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Verfahren zur Erhöhung der Haftfestigkeit organischer Stoffe auf Aluminium und seinen Legierungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chemischen Vorbehandlung von Werkstoffen aus Aluminium und seinen Legierungen mit dem Ziel, die Haftfestigkeit einer Klebeverbindung zwischen Metall und Me- tall oder zwischen Metall und einem organischen Stoff zu erhöhen.
'Solche Massnahmen spielen in der Technik eine Rolle, beispielsweise bei der Herstellung von Metall-
Metall-Verklebungen, bei der Laminierung von Metallen mit Kunststoffolien, beim Überziehen von Metallen mitLacken oder flüssigen Kunststoff-Dispersionen oder bei Metall-Gummi-Verklebungen. Die Verwendung der handelsüblichen Klebstoffe gestattet allein noch nicht die jeweils möglichen maximalen Bindefestigkeiten zu erreichen, vielmehr ist es meist erforderlich, die Metalloberflächen mechanisch oder chemisch vorzubehandeln.
Es sind bereits Haftgrundierungen für Aluminium und Aluminiumlegierungen bekannt, die z. B. den Zweck erreichen, eine gute Verbindung zwischen Metall und Metall herbeizuführen. Ebenso sind Haftgrundierungen bekannt, die eine vorteilhafte Metall-Gummi-Verbindung bewerkstelligen, Andere Verfahren wieder ermöglichen eine innige Befestigung von Metall und Lack bzw. Metall und Kunststoff. Die Erfindung hat sich nun zur Aufgabe gestellt, eine Haftgrundierung zu schaffen, die bei AluminiumWerkstoffen für alle genannten Verbindungsarten zugleich anwendbar ist und bei der die Zeit zwischen Behandlung und Verklebung bzw. Auftragung des Kunststoffes oder Lackes usw. möglichst gross sein darf.
Ferner muss für alle genannten Anwendungszwecke die erforderliche Haftfestigkeit erreicht werden.
Es ist bereits bekannt, für das Verkleben von Aluminium mit Aluminium eine wässerige Lösung anzuwenden, die aus 27,5 Gew.-% Schwefelsäure und 7,5 Gew.-% Natriumdichromat besteht. Dieses unter dem Namen Pickling- Prozess bekanntgewordene und vielfach angewendete Verfahren besitzt nicht nur den Nachteil, nur für eine bestimmte Verklebungsart - nämlich Aluminium-Aluminium - vorteilhaft anwendbar zu sein, sondern setzt darüber hinaus auch noch voraus, dass zwischen Behandlung und Verklebung nur eine kurze Zeitspanne liegen darf. Ferner verbraucht sich die Lösung verhältnismässig rasch und kann nicht regeneriert werden, so dass sie nach Erschöpfung beseitigt werden muss, was bei diesem chroIÌ1säurehdltigen Mittel wegen der Abwasserverunreinigung zu erheblichen Schwierigkeiten führt.
Es ist weiterhin ein Verfahren zur Verbesserung der Haftfestigkeit bekanntgeworden, bei dem die Aluminium-Gegenstände durch Tauchen in einer wässerigen, 1-15 Gew.-lo Flusssäure und/oder deren Alkali-oder Ammoniumsalze sowie 15-30 Gew.-% Salperersäure und/oder deren Alkali- oder Ammoniumsalze enthaltenden Lösung angebeizt, dann mit Wasser gespült und anschliessend mit einer wässerigen, 5-10 Gew. -0/0 Alkalidichromat und 15-30 Gew.-lo Schwefelsäure enthaltenden Lösung passiviert werden.
Dieses Verfahren weist unter anderem den Nachteil auf, dass seine Anwendung wegen der in der Lösung enthaltenden Flusssäure bzw. der Salze gefährlich ist.
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Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden die gereinigten Aluminium-Werkstoffe für die Ver- bindung mit organischen Stoffen dadurch vorbehandelt, dass sie mit einer wässerigen Lösung folgenden
Gehaltes zusammengebracht werden :
5-20, vorzugsweise 8-12 Gew.-% Kupfersulfat,
0, 5-2, vorzugsweise 0, 8-1, 2 Gew.-% Schwefelsäure.
