DE19902469C2

DE19902469C2 - Process for creating color contrasts on aluminum material with anodized surfaces

Info

Publication number: DE19902469C2
Application number: DE1999102469
Authority: DE
Inventors: Ralf Anderseck; Thomas Schmidt; Adam Jankowski; Markus Lins; Bernhard Ollier; Konrad Wissenbach
Original assignee: Erbsloeh AG; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: WKW AG; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1999-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2001-03-15
Anticipated expiration: 2019-01-23
Also published as: DE19902469A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Farbkontrasten an Aluminium-Material mit anodisch oxidierten Oberflächen. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß nach bekannten Verfahren behandelte, gegebenenfalls gefärbte und jedenfalls durch Heißwasserbehandlung verdichtete Oberflächen durch lokale Beaufschlagung mit elektromagnetischer Strahlung, vorzugsweise Laserlicht, reaktiviert und weiteren Färbeprozessen erneut zugänglich gemacht werden können. Die Reaktivierung basiert auf einem Ausheizen und Vedampfen des Wassers, das sich bei der Verdichtung durch Hydratation in der Oberfläche einlagert und durch Volumenvergrößerung des Oberflächenmaterials zu einem Verschluß der farbstoffeaufnehmenden Poren führt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Möglichkeit einer komplexeren Gestaltung von Farbkontrasten gegeben.The invention relates to a method for producing color contrasts on aluminum material with anodized surfaces. The process according to the invention is characterized in that surfaces which have been treated, optionally colored and in any case compacted by hot water treatment can be reactivated by local exposure to electromagnetic radiation, preferably laser light, and be made accessible again to further dyeing processes. The reactivation is based on heating and evaporation of the water, which accumulates in the surface during the compression by hydration and leads to a closure of the dye-absorbing pores by increasing the volume of the surface material. The method according to the invention gives the possibility of a more complex design of color contrasts.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Farbkontrasten an Aluminium-Material mit anodisch oxidierten Oberflächen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to a method for producing Color contrasts on aluminum material with anodized Surfaces according to the features of the preamble of claim 1.

Es dienen die nach dem Verfahren erzeugten Farbkontraste in erster Linie dekorativen Zwecken, wie z. B. Aufbringen von Beschriftungen, Logos oder Mustern. Es werden anodisch oxidierte Aluminium- Komponenten wie z. B. Zierleisten, normalerweise einfarbig angeboten. Als Variante zu den einfarbigen Produkten kann aber auch einem individuellen Design der Oberfläche gemäß etwaigen Kundenanforderungen entsprochen werden.The color contrasts generated by the process are used first Line decorative purposes, such as. B. applying labels, Logos or patterns. Anodically oxidized aluminum Components such as B. trim, usually offered in one color. As a variant to the single-color products, one can also individual design of the surface according to any Customer requirements are met.

Es finden homogen gefärbte, anodisch oxidierte Aluminium- Komponenten eine breite Anwendung in der Automobil- und in der Konsumgüterindustrie. Es muß deshalb ein modernes Beschriftungssystem für diese Komponenten hohen Anforderungen an Qualität und Wirtschaftlichkeit genügen. Es hat sich für die Beschriftung von metallischen Werkstoffen und Kunststoffen die Anwendung elektromagnetischer Strahlung bewährt. Die Laserbeschriftung hat ein großes Anwendungsspektrum. Es werden im Wesentlichen zwei Beschriftungseffekte unterschieden, der Gravureffekt und der Farbumschlag. Beim Gravureffekt entsteht der Kontrast durch ein Abtragen bzw. Schmelzen der Oberfläche bzw. einer vorhandenen Deckschicht. Bei einem Zweischichtsystem sind kontrastreiche Beschriftungen möglich, indem die obere Schicht vom Laser abgetragen wird (z. B. Beschriften von schwarz eloxiertem Aluminium), s. dazu auch die EP 0 771 677 A1. Bei manchen Kunststoffen kann alternativ eine Farbveränderung in einer Randzone der Oberfläche durch die Laserbestrahlung induziert werden. Dabei werden in den Kunststoff speziell eingelagerte Farbpigmente oder Füllstoffe photochemisch verändert (Cracken von Farbmolekülen). Bei Metallen kann durch die thermische Wirkung des Lasers die Oberfläche so erhitzt werden, daß Anlaßfarben entstehen (z. B. Edelstahl).There are homogeneously colored, anodized aluminum Components have wide application in the automotive and in the Consumer goods industry. It must therefore be a modern one Labeling system for these components to high demands Quality and economy are enough. It has been used for labeling of metallic materials and plastics the application proven electromagnetic radiation. The laser marking has one wide range of applications. There will be essentially two Differentiated labeling effects, the engraving effect and the Color change. With the engraving effect, the contrast is created by a Removal or melting of the surface or an existing one Top layer. In a two-layer system are high-contrast Inscriptions possible by removing the top layer from the laser (e.g. labeling of black anodized aluminum), see to also EP 0 771 677 A1. With some plastics, alternatively a color change in an edge zone of the surface due to the Laser radiation can be induced. Doing so in the plastic specially stored color pigments or fillers photochemically changed (cracking of color molecules). In the case of metals, the thermal effect of the laser to heat the surface so that Annealing colors are created (e.g. stainless steel).

