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Verfahren zur Herstellung von hochglänzenden Oberflächen auf Gussstücken aus Aluminium oder
Aluminiumlegierungen
Zu den wertvollsten Eigenschaften des Aluminiums und seiner Legierungen, insbesondere von solchen hohen Reinheitsgrades, gehört die Fähigkeit, unter Anwendung geeigneter Verfahren ihr Reflexionsvermögen erheblich zu steigern, so dass es dem des Silbers sehr nahe kommt. Durch Aufbringung einer chemisch oder anodisch erzeugten transparenten Oxydschicht lässt sich die erzielte Oberflächenverbesserung praktisch unbegrenzt haltbar machen. Es versteht sich, dass ein so behandeltes Aluminium ein vorzüglich geeigneter Werkstoff für dekorative Zwecke ist und daher in immer steigenderem Masse auf allen Gebieten Verwendung findet, wo ein ansprechendes glänzendes Aussehen erwünscht ist.
Beispielsweise sei auf die Verwendbarkeit des Aluminiums für Reflektoren, Beschlagteile und Ausrüstungsgegenstände, im Fahrzeugbau, in der Architektur, für Gebrauchsgegenstände, wie Küchengeräte u. dgl., auch für Schmuck, der oft nur noch schwer von solchem aus Edelmetall zu unterscheiden ist, hingewiesen. Derartige Gegenstände sind jedoch fast ausschliesslich aus geknetetem Aluminium oder dessen Legierungen, d. h. aus gewalztem, gepresstem oder geschmiedetem Material gearbeitet, obwohl es in vielen Fällen wirtschaftlicher und zweckmässiger wäre, sie im Formguss herzustellen.
Diese Möglichkeit scheiterte an den nicht genügend befriedigenden Ergebnissen bei Anwendung der bisher bekannten Verfahren zur Glänzbehandlung auf Gussteile, denn ihre Oberflächen weisen insbesonders nach der auf chemischen oder elektrochemischen Wege erfolgten Schutzoxydation Trübungen, matte Stellen und Flecke auf, die das Aussehen solcher Werkstücke beeinträchtigen. Die Ursache hiefür ist in der Eigenart des Gussgefüges zu suchen, das sich ja bekanntlich von dem Gefüge gekneteten Materials wesentlich unterscheidet.
Es ist bereits bekannt, dem nachteiligen Einfluss des Gussgefüges bei der Glänzbehandlung z. B. durch Homogenisieren des Gussstückes vor der Oberflächenbehandlung zu begegnen. Die auf diese Weise zu erzielenden Reflexionswerte sind jedoch auch noch unzureichend, da sie erheblich unter denen von geknetetem Material liegen.
Es wurde nun die überraschende Feststellung gemacht, dass hochglänzende Oberflächen auf Gussstücken aus Aluminium und Aluminiumlegierungen erhalten werden können, deren Güte dem üblichen Reflexionsvermögen von geknetetem Material durchaus gleichwertig ist, wenn die Gussstücke vor ihrer Glänzbehandlung durch genügend langzeitige Glühung bei über der Homogenisierungstemperatur nahe unterhalb, vorzugsweise bei etwa 10-300 C unter der Solidustemperatur liegenden Temperaturen vorbehandelt werden und ihr Gefüge auf diese Weise in den Rekristallisationszustand übergeht. Bekanntlich beruht die Rekristallisation des Gussgefüges darauf, dass nach Überführung der im Aluminium enthaltenen Beimengungen in die feste Lösung und durch Ausgleich gewisser bestehender Konzentrationsunterschiede eine Korngrenzenverschiebung erfolgt.
Somit ist die im Vergleich zu nur homogenisiertem Material erzielte weitere Verbesserung der Oberflächengüte von Gussstücken erfindungsgemäss durch die auf der Rekristallisation beruhenden Gefügeumwandlung bewirkt. In Temperaturbereichen, die eine Rekristallisation nicht hervorrufen, konnte auch die überaschende Erhöhung der Reflexionswerte an Aluminiumgussstücken nicht festgestellt werden.
