Aluminiumlegierung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, die insbesondere zur Erzeugung von Alumi niumstrangpnessteilen mit farbigen anodischen Oxyd überzügen geeignet ist.
Es ist bekannt, durch Verfahren, welche gleichmässig gefärbte Überzüge erzeugen, Aluminium mittels anodischer Behandlung zu färben, wobei diese Überzüge von farblosen Überzügen unterschieden werden, welche später gefärbt oder mit Pigment versehen werden. Zur anodischen Färbung werden wässrige Elektrolyte verwendet, welche Sulfationen und irgendeine Säure von bestimmten aromatischen Sulfonsäuren enthalten, die durch Hydroxyl- oder Carboxylgruppen oder Kombinationen von Hydroxyl- und Carboxylgruppen substituiert sind. Wird Aluminium als die Anode in einem elektrischen Stromkreis, welcher den Elektrolyten einschliesst, verwendet, können gleichmässig gefärbte anodische Oxydüberzüge in Farben vom lichten Gold bis zu Schwarz gebildet werden.
Das Verfahren kann im we- sentlichen auf alle Formen von Aluminium angewendet werden, wird jedoch am meisten zur Behandlung von Blechen und Strangpressteilen angewendet, insbesondere von Blechen und Strangpressteilen, welche für bauliche Zwecke verwendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, auf der solche gleichmässig gefärbten Überzuge mit ausgezeichneten Resultaten angebracht werden können.
Obgleich es einfach ist, im Laboratoriumsmassstab gefärbte anodische Oxydüberzüge herzustellen, entstehen viele Schwierigkeiten, wenn sie für die gewerbliche Verwertung hergestellt werden. So ist es schwierig, eine Reihe von farbanodisierten Gegenständen herzustellen, welche genau zueinander passen. So ist les z. B. schwierig, wiederholt eine Anzahl von farbanodisierten Strangpressteilen herzustellen, welche die gleiche Farbe, Struktur und Glanz besitzen, mit anderen Worten das gleiche Aussehen haben, so Idass sie, wenn sile nebeneinander aufgestellt werden, völlig zueinander passen. Ein anderes Problem ist, Farben herzustellen, welche, auch wenn die verwendeten Legierungen verschieden sind, miteinander anwendbar sind.
Typisch für dieses Problem ist es, farbanodisierte Bleche als Blendwände in Verbindung mit farbanodisierten Strangpressteilen zu verwenden, wobei die letzteren als Türrahmen, Zwickel, Riegel, Säulenverkleidungen oder zu ähnlichen Zwecken verwendet werden.
Geeignete Metalle zum Strangpressen besitzen gewöhnlich eine andere Zusammenstellung als Metalle, die geeignet sind zum Verwalzen, und sile zeigen ein verschiedenes Verhalten gegenüber Bedingungen der anodischen Oxydation. Infolge verschiedener Mikrostrukturen können sogar Gegenstände einer Bauserie aus dem gleichen Metall auf die anodische Oxydation verschieden ansprechen. Strangpressteile einer Bauserie können sich infolge von geringen Unterschieden in der thermischen Behandlung des Teiles oder des Barrens, aus welchem es geformt ist, verschieden verhalben. Diese Unterschiede in der Struktur führen zu verschiedenem Aussehen der anodisch oxydierten Strangpressteile, auch wenn die Barren, aus welchen die Strangpnessteile geformt sind, von einheitlicher Zusammensetzung waren.
Es ist schwierig, allgemein gesagt, durch anodische Oxydation dunklere Farben auf Legierungen zu erhalten, welche auf Grund ihrer Beschaffenheit geeignet zum Strangpressen sind. So ist z. B. die Legierung, welche von der Aluminium Association of Americaa die Bezeichnung Legierung 6063 > erhielt, eine vielverwendete Strangpresslegierung. Sie hat die folgende Zusammensetzung: Si: 0,2-0,6 O/o, Fe: max. 0,35 o/o, Cu: max.
0,10e/o, Mn: max. 0,10'0/o, Mg: 0,45-0,9 o/o, Cr: max.