Zur Beschriftung anodisch oxidierter Aluminium-Oberflächen sind Beschriftungsverfahren bekannt, bei denen die Deckschicht, die durch eine Oxidschicht mit eingelagertem Farbstoff gebildet ist, abgetragen wird, um einen sichtbaren Kontrast zwischen farbigen Flächen und dem freigelegten Aluminium zu erhalten. Es wird dazu auch auf die DE 195 09 497 C1 verwiesen. Die Einlagerung der Farbstoffe kann dabei durch elektrolytische Einlagerung von Metall-Partikeln (z. B. Sn, Cu) in den Porengrund oder durch adsorptive Einlagerung geeigneter organischer Farbstoffe in die Porenrandzone erfolgen. Nachteilig ist bei diesen Verfahren, daß durch die Abtragung der Deckschicht die Oberfläche des behandelten Materials beschädigt wird, und so die Funktionseigenschaften, wie Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit etc. beeinträchtigt werden. For labeling anodized aluminum surfaces Inscription method known, in which the top layer, which is by an oxide layer with embedded dye is removed to create a visible contrast between colored areas and the to get exposed aluminum. It also applies to the DE 195 09 497 C1 referenced. The dyes can be stored by electrolytic embedding of metal particles (e.g. Sn, Cu) in the pore base or by adsorptive storage more suitable organic dyes in the pore edge zone. The disadvantage is this method that by removing the top layer Surface of the treated material is damaged, and so the Functional properties, such as corrosion resistance, Wear resistance etc. are impaired.

Aus DE 33 11 882 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Farbkontrasten auf eloxierten Aluminiumoberflächen bekannt, das auf lichtinduzierter Farbreaktion basiert. Nach diesem Verfahren werden im Anschluß an die Eloxierung farblose, jedoch photoreaktive Vorstufen von Farbstoffen in die durch die Eloxierung entstehenden Mikroporen der Oberfläche eingelagert. Anschließendes Verdichten der Poren durch Heißwasserbehandlung schützt die Farbstoffvorstufen vor äußeren, chemischen oder mechanischen Einflüssen. Durch gezielten Einsatz von Laserstrahlung werden in den Farbstoffvorstufen photochemische Reaktionen hervorgerufen, die zur Bildung der eigentlichen Farbstoffe und damit zur Ausbildung der Farbkontraste führen.DE 33 11 882 A1 describes a method for producing Color contrasts on anodized aluminum surfaces are known light-induced color reaction based. According to this procedure Connection to the anodizing colorless but photoreactive precursors of dyes in the micropores created by the anodization stored on the surface. Subsequent densification of the pores Hot water treatment protects the dye precursors from external, chemical or mechanical influences. Through the targeted use of Laser radiation is photochemical in the dye precursors Reactions caused to form the actual dyes and thus lead to the formation of color contrasts.