Die Temperaturen, die für diese Glühbehandlung erforderlich sind, sind abhängig von der Zusammensetzung des Werkstoffes, während die Dauer der Behandlung so zu bemessen ist, dass der rekristallisierte Zustand infolge der Gefügeumwandlung mit Sicherheit eingetreten ist. Die Behandlungstemperatur zur Herbeiführung der Rekristallisation liegt über der Temperatur, bei der nur eine Homogenisierung erfolgt und unterhalb der Solidustemperatur, so dass noch keine Erweichung des Werkstoffes eintritt.
In weiterer Ausbildung des erfindungsgemässen Verfahrens wird nach vorausgegangener Rekristallisation an Stelle der an sich bekannten,
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die durch das erfindungsgemässe Verfahren gegebene Verwendbarkeit von rekristallisierbaren Aluminium-Magnesium bzw. Aluminium-Magnesum-Silizium-Gusslegierungen folgender Zusammensetzung : 0 bis 2, 5% Magnesium, 0 bis 0, 2 /o
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Eisen.
Durch die nachstehend angegebenen Beispiele soll das erfindungsgemässe Verfahren erläutert und damit der dadurch erzielte technische Fort- schritt dargelegt werden.
Beispiel 1 : a) eine Aluminiumlegierung be- stehend aus 2,01% Magnesium, 0, 120/o Silizium und 0, 035% Eisen, Rest Aluminium, wurde zu einer Platte von 200 X 100 X 24 mm vergossen und diese in 6 gleich grosse schmale Streifen zerlegt.
Dann wurden je ein Streifen unter dem in der folgenden Tabelle angegebenen Bedingungen wärmebehandelt. Nach der Wärmebehandlung wurden die Proben unter gleichen Bedingungen poliert, chemisch geglänzt und anschliessend mit einer 5# dicken anodisch aufgebrachten transparenten Oxydschicht versehen. Der bei den 6 Proben aufgetretene unterschiedliche Glanz der Oberfläche wurde durch Messung der gerichteten Reflexion, die ein Massstab für die Güte der erzeugten Oberfläche darstellt, zahlenmässig bestimmt.
Die erhaltenen Werte sind ebenfalls aus der Tabelle ersichtlich. b) Eine 1 mm dicke Blechprobe der gleichen Zusammensetzung wurde unter den für die 6 Proben angewendeten Bedingungen poliert, chemisch geglänzt und anschliessend mit einer 5 ss dicken anodisch aufgebrachten Oxydschicht versehen.
Darauf wurde wiederum das Reflexionsvermögen (gerichtete Reflexion) der so behandelten Probe bestimmt. (Vgl. hiezu die Tabelle.)
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<tb>
<tb> Proben <SEP> Wärmebehandlung <SEP> Gefüge <SEP> der <SEP> Proben <SEP> gerichtete <SEP> Reflexion
<tb> in"/,) <SEP> nach <SEP> Clänzbeband- <SEP>
<tb> lung <SEP> u. <SEP> anodischer
<tb> Oxydation
<tb> a) <SEP> Gussproben
<tb> 1 <SEP> Gusszustand <SEP> sehr <SEP> feines <SEP> Gefüge <SEP> 46
<tb> 2 <SEP> 8 <SEP> Std. <SEP> bei <SEP> 5500C <SEP> Homogenisierung <SEP> ohne <SEP> 57
<tb> Anzeichen <SEP> einer <SEP> j <SEP>
<tb> Rekristallisation
<tb> 3 <SEP> 1 <SEP> Std. <SEP> bei <SEP> 6000C <SEP> 62
<tb> 4 <SEP> 8 <SEP> Std. <SEP> bei <SEP> 6000C <SEP> nahezu <SEP> gleiches <SEP> Rekristal- <SEP> 74 <SEP>
<tb> 5 <SEP> 15 <SEP> Std. <SEP> bei <SEP> 6000C <SEP> lisationsgefüge <SEP> ;
<SEP> ursprüng- <SEP> 75 <SEP>
<tb> liches <SEP> Gussgefüge <SEP> völlig
<tb> 6 <SEP> 20 <SEP> Std. <SEP> bei <SEP> 600 C <SEP> 76
<tb> verschwungen, <SEP> dei <SEP> sichtbaren <SEP> Kristalle <SEP> um <SEP> ein
<tb> vielfaches <SEP> vergrössert,
<tb> die <SEP> Korngrenzen <SEP> nahezu <SEP>
<tb> geradlinig <SEP> verlaufend
<tb> b) <SEP> Blechprobe
<tb> - <SEP> - <SEP> 62 <SEP>
<tb>
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Wie aus den in der Tabelle angegebenen Reflexionswerten ersichtlich, ist bei den unter- suchten Proben durch eine Homogenisierungsglühung während 8 Stunden bei 550 C bzw.