0,10 s/o, Zn: max. 0,10 O/o, Ti: max. 0,10 o; andere Bestandteile: einzeln max. 0,05 o/o, zusammen: max. 0,15 O/o, Rest auf 100 O/o: Aluminium. Diese Legierung ist sehr schwierig durch Farbanodisierung mit schwarzen oder anderen dunklen Überzügen zu versehen. Eine andere Schwierigkeit besteht darin, dass das Aussehen von anodisch behandelter Legierung 6063 ausserordentlich abhängig von den Wärmebehandlungen ist, welchen die Legierung vor und während Ides Strangpressens unterworfen wird.
In dieser Hinsicht wird darauf hingewie sen, dass die Regelung der Erwärmungsbedingungen ausserordenilich schwierig ist. Sogar eine gut bekannte Wärmebehandlung wie ,die Homogenisierung kann
Schwierigkeiten hervorrufen, ada Barren gewöhnlich in
Gruppen aufeinandergeschichtet homogenisiert werden, so dass sowohl die Auflteizgeschwindigkeit als auch die Abkühlgeschwindigkeit ,der Barren im Inneren des Stapels wesentlich langsamer als die Aufheizgeschwindigkeiten und Abkühlgeschwindigkeiten Ider Barren auf der Aussenseiteldes Stapels sind, wodurch eine unterschied- liche innere Struktur hergestellt wird, welche wiederum zu einem verschiedenen Ansprechen auf Idie Farbanodisierung führt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Legierung bereit, welche insbesondere zum Strangpressen geeignet ist und das Aufbringen von farbanodisierten Überzügen auf stranggepresstem Aluminium in einem Beneich vom lichten Gold bis zu dunklen Farben gestattet.
Die Legierung gemäss vorliegender Erfindung ermöglicht eine Verminderung endes Einflusses auf das Verhalten einer Legierung im Anodisierungsprozess, welche durch Schwankungen in Iden thermischen Behandlungen hervorgerufen wird. B!ei Ider Farbanodisierung von stranggepressten Produkten hat die neue Legierung den Vorteil, dass die Farbe des Produktes nunmehr fast ausschliesslich von der Zusammensetzung des Metalles und dem Programm abhängen wird, welches zur anodischen Oxydation eingesetzt wird, wodurch sich eine strenge Kontrolle der Reproduzierbarkeit des Aussehens ergibt.
Es können dunkel gefärbte und sogar schwarze anodische Oxydüberzüge auf Strangpressteilen erzielt werden, wobei die Fähigkeit, lichte Farben zu erzielen, er haltenPbleibt.
Die erfindungsgemässe Aluminiumlegierung ist gekennzeichnet Idurch ein Gehalt an 0,2 bis 0,6 O/o Silicium, 0,1 bis 0,6 O/o Mangan, 0,4 bis 0,8 o/o Magnesium und 0,15 bis 0,5 O/o Kupfer.
Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis von Magnesium zu Silicium zwischen 1 und 2. Eine bevorzugte Legierung im Rahmen Idieser Erfindung ist eine Legierung, welche 0,3 bis 0,4 O/o Silizium, 0,15 bis 0,25 o/o Eisen, 0,15 bis 0,25 o/o Kupfer, 0,1 bis 0,2 O/o Mangan und 0,45 bis 0,6eo Magnesium enthält. Alle in dieser Beschreibung enthaltenen Zusammensetzungen sind, wenn nicht anders vermerkt, in Gewichts- /o angegeben.
Zur Ven;viendung wird Idie oben ausgewiesene Legierung im allgemeinen homogenisiert und in feine stranggepresste Form gebracht. Zur Eloxierung verfährt man in der Regel wie folgt: Die stranggepresste Form wird als Anode in einen wässrigen Elektrolyten eingetaucht, welcher etwa 0,1 bis 4 O/o Schwefelsäure oder den äquivalenten Betrag Sulfationen und etwa 0,09 bis etwa 0,7 g Mol pro Liter einer organischen Sulfonsäure, welche mit Hydroxyl-, Carboxyl oder Kombinationen von Hydround Carboxylgruppen substituiert ist, gelöst enthält. Ge signete organische Säuren sind z. B. Sulfosalizylsäure, Sulfophth alsäure, Sulforesorcin und Ligninsulfons änre.