Aus DE 31 33 691 A1 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem zunächst auch Farbstoffvorstufen in die Eloxalschicht eingebracht werden. Diese Farbstoffvorstufen sind jedoch nicht in dem Sinne photoreaktiv, daß die eigentliche Farbstofferzeugung direkt durch elektromagnetische Strahlung erzeugt würde. Die Erzeugung des Farbstoffes erfolgt vielmehr auf chemischem Wege durch Flüssigkeits- oder Gasbehandlung. Elektromagnetische Strahlung wird bei diesem Verfahren eingesetzt, um vor der chemischen Reaktion die Reaktionseigenschaften der Farbstoffvorstufen zu verändern. Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Verfahren kann eine Verdichtung der Oberflächen erst als letzter Schritt erfolgen.A similar method is known from DE 31 33 691 A1, in which first, dye precursors are also introduced into the anodized layer become. However, these dye precursors are not in the sense photoreactive that the actual dye production directly through electromagnetic radiation would be generated. The generation of the Rather, the dye takes place chemically through liquid or gas treatment. Electromagnetic radiation is used in this Process used to pre-chemical reaction To change the reaction properties of the dye precursors. in the A difference to the method described above can The surfaces are only compacted as the last step.

Schließlich ist aus DE 39 15 620 C1 ein Verfahren bekannt, bei dem die eloxierten Oberflächen zunächst in einem Tauchbad oder durch galvanische Behandlung mit speziellen Elektrolyten eingefärbt werden. In einem folgenden Schritt der partiellen Passivierung, die z. B. durch Bestrahlung mit Licht, insbesondere im Infrarotbereich, erfolgt, wird die Oberfläche bereichsweise vorversiegelt. Ein erneutes Einfärben betrifft dann nur die unversiegelten Stellen. Abschließendes Verdichten macht die gesamte Oberfläche unempfindlich gegen weitere Behandlung. Finally, from DE 39 15 620 C1 a method is known in which the anodized surfaces first in an immersion bath or by galvanic treatment can be colored with special electrolytes. In a subsequent step of partial passivation, the z. B. by Irradiation with light, especially in the infrared range, is carried out Surface pre-sealed in some areas. Re-inking affects then only the unsealed areas. Final compaction does the entire surface is insensitive to further treatment.

