AT264947B

AT264947B - Gegenstände aus Aluminiumlegierungen mit einer Oxydschicht mit lichtechter grauer Eigenfärbung

Info

Publication number: AT264947B
Application number: AT1024166A
Authority: AT
Original assignee: Alusuisse
Priority date: 1965-11-05
Filing date: 1966-11-04
Publication date: 1968-09-25

Description

Gegenstände aus Aluminiumlegierungen mit einer Oxydschicht mit lichtechter grauer Eigenfärbung
Für viele Verwendungszwecke des Aluminiums und seiner Legierungen werden die daraus hergestell- tenGegenstände anodisch oxydiert. Durch die anodische Oxydation, auch Anodisieren genannt, wird die auf dem Aluminium vorhandene natürliche Oxydhaut künstlich verstärkt, womit eine Steigerung der chemischen Beständigkeit und wegen der hohen Härte der künstlichen Oxydschicht auch eine Erhöhung des Abriebwiderstandes erzielt wird. Oft wird auf ein dekoratives Aussehen Wert gelegt, so z. B. für Schmuckgegenstände und Zierbeschläge aller Art, aber auch für Anwendung in der Architektur und im Fahrzeugbau.

Für die Anodisierbehandlung sind verschiedene Oxydationsverfahren bekannt. Am meisten wird das Gleichstrom-Schwefelsäure-Verfahren (GS-Verfahren) angewendet, weil es das wirtschaftlichste ist. Die mit dem GS-Verfahren erzeugten Oxydschichten sind auf den meistenAluminiumlegierungen farblos und durchsichtig.

Werden graue Dxydschichten gewünscht, so besteht die Möglichkeit, die farblosen GS-Oxydschich- ten mit einem organischen Farbstoff grau einzufärben. Erfahrungsgemäss sind aber auf diese Art grau ge- färbte Oxydschichten nicht genügend lichtbeständig und bleichen unter direkter Sonnenbestrahlung bald aus. Für graue Oxydschichten auf Aussenanwendungen werden deshalb in den letzten Jahren AluminiumSilizium-Legierungen mit 3 bis 5% Silizium verwendet, die beim Anodisieren nach dem GS-Verfahren Oxydschichten mit lichtechter grauer und selbst dunkelgrauer Eigenfärbung erhalten.

Die Graufärbung einer solchen Oxydschicht kommt dadurch zustande, dass das in feindisperser Verteilung in der Legierung enthaltene Silizium beim Anodisieren in die Oxydschicht eingebaut wird und einen Teil des einfallenden Lichtes absorbiert. Die Lichtabsorption ist umso stärker und damit die Graufärbung der Oxydschicht umso intensiver, je feiner das Silizium verteilt ist und je dicker die Oxydschicht ist. Die Siliziumverteilung wird durch die Wärmebehandlung stark beeinflusst ; so hat eine Erwärmung des Werkstoffes auf etwa 5000C oder höher eine Vergröberung der Siliziumausscheidungen und damit eine Aufhellung des Grautones zur Folge.

Die hohe Temperaturempfindlichkeit der Aluminium-Silizium-Legierungen in bezug auf die Graufärbung Ihrer Oxydschichten erfordert engbegrenzte Erwärmungsbedingungen bei der Warmverformung und schliesst eine optimale Glühbehandlung zur Erzielung maximaler Festigkeitseigenschaften überhaupt aus. Im weiteren wirkt sich der Umstand, dass die in den Aluminium-Silizium-Legierungen in die Matrix eingebetteten relativ harten Siliziumkristalle eine starke Scheuerwirkung aus- üben, nachteilig aus, indem sie einen beachtlichen Werkzeugverschleiss insbesondere auch beim Strangpressen, verursachen können. Um den Werkzeugverschleiss beim Strangpressen dieser Aluminium- Silizium-Legierungen nicht übermässig hoch werden zu lassen, muss man die Pressgeschwindigkeit verhält- nismässig niedrig halten.

Eine hohe Pressgeschwindigkeit ist hier auch schon deshalb nicht zulässig, weil

sich die Profile infolge der erhöhten Reibung an der Matrizenwandung beim schnellen Pressen oberflächlich über die noch zulässige Temperatur erhitzen würden und beim Anodisieren zu helle Oxydschichten erhielten.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gegenständen aus Aluminiumlegierungen, auf denen durch anodische Oxydation in einem an sich bekannten Elektrolyten auf Schwefelsäurebasis eine Oxydschicht mit lichtechter grauer Eigenfärbung erzeugt wird. Dieser Elektrolyt kann einfach aus einer wässerigen Schwefelsäurelösung bestehen, ouer noch einen Zusatz weiterer Säuren, z. B. Oxalsäure, oder mineralischer Salze, z. B. Aluminiumsulfat, enthalten. Diese Anodisation kann wie üblich mittels Gleichstrom, aber auch mittels Wechsel-oder Wellenstrom durchgeführt werden.
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die vor ihrer Warmverformung durch Walzen, Strangpressen oder Schmieden bei einer Temperatur zwischen 5500C und der Solidustemperatur der Legierung, vorzugsweise zwischen 5700 und 6200C während 1 bis 24 h, vorzugsweise 2 bis 12 h geglüht worden sind.

Bei den erfindungsgemäss verwendeten Legierungen kann es sich um aushärtbare Legierungen han- deln, die einen Magnesiumzusatz, z. B. bisl%, erhaltenhaben, d. h. Legierungen der Gattung AlMgSi mit den erwähnten Zusätzen von Eisen, Chrom und Mangan, oder um nicht aushärtbare Legierungen, die aus Reinaluminium mit den genannten Zusätzen von Silizium, Eisen, Chrom und Mangan bestehen.