Die anodische Oxydation erfolgt regelmässig unter Bedingungen, welche,dem Fachmann geläufig sind. Die Temperatur des Elektrolyten kann sich von nahe seinem Gefrierpunkt bis zu 38 "C oder wesentlich darüber erstrecken, die Stromdichte kann etwa 108 bis 1076 A/m2, bezogen auf die zu anodisierende Oberfläche, betragen, und die Spannung kann 30 bis 130 Volt betragen. Die Zeit ist so zu wählen, dass siie lausreichend ist zur Erzeu gung der gewünschten Farbe und Dicke des Überzuges und beträgt gewöhnlich weniger als 120 Minuben.
Zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung mit ihren typischen Merkmalen werden im folgenden mehrere Beispiele angeführt.
Strangpressstücke wurden aus verschiedenen Legierungen, welche als Strangpnessleguiierungen geeignet sind und farbanodisiert werden können, hergestellt. Vor der anodischen Behandlung wurden die Legierungen zum VergleichJdes Unterschiedes in ihrer Ansprache auf die Farbanodisierung, verursacht durch die verschiedenen Wärmebehandlungen einer Legierung vor dem Strangpnessen, auf zwei verschiedene Temperaturen angelas sen, welche sich wesentlich voneinander unterscheiden.
Die Legierungen wurden auch nach zwei verschiedenen elektrischen Programmen anodisch behandelt. Die elek-- trischen Programme sind beide typisch für Programme, welche zur Farbanodisierung von Strangpressteilen verwendet werden.
Die Wärmebehandlung -T4 ist eine wohlbekannte Aluminiumlegierungen Verwendung findet. Die -T4und anerkannte Wärmebehandlung, welche in der gesamten Aluminiumindustrie für hitzebehandlungsfähige Temperung lerfolgtadurch Lösungshitzebehandlung (gewöhnlich zwischen 370 und 540 OC) für eine Zeit, welche ausreicht, ldie härtenden Aluminiumkomponenten in feste Lösung zu bringen, und schnelles Abkühlen der Legierung, wonach sie bei Raumtemperatur ausgehärtet wird und dadurch in einen stabilen Zustand gelangt Die Wärmebehandlung, welche als -T6 bezeichnet wird, ist ebenfalls eine anerkannte Temperung,
welche in der Aluminiumindustrie zur Anwendung auf hitzebehand- lungsfähige Legierungen wohlbekannt ist. Sie erfolgt durch Lösungsglühen seiner Legierung, wie oben beschrieben, wonach diese Legierung künstlich zu annähernd maximalen Zugeigenschaften ausgehärtet wird, wodurch eine sehr starke und stabile Legierung erhal ten wird. Die künstliche Aushärtung wird durch Erhitzen der Legierung auf eine relativ niedrige Temperatur erreicht, gewöhnlich zwischen 150 und 246 OC, bis die härtenden Bestandteile sich niederschlagen, was gewöhn- lich 1 bis 24 Stunden,dallert.
Die in der Tabelle 2 als Legierung 6063 angeführte Legierung ist ein typisches Beispiel der in der Aluminium Association of America -Klassiifikation der Legierungen ausgewiesenen Legierung 6063. Die spezielle Legierung, welche verwendet wurde, enthielt 0,36 Silicium, 0,2 O/o Eisen, 0,005 O/o Kupfer, 0,004 O/o Mangan, 0,6 Olo Magnesium, 0,0050/0 Chrom, 0,01 O/o zink, 0,004 O/o Titan und der Rest auf 100 O/o im wesentlichen Aluminium mit normalen Mengen Verunreinigungen. Die anderen Legierungen der Beispiele sind die gleiche Legierung 6063 mit den ausgewiesenen Mengen an zusätzlichen Elementen.
So ist eine Legierung, welche als 6063 plus 0,2 O/o Mangan bezeichnet ist, die oben angegebene Legierung 6063, welche Jedoch 0,2 O/o Mangan anstelle von 0,004 /o Mangan enthält.