Die drei zuletzt geschilderten Verfahren weisen Nachteile auf, wenn besonders komplexe Farbgebungen gewünscht sind. Insbesondere ist bei den ersten beiden Verfahren lediglich ein einstufiger Färbeprozeß möglich, d. h. alle verwendeten Farbstoffvorstufen müssen im wesentlichen gleichzeitig auf- bzw. eingebracht werden. Das letztgenannte Verfahren läßt zwar mehrstufige Färbeprozesse zu, ist aber insoweit beschränkt, als ein einmal (vor-)verdichteter Bereich weiteren Farbbehandlungen nicht mehr zugänglich ist.The last three methods outlined have drawbacks, though particularly complex colors are desired. In particular, at the first two processes only a one-step dyeing process possible, d. H. all dye precursors used must be in the are essentially applied or introduced simultaneously. The the latter method allows multi-stage dyeing processes, but is limited to the extent that a once (pre-) compressed area is another Color treatments are no longer accessible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, bereits (vor-)verdichtete Bereiche einer eloxierten Aluminiumoberfläche erneutem Farbeintrag zugänglich zu machen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Diesen kommt im einzelnen folgende Bedeutung zu. Nach dem anodischen Oxidieren der Aluminium-Oberflächen, das vorzugsweise nach dem Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren erfolgt, kann ein erster Färbeschritt vorgesehen sein. In jedem Fall werden die eloxierten Schichten durch eine Heißwasserbehandlung, die zu Hydratation des Aluminiumoxids führt, verdichtet. Erfindungsgemäß wird die so vorbehandelte Oberfläche bereichsweise mit elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt. Insbesondere eignet sich hier fokussierte Laserstrahlung. Dieser Energieeintrag hat den Effekt, daß das bei der Hydratation in der Oxidschicht eingelagerte Wasser frei wird und verdampft. Die Versiegelung wird also lokal rückgängig gemacht, was einer lokalen Reaktivierung der Schicht entspricht. Eine nachfolgende Färbebehandlung betrifft lediglich die reaktivierten Bereiche. Ein erneuter Verdichtungsvorgang schafft wieder eine einheitlich versiegelte Oberfläche. Es ist offensichtlich, daß ein Vorteil dieses Verfahrens in seiner stufenweisen Wiederholbarkeit liegt. So können beispielsweise bei einem mehrstufigen Färbeprozeß bestimmte Bereiche einen oder mehrere Färbestufen "überspringen" und an einer nachfolgenden Färbestufe erneut "teilnehmen". Das neue Verfahren ist dabei einfach und wirtschaftlich durchführbar, gut in der Handhabung und auch für komplexe Farbgebungen einsetzbar. Die Parameter der speziellen Lichtquelle, der Lichtleistung sowie der Einwirkdauer etc. sind über weite Bereiche variabel und müssen jeweils den speziellen Bedingungen angepaßt werden.The object of the present invention is a method of the beginning to provide the type mentioned, which already allows (Pre) compacted areas of an anodized aluminum surface to make another color entry accessible. This task is solved by the features of the characterizing part of claim 1. This The following meanings are important. After the anodic Oxidize the aluminum surfaces, preferably after the A direct current sulfuric acid process can be used Staining step may be provided. In any case, the anodized Layers through a hot water treatment, which leads to hydration of the Alumina leads, condenses. According to the invention pretreated surface with electromagnetic areas Radiation applied. Focused is particularly suitable here Laser radiation. This energy input has the effect that the Hydration in the oxide layer is released water and evaporates. So the seal is locally canceled, what corresponds to a local reactivation of the layer. A subsequent one Staining treatment only affects the reactivated areas. On renewed compression process again creates a uniformly sealed Surface. It is obvious that one advantage of this method is in its gradual repeatability. For example, at areas in a multi-stage dyeing process one or more "Skip" color levels and at a subsequent color level "participate" again. The new process is simple and economically feasible, easy to use and also for complex color schemes can be used. The parameters of the special The light source, the light output and the exposure time etc. are over wide areas are variable and each have the special conditions be adjusted.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens geht der ersten Verdichtung der Oberfläche eine Einfärbung der Oxidschicht durch elektrolytische Einlagerung von Metallpartikeln in den Porengrund voraus. Insbesondere organische Farbstoffe neigen dazu, sich vor allem am Porenrand anzulagern. Es können also in demselben lokalen Bereich verschiedene, nicht kompetitive Färbeprozesse Wirkung zeigen. Durch das neue Verfahren der lokalen Reaktivierung wird das Kombinationsspektrum deutlich erhöht, was die Möglichkeit komplexerer Farbgebung eröffnet.In a particularly advantageous embodiment of the inventive method goes to the first compression of the Surface coloring of the oxide layer by electrolytic Storage of metal particles in the pore base ahead. In particular Organic dyes tend to stick to the pore edge to accumulate. So different, non-competitive dyeing processes have an effect. With the new The method of local reactivation is the combination spectrum significantly increased, which opens up the possibility of more complex coloring.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen, der speziellen Beschreibung sowie den Zeichnungen. Es zeigen:Further advantages result from the remaining subclaims, the special description as well as the drawings. Show it:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer von einer elektromagnetischen Strahlung, wie Laserlicht, beaufschlagten anodisch oxidierten Oberfläche von Aluminium-Material, Fig. 1 is a schematic representation of a of an electromagnetic radiation, such as laser light applied anodically oxidized surface of aluminum material,

Fig. 2 die schematische Ansicht durch Aluminium-Material mit einer anodisch oxidierten Oberfläche mit verschiedenartigen Farbstoffen, Fig. 2 is a schematic view through aluminum material with an anodized surface with a variety of dyes,