Die Behandlung erfolgt etwa 30 min lang bei 60 10 C. Eine Bewegung im Bad ist vorteilhaft, aber nicht unerlässlich. Nach kurzem Spülen in kaltem Wasser werden die Teile in zuiger kalter Salpeter- säure 10-20 min lang nachbehandelt. Der Endpunkt ist dadurch gegeben, dass das am Aluminium nieder- geschlagene Kupfer sich wieder abgelöst hat. Sodann wird gespült und getrocknet. Die Teile sind damit zur Weiterverarbeitung durch Kleben usw. bereit. Das Bad kann bei Bedarf leicht durch Zusatz von festem Kupfersulfat regeneriert werden. Die Konzentration kann leicht kolorimetrisch bestimmt werden.
Erfindungsgemäss wird die Haftgrundierung für alle Arten von Verklebungen angewendet.
Das erfindungsgemässe Verfahren stellt eine besonders universelle Methode dar. Es ergibt sowohl bei Klebeverbindungen von Aluminium mit Aluminium-Werkstoffen als auch für Lack- und Kunststoffbeschichtungen auf Aluminium-Werkstoffen Festigkeiten, die den mit bekannten Methoden erzielbaren überlegen sind.
Ausserdem ist das Verfahren wohlfeil und einfach in der Anwendung. Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass damit präparierte Flächen vor der weiteren Verarbeitung bis zu mehreren Tagen aufbewahrt werden können, ohne dass die Haftfestigkeit zurückgeht. Dies spielt für einen rationellen Fertigungsprozess im Hinblick auf Stillstandszeiten an Wochenenden eine grosse Rolle. Schliesslich sind die verwendeten Chemikalien verhältnismässig ungefährlich. Eine Regenerierung ist möglich, wobei die Konzentrationsbestimmung durch bekannte Analysenverfahren in einfacher Weise durchgeführt werden kann.
Bei der Herstellung von Metallschiern ist es oft erforderlich, auf ein-und dasselbe Aluminiumblech Holz, Metall, Gummi, Lacke und Kunststoffe festhaftend aufzubringen. Dieses Blech kann nun erfindungsgemäss in ein-und demselben Bad vorbehandelt werden, was wirtschaftlich besonders bedeutungsvoll ist.
An sich sind zur Behandlung von Aluminium oder Aluminiumlegierungen saure Bäder bekannt, die eine geringe Menge an Kupfersalz enthalten. Diese Bäder dienen ausschliesslich zur Erzeugungvonglänzenden Oberflächen. Die Aufgabe der vorbekannten Bäder ist somit eine ganz andere als beim erfindung- gemässen Verfahren, bei dem die Gehalte an Kupfersulfat wesentlichhöherliegen als bei den Verfahren, die zur Glanzerzeugung dienen und die eine viel höhere Säurekonzentration benötigen. Eine Nachbehandlung mit 301niger kalter Salpetersäure kommt bei den bekannten Verfahren (deutsche Patentschrift Nr. 804054 und franz. Patentschrift Nr. 1. 011. 086), die auf das Polieren von Aluminium gerichtet sind, nicht in Betracht.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemässe Verfahren beschrieben : Beispiel l : Blechstreifen der Abmessung 120 X 40 X 0,5 mm aus einer Legierung mit etwa zoo Kupfer, 2% Magnesium, 6, 5 0 Zink, Rest Aluminium, wurden durch Beizen in Natronlauge und Salpetersäure in bekannter Weise gereinigt. Anschliessend wurden die Proben in einer Lösung aus 100/0 Kupfersulfat CuSO4. 5H O und 1% Schwefelsäure 30 min lang bei 600 C behandelt. Nach dem Herausnehmen waren die Streifen mit punktförmigen Abscheidungen von metallischem Kupfer bedeckt und fühlten sich deutlich rauh an.
Die Proben wurden gewaschen und anschliessend 10 min lang in kalter zuiger Salpetersäure behandelt, wobei das Kupfer wieder in Lösung ging. Nach Abwaschen und Trocknen wurden jeweils zwei Streifen mit einem handelsüblichen Zweikomponenten-Kleber auf Basis Phenolharz unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur verklebt.
Im Parallelversuch wurden weitere Blechstreifen statt nach dem erfindungsgemässen Verfahren nach dem eingangs erwähnten Pickling-Prozess bei 600 C 30 min lang behandelt und im übrigen wie beschrieben verarbeitet.