1 Stunde bei 6000 C (Proben 2 und 3) im Ver- gleich zum nichtwärmebehandelten Material (Probe 1) eine Verbesserung der Oberflächengüte von 24% bzw. 35% erreicht worden.
Die durch die Rekristallisationsglühung erzielbare Verbesserung liegt dagegen weit höher, was den Fortschritt der erfindungsgemässen Wärmebehandlung aufzeigt. Die Zunahme der Reflexionswerte beträgt bei den 3 rekristallisierten Proben 4 bis 6 die 8,15 und 20 Stunden bei 600 C behandelt worden sind, gegenüber der Probe im Gusszustand (Probe l) 61 bzw. 63 bzw. 65%.
Weiterhin ist aus der Tabelle ersichtlich, dass der 62% betragene Reflexionswert des Probebleches b) von den erfindungsgemäss behandelten Gussproben sogar erheblich, nämlich um 12 bis 14% übertroffen wird, was insbesondere die Fortschrittlichkeit des Verfahrens bei Anwendung auf nicht hochreine Aluminiumwerkstoffe erkennen lässt.
Beispiel 2 : Ein Gussstück der AluminiumMagnesium-Legierung oben angegebener Zusammensetzung wurde bei 6000 C während 15 Stunden geglüht, dann mit handelsüblicher Polierpaste vorpoliert, dann in einer Aufschlämmung von Wiener Kalk in Wasser fertigpoliert. Anschliessend wurde die Gussprobe in üblicher Weise in 20"/tiger Schwefelsäure bei 18 C während 10 Minuten unter Anwendung einer Stromdichte von 1, 5 Afdm2 anodisch oxydiert. Die Probe wies eine gerichtete Reflexion von 81% auf.
Beispiel 3 : Eine Gussprobe der gleichen Aluminium-Magnesiumlegierung wurde nach der während 15 Stunden bei 600 C durchgeführten Glühbehandlung wiederum trocken vorpoliert, anschliessend in 10%piger Natronlauge von 50 bis 60 C während 30 Sekunden gebeizt und schliesslich in einer wässerigen Aufschlämmung von Wiener Kalk fertigpoliert.
Nach der anodischen Oxydation der Probe unter den aus Beispiel 2 ersichtlichen Bedingungen ergab die Mes-
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verschiedenen Bedingungen vorbehandelten Gussproben ist ersichtlich, dass durch die erfindungsgemäss durchgeführte Vorbehandlung, die nach der Rekristallisation ausser dem Vorpolieren mittels Polierpasten noch ein Fertigpolieren mit einer Aufschlämmung von Poliermitteln in Flüssigkeiten einbezieht, im Vergleich zu einer rekristallisierten, vorpolierten und chemisch geglänzten Probe eine Steigerung des Reflexionsvermögens von 76 auf 810/0 erzielt wurde. Eine zusätzliche Beizung der Probe, die nach der Rekristallisation zwischen Vorpolieren und Fertigpolieren eingeschaltet wurde, erbrachte eine
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PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von hochglänzenden Oberflächen auf Gussstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gussstücke vor der in beliebiger Weise durchzuführenden Glänzbehandlung bei nahe unterhalb, vorzugsweise bei etwa 10 bis 300 C unter der Solidustemperatur des zu behandelnden Gussstückes liegenden Temperaturen in den rekristallisierten Zustand übergeführt werden, wobei die Behandlung so lange vorzunehmen ist, bis der durch die Gefügeumwandlung feststellbare rekristallisierte Zustand mit Sicherheit eingetreten ist.