Fig. 3 die schematische Ansicht durch Aluminium-Material mit einer anodisch oxidierten Oberfläche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Fig. 3 shows the schematic view through aluminum material with an anodized surface according to the inventive method.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Erzeugung von Farbkontrasten an Aluminium-Material mit anodisch oxidierten Oberflächen, das generell mit 10 bezeichnet ist. Dieses Aluminium- Material 10 kann bereits, wie in Fig. 2 dargestellt, eingefärbte Oberflächen 12 aufweisen. Insbesondere zeigt Fig. 2 die unterschiedlichen Anlagerungsorte, zu denen organische Farbstoffe 19 einerseits und elektrolytisch applizierte Metallpartikel 17 andererseits tendieren. Während letztere sich bevorzugt am Grund 18 der Poren 23 anlagern, setzen sich erstere vermehrt in der Porenrandzone 20 fest. Zur Erzeugung von Farbkontrasten 13 wird die anodisch oxidierte Oberfläche 12 des Aluminium-Materials 10 mit elektromagnetischer Strahlung 15 beaufschlagt, wobei der Farbkontrast auf dem Energieeintrag der Strahlung in die anodisch oxidierte Oberfläche beruht, und wobei die Erzeugung des Farbkontrastes 13 durch die Strahlung 15 im wesentlichen ohne einen Abtrag an der zu behandelnden Oberfläche 12 erfolgt. Der Grundwerkstoff des Aluminium-Materials 10 für die anodisch oxidierte Oberfläche 12 ist in der Fig. 1 der Zeichnung mit 11 bezeichnet.The method according to the invention is used to generate color contrasts on aluminum material with anodized surfaces, which is generally designated 10. As shown in FIG. 2, this aluminum material 10 can already have colored surfaces 12 . In particular, FIG. 2 shows the different attachment sites to which organic dyes 19 on the one hand and electrolytically applied metal particles 17 on the other hand tend. While the latter preferentially attach to the bottom 18 of the pores 23 , the former increasingly settle in the pore edge zone 20 . To generate color contrasts 13 , the anodized surface 12 of the aluminum material 10 is exposed to electromagnetic radiation 15 , the color contrast being based on the energy input of the radiation into the anodized surface, and the generation of the color contrast 13 by the radiation 15 essentially without removal on the surface 12 to be treated. The base material of the aluminum material 10 for the anodized surface 12 is designated 11 in FIG. 1 of the drawing.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die elektromagnetische Strahlung durch bevorzugt fokussiert ausgebildetes Laserlicht 15 gebildet sein. Die Beaufschlagung der anodisch oxidierten Oberfläche 12 mit elektromagnetischer Bestrahlung 15 z. B. zur Anbringung einer Beschriftung kann durch eine schreibende Bewegung des Lichtstrahls 15 oder mittels einer Maske erfolgen.In the method according to the invention, the electromagnetic radiation can be formed by preferably focused laser light 15 . The exposure of the anodized surface 12 with electromagnetic radiation 15 z. B. for attaching a label can be done by a writing movement of the light beam 15 or by means of a mask.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 3 zusammengefaßt. Das Aluminium-Material weist bereits anodisch oxidierte Oberflächen, die vorzugsweise nach dem Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren geschaffen wurden, auf. Während oder nach der Oberflächenbildung kann ein erster Färbeprozeß nach bekannten Methoden erfolgen. Anschließend wird die Oberfläche durch Behandlung mit heißem Wasser versiegelt. Hierbei kommt es zu einer Hydratation des Aluminiumoxids, die eine Volumenzunahme des Materials bedingt, die zu einem Verschließen der Poren 23 führt. In diesem Zustand ist keine Farbstoffaufnahme mehr möglich. Erfindungsgemäß schließen sich an dieses bekannte Verfahren die folgenden, weiteren Verfahrensschritte an:
The method according to the invention is summarized in FIG. 3. The aluminum material already has anodized surfaces, which were preferably created using the direct current sulfuric acid process. During or after the surface formation, a first dyeing process can be carried out using known methods. The surface is then sealed by treatment with hot water. This leads to hydration of the aluminum oxide, which causes an increase in volume of the material, which leads to the pores 23 being closed . In this state, dye absorption is no longer possible. According to the invention, the following further process steps follow this known process:

Local reactivation of the anodized layer 12 by exposure of these surfaces 12 to electromagnetic radiation 15 , which enables these zones 22 to be colored later. When the anodically oxidized layer 12 is laser irradiated, the pores 23 are reopened by heating the water or cracking, so that the desired dye can be incorporated into the resulting pores 23 or cracks
- Coloring, in particular adsorptive coloring of the activated zones 22 of the surface 12
- Recompaction (sealing 21 ) of the surface 12 .