Die verklebten Proben wurden mit Hilfe einer Zerreissmaschine auf Schälung beansprucht und die Schälkraft nach DIN-Entwurf 53282, Ausgabe Juli 1963., als Mass für die Festigkeit der Klebeverbindung registriert. Es ergaben sich die folgenden Werte :
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EMI3.1
<tb>
<tb> Erfindungsgemässes <SEP> Verfahren <SEP> Pickling-Prozess
<tb> Probe <SEP> Nr. <SEP> Schälkraft <SEP> in <SEP> Probe <SEP> Nr. <SEP> Schälkraft <SEP> in
<tb> kp/cm <SEP> kp/cm <SEP>
<tb> 1 <SEP> 6,5 <SEP> 1 <SEP> 6, <SEP> 3
<tb> 2 <SEP> 6,5 <SEP> 2 <SEP> 5,0
<tb> 3 <SEP> 6,5 <SEP> 3 <SEP> 5,4
<tb> Mittelwert <SEP> 6, <SEP> 5 <SEP> Mittelwert <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wurde also eine deutlich bessere Schälfestigkeit erzielt.
Beispiel 2 : l, 5 mm dicke Bleche aus Reinaluminium (99, 50/0 Al) wurden in verschiedener Weise vorbehandelt und anschliessend unter Verwendung eines üblichen Epoxydharzklebers mit Folien aus WeichPVC kaschiert. Die Folien wurden in einer Plattenpresse bei erhöhter Temperatur unter sonst konstanten Bedingungen mit der Metallunterlage verbunden.
Im Zugschälversuch wurden an den fertigen Proben folgende Festigkeitswerte gemessen (Mittelwerte aus drei Einzelmessungen) :
EMI3.2
<tb>
<tb> Vorbehandlung <SEP> Schalfestigkeit <SEP> in <SEP> kp/cm
<tb> unbehandelt <SEP> (walzblank) <SEP> 1, <SEP> 3
<tb> mit <SEP> Perchloräthylen <SEP> entfettet <SEP> 1, <SEP> 3
<tb> alkalisch <SEP> gebeizt <SEP> 1, <SEP> 9
<tb> chromatiert <SEP> ("Alodine <SEP> 100") <SEP> 1, <SEP> 5
<tb> nach <SEP> dem <SEP> erfindungsgemässen <SEP> 2, <SEP> 9
<tb> Verfahren <SEP> gemäss <SEP> Beispiel <SEP> 1
<tb> behandelt,
<tb>
Auch hier ergab sich also eine deutliche Überlegenheit der Vorbehandlung nach dem erfindungsgemässen Verfahren.
Beispiel 3: Drei 0,8 mm dicke Blechstreifen aus einer Aluminiumlegierung mit 3% Magnesium wurden wie folgt behandelt :
Blech a) mechanisch entfettet durch Abreiben mitwiener Kalk in Wasser
Blech b) gebeizt in Natronlauge
Blech c) gebeizt in Natronlauge, anschliessend nach dem erfindungsgemässen Verfahren behandelt.
Die Proben wurden mit einem pigmentierten Einschichtlack in einer Dicke von 40 IL überzogen.
Die Haftfestigkeit des Lackes nahm von den Proben a über b nach c deutlich zu, wie sich durch Kratzen mit einem spitzen Metallgegenstand zeigen liess. Ferner tratnach achtstündigem Kochen in destilliertem Wasser bei den Proben a und b eine leichte Bläschenbildung auf, während die Probe c intakt blieb.
Beispiel 4: Aluminiumbleche wurden nach dem Pickling-Prozess und nach dem erfindungsgemä- ssen Verfahren vorbehandelt und daraufhin einer Plastisolbeschichtung unterzogen, indem sie in ein Bad eingetaucht wurden, das in Weichmachern dispergiertes PVC enthielt, worauf die Beschichtung bei 1800 C eingebrannt wurde. Während das nach dem Pickling-Prozess vorbehandelte Blech eine Zugschäl- kraft von < 0, 1 kp/cm aufwies, zeigte das nach dem erfindungsgemässen Verfahren vorbehandelte Blech eine Zugschälkraft von 0,5 kp/cm (Mittelwerte aus jeweils vier Messungen).
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