Anodische Oxidation von Aluminium - Eloxal-Verfahren Eloxieren ...

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5.Praktikum im 2er Team mit: Fam.Name:………………….. Vorname: ………………...
Anodische Oxidation von Aluminium - Eloxal-Verfahren
Eloxieren von Kugelschreiberhülsen
Einführung
Als unedles Metall ist Aluminium anfällig für Korrosion. Aluminium bildet jedoch an der
Oberfläche mit Sauerstoff eine kompakte Oxidschicht (Al2O3), welche es vor weiterer Korrosion
schützt, da kein weiterer Sauerstoff in tiefere Schichten vordringen kann. Diesen Vorgang nennt
man Passivierung. (Bei Eisen bröckelt die Oxidschicht ab, sodass die Korrosion immer tiefer
vordringen kann).
Da diese natürlich entstehende Aluminiumoxidschicht sehr dünn ist und folglich empfindlich auf
Abrieb reagiert, wird das Aluminium im Herstellungsprozess elektrisch weiter oxidiert. Dadurch
erhält man eine dickere und daher sehr harte und korrosionsbeständige Oberfläche. Beinahe alle
Werkstücke aus Aluminium sind eloxiert, sichtbar allerdings nur dort, wo sie auch noch
eingefärbt sind, so z.B. bei Häuserfassaden, Velorahmen, Verkehrsschildern, Schmuck,
Schlüssel, etc.
Das Eloxieren ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem das zu bearbeitende Werkstück als
Anode geschaltet und dabei oxidiert wird.
Da die entstehende 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 (Sealing).
Unbedingt Schutzbrille tragen! Es wird mit 20%iger Schwefelsäure und Natronlauge gearbeitet.
Aufbau der Eloxierapparatur
Zeichne die Apparatur ab.
Die Schwefelsäure erwärmt sich beim Eloxieren von 2 Kugi-Hülsen in einem 2 Liter-Becherglas
um ca. 4-5°C. Die Temperatur darf 24°C keinesfalls überschreiten. Bei höheren Temperaturen
entsteht eine Eloxalschicht, in der die Farbstoffe nicht richtig eingelagert werden. Deshalb muss
die Schwefelsäure in einem Wasserbad gekühlt werden.
St. Lang nach Rita Oberholzer (KS Im Lee Winterthur), KS Heerbrugg November 07 -1-

Entfetten der Kugelschreiberhülsen
Der Aluminium-Draht wird in die Kugelschreiberhülse gesteckt und durch Andrehen an der
Schreiberspitze befestigt. (Andere Gegenstände sind auch mit Alu zu befestigen – keine anderen
Metalle verwenden!).
Das verwendetet Aluminium muss sehr sauber sein, weshalb die Oberfläche gut entfettet wird.
a) mit Ethanol (abreiben mit getränktem Haushaltspapier)
b) mit Aceton „
von nun an nicht mehr mit den Fingern berühren!
Entfernen der natürlichen Aluminiumoxidschicht
Bevor das Aluminiumstück eloxiert werden kann, muss die bereits vorhandene natürliche
Oxidschicht entfernt werden. Dies geschieht durch Reaktion mit Natronlauge, wobei die Al 3+ -
Ionen aus dem Al2O3-Gitter entfernt werden durch Bilden eines Komplexes von Al(OH)4 - .
(Komplexreaktionen haben wir noch nicht behandelt.)
Achtung für alle folgenden Schritte!!
Um die Kugelschreiberhülsen von einem Bad zum anderen zu transportieren, muss sie über ein
250 ml Becherglas gehalten werden, damit keine Tropfen auf den Boden kommen.
a) Reaktion von Aluminiumoxid mit Natronlauge
Tauche die Kugi-Hülsen während 30 Sekunden in Natronlauge (Handschuhe tragen) und spüle
sie während 2 Minuten mit fliessendem Wasser.
Beobachtungen beim Eintauchen der Aluminium-Hülse in Natronlauge
Erklärung
Komplexreaktion: Al2O3 + 8 OH - --------> 2 Al(OH)4 - + 3 O 2-
Die entstandenen O 2- - Ionen reagieren sofort mit Wasser zu ……….
Das darunter liegende Aluminium (welches nun von seiner Oxidschicht befreit ist) kommt nun in
Kontakt mit Wasser und reagiert sofort: (notiere Halbreaktioen und Ionengleichung)
Dies ist die eigentlich typische Reaktion von Aluminium (und anderen so unedlen Metallen wie
Lithium, Natrium…) mit Wasser!
b) Neutralisieren der Natronlauge
durch Eintauchen in Salpetersäure (10 Sekunden) – 2 Minuten mit fliessendem Wasser spülen.
Sofort weitermachen mit dem Eloxieren.
St. Lang nach Rita Oberholzer (KS Im Lee Winterthur), KS Heerbrugg November 07 -2-