Besonders vorteilhaft kann es sein, einen zusätzlichen, besonderen Färbeschritt einzufügen. Bei dieser Verfahrensvariante schließen sich an die anodische Oxidierung die folgenden Schritte an:
It can be particularly advantageous to insert an additional, special coloring step. In this process variant, the following steps follow the anodic oxidation:

- Coloring of the oxide layer 12 by electrolytic incorporation of metal particles 17 (e.g. Sn, Cu) in the pore base 18
- Compacting the treated surface in hot water, the pores 23 being closed by hydration of the aluminum oxide and the resulting increase in volume of the material, in this state dye absorption is no longer possible
- Local activation of the anodically oxidized layer 12 by exposure of these surfaces 12 to electromagnetic radiation 15 , which enables these zones 22 to be colored later. When the anodically oxidized layer 12 is laser irradiated, the pores 23 are reopened by heating the water or cracking, so that the desired dye can be incorporated into the resulting pores 23 or cracks
- Coloring, in particular adsorptive coloring of the activated zones 22 of the surface 12
- Recompaction (sealing 21 ) of the surface 12 .

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit einfachen Mitteln eine Möglichkeit zur Erzeugung von Farbkontrasten 13 an anodisch oxidiertem Aluminium-Material 10 geschaffen, bei dem ohne Beschädigungen an der behandelten Oberfläche gute Ergebnisse der Farbkontraste 13, z. B. gute Beschriftungsergebnisse erzielt werden, bei gleichzeitiger Realisierung guter Oberflächeneigenschaften, wie guter Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit etc. Das neue Verfahren ist dabei einfach und wirtschaftlich durchführbar, gut in der Handhabung und liefert insgesamt deutlich bessere Ergebnisse als die bekannten Verfahren. Die Art und Weise der Erzeugung der Farbkontraste 13 ist dabei auch gut variierbar, und zwar über die Leistung und Geschwindigkeit des Lasers, sowie über dessen Fokussierung.With the method according to the invention, a possibility for producing color contrasts 13 on anodically oxidized aluminum material 10 is created with simple means, in which good results of the color contrasts 13 , e.g. B. good labeling results can be achieved, while at the same time realizing good surface properties, such as good corrosion resistance, wear resistance, etc. The new method is simple and economical to carry out, easy to use and overall delivers significantly better results than the known methods. The manner in which the color contrasts 13 are generated can also be varied well, specifically via the power and speed of the laser and via its focusing.

Als Beschriftungsmaterial wird vorzugsweise, wie erwähnt, anodisch oxidiertes Aluminium (Grundmaterial, speziell Al99,9 Mg Si) verwendet. Die oxidierte Aluminium-Randschicht wird nach dem GS-Verfahren (Gleichstrom-Schwefelsäure) erzeugt, wobei die dadurch erzeugte Struktur (hohe Porösität und ca. 15 µm Dicke) der Oxidschicht eine gute nachträgliche Einfärbbarkeit der Oberfläche liefert. Nach dem Einfärben werden die Oberflächen versiegelt, um die Farbe dauerhaft einzuschließen. Der Oberflächenzustand der erzeugten Oxidschicht richtet sich nach der Vorbehandlung der Oberfläche des Aluminiumgrundmaterials.As mentioned, anode is preferably used as the labeling material oxidized aluminum (base material, especially Al99.9 Mg Si) is used. The oxidized aluminum surface layer is made using the GS process (Direct current sulfuric acid), the one produced thereby Structure (high porosity and approx. 15 µm thickness) of the oxide layer a good provides subsequent colorability of the surface. After coloring the surfaces are sealed to make the color permanent to include. The surface condition of the oxide layer created depends on the pretreatment of the surface of the Aluminum base material.

