilliertem Wasser aus der Spritzflasche abgespritzt (auch in die Hülsen spritzen !).

Färben:

Im noch feuchten Zustand werden die Hülsen in die warme Farbstofflösung (möglichst genau 55 °C) getaucht. Die maximale Farbintensität ist nach 5-10 Minuten erreicht.

Achte darauf, dass die Kugelschreiberhülsen immer feucht bleiben.

Fixierung der Farbe im Sealsalz-Bad:

Zur Verdichtung der Poren wird die Hülse anschliessend etwa 5 Minuten in sealsalzhaltigem Wasser gekocht.

In unserer Werkstatt gefärbte Kugelschreiber : Bild 1, Bild 2, Bild 3

Aufgaben:

  1. Welche chemische Reaktion spielt sich ab, wenn die Aluminium-Hülse zur Vorbehandlung in

Natronlauge (= Natriumhydroxid) getaucht wird ?

Hinweis: Es entsteht ein gelöster Komplex aus einem Aluminium-Teilchen mit 4 Hydroxid-Ionen

als Liganden.
  1. Was bezweckt die Reinigung der Hülse in der Natronlauge ?
  2. Ergänze die Reaktionsgleichungen zur Elektrolyse .

    3. Weshalb spricht man von anodischer Oxidation ?

  3. Weshalb funktioniert das Eloxalverfahren nicht als Korrosionsschutz für Eisen ? Lösungen