In Tabelle I sind zwei Anodisierungsprogramme angeführt. Das erste Anodisierungsprogramm wird in allen Fällen um Beispiel 1, das zweite Anodisierungsprogramm wird in allen Fällen im Beispiel 2 angewendet. Die Beispiele 1 und 2 zeigen das Verhalten wider bezeichneten Legierungen auf gdie verschiedenen Anodisierungsbehandlungen sowohl bei der -T4- als auch bei der -T6 Wärmebehandlung auf. Die angegebene Farbe bei der -T4-Wärmebehandlung beruht auf leiner subjektiven Beobachtung, welche dadurch Vergleichen der erhaltenen Farben mit vorher festgestzten Farbnormen erfolgte.
Die Farben, welche auf den Gegenständen der -T6-Wärme- behandlung erhalten wurden, sind Vergleichswerte zu den Farben auf sden Gegenständen Ider -T4-Wärmebehandlung. So ist beispielsweise, wenn die -T4-Wärmebehandlung eine bronzene Farbe und die -T6-Wärmebehandlung leine zelle bronzene Farbe erzeugt, die Farbe, welche auf dem Gegenstand der -T6-Wärmebehandlung erzeugt wurde, als heller in Hinsicht auf die Farbe, welche auf dem Gegenstand der -T4-Wärmebehandlung erzeugt wurde, angegeben.
Die folgende Tabelle I gibt die Bedinfgungen der anodischen Oxydation an, welche in jedem der Beispiele 1 und 2 angewendet wurden:
Tabelle I
Beispiel 1 Beispiel 2
Schwefelsäure (gel) 5 5
Sulfosalicylsäure (gel) 0,45 0,45 Temperatur OC 240 240 Anfangsstromdichte (A/mê) 260 290 Maximalspannung 65 60
Anodisierungszeit in Minuten 40 45
Gesamtstrommenge (Ah/m2) 130 205 Die Ergebnisse, welche im Beispiel 1 erhalten wurden, sind in der Tabelle II angeführt:
:
Tabelle II Legierung -T4 Wärme- -T6 Wärmebehandlung behandlung 6063 bronzen viel heller bronzen 6063 +0,2e/o Mn dunkelbronzen etwas heller bronzen 6063+0,40/o Mn schwarz sehr dunkles Braun 6063+0,4t/oMn schwarz schwarz +0,20/0 Cu
Beispiel 1, wie oben angegeben, veranschaulicht, dass das Zusammenwirken Ider erfindungsgemässen Le Legierung undldes Farbanodisierengsverfahrens wesentlich dunklere farbanodisierte Überzüge schafft und dazu Überzüge, welche welt weniger empfindlich auf thermische Behandlungen sind.
Wenn auch der Unterschied in der hergestellten Farbe zwischen den Gegenständen der -T4-Wärmebehandlung und den Gegenständen der -T6-Wärmebehandlung bei den Mangan enthaltenden Legierungen erkennbar ist, wenn man von den Legierungen, welche schwarze Überzüge erzeugen, absieht, ist der Unterschied sehr gering, wenn man berücksichtigt, dass die angewendeten Wärmebehandlungen äusserst verschieden voneinander waren und dass sie im Hinblick darauf ausgesucht wurden, die Unterschiede im Ansprechen auf die anodische Oxydation, welche sich aus der verschiedenen thermischen Behandlung ergeben, berauszustellen.
Die Ergebnisse der anodischen Behandlung unter Bedingungen, wie sie für das Beispiel 2 angegeben wurden, ergaben anodisch oxydierte Legierungen, wie in der Tabelle III angegeben:
Tabelle III Legierung -T4 Wärme- -T6 Wärmebehandlung behandlung 6063 bronzen viel heller bronzen 6063+0,20/o Mn dunkelbraun etwas heller dunkel braun 6063+0,40/o Mn schwarz schwarz 6063+0,40/0 Mn schwarz schwarz +0,24/o Cu
Auch Beispiel 2 veranschaulicht, dass die Verbindung der Mangan enthaltenden Strangpresslegierung mit dem Farbanodisierungsverfahren dunkler gefärbte anodisierte Strangpressprofile schaffen kann,
und dazu Strangpressprofille, welche in Hinsicht auf das Ansprechen auf die Farbanodisierung weit weniger empfindlich auf vorhergegangene thermische Behandlung sind.