Eloxieren
Die Hülse wird sofort in die als Elektrolyt dienende 20 %ige Schwefelsäure (18-20°C nicht
höher!) getaucht. Pro Apparatur können 2 Kugi-Hülsen befestigt werden.
Die Stromstärke wird auf 0,75 – 0,8 A pro Hülse eingestellt und während der Elektrolyse, die ca.
30 Minuten dauert, konstant gehalten. (1,5 Ampère pro dm 2 Oberfläche (Innenfläche nicht
vergessen))
(Gleich nach dem Starten der Elektrolyse wird als Vorbereitung für den nächsten Schritt die
Farbstofflösung auf max. 65°C erwärmt.)
Beobachtungen beim Eloxieren
Ablaufende Reaktionen beim Eloxieren
Minuspol: …………………………………………………........
Pluspol: ……………………………………………………….
Ionengleichung ………………………………………………………..
Die entstehenden Aluminium-Ionen reagieren sofort zu Aluminiumoxid weiter:
2 Al 3+ + 9 H2O ----> Al2O3 + 6 H3O +
Gesamtreaktion: …………………………………………………………….
Färben
Die Kugelschreiberhülse wird nach beendetem Eloxieren in einem 100 ml Messzylinder während
mind. 5 Minuten unter dem laufenden Wasserhahn gespült und danach mit entmineralisiertem
Wasser abgespritzt.
Im noch feuchten Zustand wird sie in die warme Farbstofflösung (Temperatur siehe Anleitung)
getaucht. Die maximale Farbintensität ist nach 5 bis 10 Minuten erreicht. (Für ganz
regelmässige Färbungen: 1 Minute eintauchen, abspülen mit dest. Wasser, 1 Minute eintauchen
etc.
Hinweise
Um regelmässige Farbübergänge zu erhalten, sollten die folgenden Punkte beachtet werden:
• Die Kugelschreiberhülse muss immer nass gehalten werden. Beim Färben müssen also
Hülsenteile, die nicht in die Farbe eintauchen, regelmässig mit entmineralisiertem Wasser
abgespritzt werden (Hülse samt Aufhängung dazu aus dem Bad nehmen).
• Es können auch 2-farbige Kugelschreiberhülsen hergestellt werden. Dabei hat es sich
gezeigt, dass beim Überfärben weniger Probleme mit der Farbaufnahme entstehen, wenn die
ganze Kugi-Hülse zuerst für wenige Sekunden in eine Farbe (die hellere) getaucht wird.
Damit die Farbübergänge fliessend werden, muss die Eintauchtiefe ständig variiert werden.
• Jede Stelle der Hülse sollte mindestens 5 Minuten in ein Farbbad eintauchen.
St. Lang nach Rita Oberholzer (KS Im Lee Winterthur), KS Heerbrugg November 07 -3-

• Bei hellerer Spitze wird diese zuerst gefärbt. Sobald sie genügend Farbe aufgenommen hat,
kann der Schreiber an der Spitze gehalten werden (Hände waschen! – mit Papier anfassen)
und umgekehrt in die Farbe eingetaucht werden.
Soll das Ende sehr dunkel sein, kann vor dem Färben des Mittelteils die dunkelste Farbe am
Ende aufgetragen werden.
• Soll die Spitze dunkler sein, kann evtl. die ganze Hülse von der Spitze her eingefärbt werden.
Beim Überfärben mit sehr dunklen Farben kann die Farbe der Spitze beeinflusst werden.
Verdichten (Sealing)
Nach kurzem Spülen unter fliessendem Wasser wird die Hülse zur Verdichtung der Poren etwa
5 Minuten in kochendes sealsalzhaltiges Wasser (Anodallösung) getaucht.
Dabei werden die Poren, die vorher die Farbstoffpigmente aufgenommen haben, mit Sealsalz
aufgefüllt und damit verschlossen.
Entsorgung
Sämtliche Lösungen werden in die entsprechenden Flaschen zurückgegossen. Sie können wieder
verwendet werden.
Die Bechergläser, Elektroden und das Alublech werden gut abgespült und getrocknet.
St. Lang nach Rita Oberholzer (KS Im Lee Winterthur), KS Heerbrugg November 07 -4-