Es werden zwei wesentliche Einfärbemethoden unterschieden. Es kann die Einfärbung der Oxidschicht elektrolytisch durch Einlagerung von Metall-Partikeln 17 (Sn, Cu) in den Porengrund 18 erfolgen. Darüber hinaus kann eine deutliche Färbung durch adsorptive Einlagerung geeigneter organischer Farbstoffe 19 in die Porenrandzone 20 erfolgen, s. auch die Fig. 2 der Zeichnung. Im Allgemeinen wird man diese beiden Methoden kombinieren. Ein Beispiel hierfür ist die Hämatit-Einfärbung (Zinn + organischer Farbstoff "tief schwarz H3LW" der Firma Clariant).A distinction is made between two main coloring methods. The oxide layer can be colored electrolytically by incorporating metal particles 17 (Sn, Cu) into the pore base 18 . In addition, a clear coloring can take place by adsorptive incorporation of suitable organic dyes 19 into the pore edge zone 20 , see FIG. also Fig. 2 of the drawing. In general, you will combine these two methods. An example of this is the hematite coloring (tin + organic dye "deep black H3LW" from Clariant).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die nicht eingefärbten oder eingefärbten, anodisch oxidierten Oberflächen 12 selektiv bestrahlt und nachträglich (erneut) eingefärbt. Dazu wird zunächst das blanke Aluminium anodisch oxidiert, ggf. eingefärbt und anschließend in heißem Wasser verdichtet. Beim Verdichten werden die Poren durch Hydratation des Aluminiumoxids und dadurch bedingte Volumenzunahme des Materials verschlossen. In diesem Zustand ist keine Farbaufnahme mehr möglich. Durch die anschließende Laserbestrahlung erfolgt eine "lokale Reaktivierung" der Schicht, die eine spätere Einfärbung dieser Zonen ermöglicht. Unter einer Reaktivierung wird verstanden, daß während der Bestrahlung eine erneute Öffnung der Poren 23 durch Ausheizen des Wassers bzw. eine Rißbildung an der Oberfläche eintritt; in die so entstandenen Poren 23 bzw. Risse kann der gewünschte Farbstoff eingelagert werden. Man wird im Allgemeinen von einer kombinierten Wirkung ausgehen. Anschließend werden die so reaktivierten Oberflächen nachträglich eingefärbt (z. B. über Tauchfärbung) und erneut verdichtet.In the method according to the invention, the non-colored or colored, anodized surfaces 12 are selectively irradiated and subsequently (again) colored. For this purpose, the bare aluminum is first anodically oxidized, colored if necessary and then compressed in hot water. When compacting, the pores are closed by hydration of the aluminum oxide and the resulting increase in volume of the material. Color recording is no longer possible in this state. The subsequent laser irradiation results in "local reactivation" of the layer, which enables these zones to be colored later. A reactivation is understood to mean that during the irradiation the pores 23 reopen by heating the water or cracking on the surface occurs; the desired dye can be incorporated into the resulting pores 23 or cracks. A combined effect will generally be assumed. Then the surfaces reactivated in this way are subsequently colored (e.g. by dip dyeing) and compacted again.

Die Auftragung der Schriftzüge erfolgt wie an konventionellen Beschriftungsanlagen im Vektor- bzw. Raster-Modus. Man unterscheidet dabei Plotter- und Scan-Systeme. Bei den Plotter-Systemen erfolgt die Vorschubbewegung durch das Werkstück über einen x-y-Verfahrtisch oder durch die Laseroptik (fliegende Optik). Bei den Scan-Systemen wird das Laserlicht durch galvanometer-betriebene Spiegel in X- und Y-Richtung abgelenkt. Der Laserstrahl wird anschließend durch eine Planfeldlinse fokussiert. Der Fokus liegt für jede beliebige Auslenkung in einer Ebene, so daß ebene Werkstücke beschriftet werden können.The lettering is applied as on conventional ones Labeling systems in vector or raster mode. One differentiates thereby plotter and scan systems. With the plotter systems this is done Feed movement through the workpiece via an x-y traversing table or through laser optics (flying optics). With the scan systems is the laser light by galvanometer-operated mirrors in X and Y direction deflected. The laser beam is then passed through a Planfeld lens focused. The focus is on any deflection on one level so that flat workpieces can be labeled.