Selbstverständlich können diese Legierungen neben den erwähnten, für die Erzeugung der Grauschicht erforderlichen Elementen, noch weitere Elemente als Verunreinigungen oder auch weitere innerhalb bestimmte Grenzen zugegebene Zusätze, z. B. bis 0, 1%, vorzugsweise etwa 0, 021o Titan zur Kornver- feinerung, enthalten.
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Es hat sich gezeigt, dass infolge der raschen Abkühlung bei dem heute üblicherweise angewendeten Stranggiessverfahren bei der Erstarrung ein grösserer Anteil der den Aluminiumlegierungen zugesetzten
Elemente durch Unterkühlung in fester Lösung gehalten werden als ihrer Löslichkeit im Gleichgewichtszustand dicht unter der Solidustemperatur entspricht. Durch Glühen der gegossenen Barren gelingt es, das überschüssig gelöste Element in der für die Grauanodisierung erwünschten feindispersen Form elementar oder als intermetallische Verbindungen aus dem Mischkristall auszuscheiden.

DieAusscheidung der silizium- und eisenreichen Bestandteile geht sehr langsam und in annehmbarer Frist erst bei Temperaturen über 5500C vor sich. Vorzugsweise erfolgt die Barrenglühung bei einer Temperatur zwischen 570 und 620 C, wobei eine Glühdauer von weniger als 12 h meistens ausreicht. Durch eine weitere Steigerung der Temperatur lässt sich der Ausscheidungsvorgang noch beschleunigen ; man läuft aber dann, besonders wenn es sich um Aluminium-Silizium-Magnesium-Legierungen handelt, Gefahr, die Barren zu überhitzen. Der Chromgehalt und der Mangangehalt wirken sich auf die Form und den Verteilungsgrad der polymetallischen Ausscheidungen in dem Sinne günstig aus, dass sie zu einer Vertiefung des Grautons der Oxydschicht führen.

Obwohl keine quantitativen Angaben über die genaueArt und Zusammensetzung der Ausscheidungen gegeben werden können, so haben doch Untersuchungen mit der Mikrosonde auf einer Legierung, welche 0, 58% Si, 0, 601o Fe, 0, 32% min, 0, 04% Cr und 0, 47% Mg enthält, stranggegossen und während 6 h bei 6000C geglüht wurde, gezeigt, dass in der Matrix Anhäufungen in der Grösse von eins bis einige Mikron feststellbar sind, die neben Aluminium Eisen, Silizium und Mangan enthalten, was auf die Gegenwart von ternären Verbindungen wie Al-Fe-Si oder Al-Si-Mn oder auch von quaternären Verbindungen Al-Si-Fe-Mn hindeutet. Infolge des sehr geringen Cr-Gehaltes konnte dessen Verteilung mit der Mikrosonde nicht erfasst werden.

Es wurde jedoch durch Anodisationsversuche festgestellt, dass auf Proben ohne Cr-Zusatz, d. h. mit dem üblichen, als normale Verunreinigung geltenden Cr-Gehalt von etwa 0,001 bis 0, 003% der Grauton der Oxydschicht bedeutend heller ausfällt, so dass bei der erfindungsgemässen Zusammensetzung das bekanntlich sehr schwach lösliche Chrom zuerst ausscheiden und als Keim für die Weiterausscheidung wirken dürfte.

Wie bei den Aluminium-Silizium-Legierungen mit 3 bis 5% Silizium tritt auch bei den erfindungsgemäss verwendeten Legierungen bei langem Glühen bei hoher Temperatur eine Vergröberung der Ausscheidungen auf, was eine Aufhellung der Oxydschichten zur Folge hat. Die Vergröberung der siliziumund eisenreichen Ausscheidungen geht aber bedeutend langsamer vor sich und erfordert höhere Tempera-

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Claims

-verformungen zulässt.PAT ENTA NSPR ÜCHE : 1. Verwendung von stranggegossenen Aluminfumlegierungen mit 0,5 bis 2% Silizium, 0,3 bis 1% Eisen, 0, 1 bis 0, 8% Mangan und 0,01 bis 0, 4% Chrom, die vor ihrer Warmverformung durch Walzen, Strangpressen oder Schmieden während 1 bis 24h bei einer Temperatur zwischen 5500 C und der Solidustemperatur geglüht wurden, zur Herstellung von Gegenständen, auf denen durch anodische Oxydation in einemElektrolytenaufSchwefelsäurebasis mittelsGleich-,Wechsel- oder Wellenstrom eine Oxydschicht mit lichtechter grauer Eigenfärbung erzeugt wird.

2. Verwendung einer Aluminiumlegierung mit einem Siliziumgehalt zwischen 0,6 und 1,5% für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Aluminiumlegierung mit einem Eisengehalt zwischen 0,4 und 0,7% für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Aluminiumlegierung mit einem Mangangehalt zwischen 0,2 und 0,6 für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung einerAluminiumlegierung mit einem Chromgehalt zwischen 0,01 und 0,1% fur den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung einer Aluminiumlegierung mit einem zusätzlichen Magnesiumgehalt bis zu 1% für den Zweck nach Anspruch 1. EMI4.1 Ti für den Zweck nach Anspruch 1.

8, Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobeidie gegossenen Barren einer Glühbehandlung bei einer Temperatur zwischen 570 und 620 C während 2bis 12h unterworfen wurden, für den Zweck nach Anspruch 1.