Für beide Systeme kann durch die Verwendung der langbrennweitiger Optiken (Brennweite 150 bis 300 mm) die Tiefenschärfe vergrößert werden (3-10 mm), so daß die Beschriftung auch auf gekrümmte Oberflächen aufgebracht werden kann. Für die Beschriftung komplexerer 3D-Oberflächen bzw. zur Bearbeitung großer Flächen kann eine z-Achsen-Nachstellung anhand eines 3-Achs-Systems erfolgen. Dazu kann eine zusätzliche Achse integriert werden (Plotter- und Scan-System) oder beim postobjektiven Scan-System eine dynamische Fokusanpassung erfolgen. Die Ansteuerung der zusätzlichen Achse erfolgt dabei entweder "offline" über eine Software-Modul, in dem die Geometriedaten des Bauteils gespeichert werden, oder "online" durch eine Fokus-Abstandsmessung. Die mit einem Wegmeßsensor erfaßte Abstandsänderung wird entsprechend über die Z-Achse bzw. Fokus-Anpassung nachgeführt.For both systems, using the long focal length can Optics (focal length 150 to 300 mm) increases the depth of field be (3-10 mm), so that the lettering also on curved Surfaces can be applied. For labeling complex 3D surfaces or for processing large areas z-axis adjustment using a 3-axis system. An additional axis can be integrated (plotter and Scan system) or in the case of the post-objective scan system a dynamic one Focus adjustment done. The control of the additional axis is done either "offline" via a software module in which the Geometry data of the component can be saved, or "online" by a focus distance measurement. The detected with a displacement sensor Distance change is accordingly via the Z axis or Focus adjustment tracked.

Wird keine fokussierte Laserstrahlung verwendet, sondern erfolgt die Bestrahlung durch flächige Beleuchtung des Werkstücks, bietet sich die Verwendung von Masken an, die auf das Werkstück aufgebracht werden. If focused laser radiation is not used, it is used instead Irradiation through area lighting of the workpiece, the Use masks that are applied to the workpiece.

Wie bereits erwähnt, sind die dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens nur beispielsweise Verwirklichungen der Erfindung, diese ist nicht darauf beschränkt, es sind vielmehr noch mancherlei Abänderungen und Ausbildungen möglich. So ist insbesondere eine Behandlung von anderen als den dargestellten Oberflächen-Strukturen denkbar. As already mentioned, the illustrated embodiments of the inventive method only examples of realizations Invention, this is not limited to it, but it is various changes and training possible. So is in particular treatment other than those shown Surface structures conceivable.

Reference list

1010th

Aluminium-Material
Aluminum material

1111

Grundwerkstoff
Base material

1212th

anodisch oxidierte Oberfläche, Oxidschicht
anodized surface, oxide layer

1313

Farbkontrast
Color contrast

1414

bestrahlter Oberflächenbereich
irradiated surface area

1515

Laserstrahl (IR oder UV)
Laser beam (IR or UV)

1616

Beschriftung
labeling

1717th

Metall-Partikel (Sn, Cu)
Metal particles (Sn, Cu)

1818th

Porengrund
Pore bottom

1919th

organische Farbstoffe
organic dyes

2020th

Porenrandzone
Pore margin

2121

Versiegelung
sealing

2222

reaktivierte Zone (von reactivated zone (from

1212th

)
)

2323

Pore
pore

Claims

1. Method for producing color contrasts on aluminum material with surfaces anodically oxidized in particular by the direct current sulfuric acid (GS) method, which surfaces may already have been colored and are compacted by treatment with hot water, characterized by the following further method steps:

- Local reactivation of the anodically oxidized layer ( 12 ) by exposure to the surfaces ( 12 ) with electromagnetic radiation ( 15 ),
- Coloring, in particular adsorptive coloring, of the reactivated zones ( 22 ) of the surface ( 12 ),
- Recompaction (sealing) of the surface ( 12 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that before the first compression of the surface, a coloring of the oxide layer ( 12 ) by electrolytic incorporation of metal particles ( 17 ) in the pore base ( 18 ).

3. A method for producing color contrasts on anodized aluminum material according to one of claims 1 and 2, characterized in that the electromagnetic radiation ( 15 ) is formed by preferably focused laser light ( 15 ).

4. A method for generating color contrasts on anodized aluminum material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the exposure of the anodized surface ( 12 ) with electromagnetic radiation ( 15 ) for attaching a label ( 16 ) by a writing Movement of the light beam or using a mask.