DE10049579B4 - Method for producing a decorative surface - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberfläche, wobei ein submikroskopisch dünne Oxidschichten ausbildendes metallenes Grundmaterial, insbesondere Aluminium, eines Bauteiles nach einer Vorbehandlung seiner Oberfläche durch Ätzen bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ätzen ein Umformen sowie eine gezielte Wärmebehandlung zum Herbeiführen eines spezifischen Rekristallisationsverhaltens mit entsprechendem Kornwachstum vorausgehen, wobei entlang der Oberfläche (6) Bereiche ausgewählt werden, die einer Wärmebehandlung von anderer Intensität und einer Umformung mit anderem Umformgrad als die übrigen Oberflächenbereiche ausgesetzt werden.method for producing a decorative surface, being a submicroscopic thin oxide layers forming metallic base material, in particular aluminum, one Components after a pre-treatment of its surface is processed by etching, characterized characterized in that the etching a forming and a targeted heat treatment to induce a specific recrystallization behavior with corresponding grain growth preceded by selecting areas along the surface (6) the heat treatment of different intensity and a forming with a different degree of deformation than the other surface areas get abandoned.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberfläche gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for producing a decorative surface according to the generic term of claim 1.

Eine solche Verfahrensweise ist z. B. als Tiefätzverfahren mit Bildvorgabe durch die DE 38 43 435 C2 bekannt geworden. Darin wird ein Verfahren zur Herstellung eines dekorativen Reliefs, insbesondere für die Innenausstattung von Flugzeugkabinen, beschrieben, wobei ein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehendes Grundmaterial durch Ätzen gestaltet wird, und wobei das Verfahren ferner verschiedene weitere Schritte umfasst, wie Vorbehandeln der Oberfläche, Aufbringen einer Motivs mittels eines Schutzlackes, Ätzen der nicht durch Schutzlack abgedeckten Bereiche und Nachbehandlung der Oberfläche. Für Materialabträge bis ca. 0,2 mm bzw. 0,5 mm werden spezielle alkalische bzw. saure Bäder verwendet.Such a procedure is z. B. as a deep etching process with image input through the DE 38 43 435 C2 known. It describes a method for producing a decorative relief, in particular for the interior of aircraft cabins, wherein a base material consisting of aluminum or an aluminum alloy is formed by etching, and wherein the method further comprises various further steps, such as pretreating the surface, applying a Motive by means of a protective varnish, etching the not covered by protective varnish areas and aftertreatment of the surface. For material removal up to approx. 0.2 mm or 0.5 mm special alkaline or acidic baths are used.

Nach einem Beispiel erhält das betreffende Aluminiumblech eine Vorbehandlung bekannter Art durch Chromatieren. Danach und nach anschließendem Trocknen im Ofen erfolgt das Aufbringen eines Motivs mittels eines Abdecklackes im Siebdruckverfahren. Anschließend erfolgt der Ätzvorgang in einem sauren Ätzbad bei Raumtemperatur. Da der beim Ätzen verwendete Abdecklack nach dem Ätzen nicht entfernt wird, ergibt sich ein Farbkontrast zwischen den abgedeckten und den geätzten Flächen. Nach dem Ätzen wird das Blech gespült und getrocknet. Anschließend erfolgt eine Nachbehandlung, z. B. Auftragen eines farblosen Schutzlackes.To gets an example the relevant aluminum sheet by pretreatment of a known type Chromating. Thereafter and after subsequent drying in the oven the application of a motif by means of a Abdecklackes screen printing process. Subsequently the etching process takes place in an acidic etching bath at room temperature. Because of the etching used resist after etching is not removed, there is a color contrast between the covered and the etched Surfaces. After etching the sheet is rinsed and dried. Subsequently an aftertreatment, z. B. Applying a colorless protective varnish.

Gemäß der DE 39 04 041 A1 wird eine Aluminiumfolie mit ausgeprägter Würfeltextur durch Warmwalzen, Kaltwalzen mit Zwischen-Wärmebehandlung und Rekristallisieren hergestellt. Die Zwischen-Wärmebehandlung findet in einem sauerstoffarmen Schutzgas, vorzugsweise Stickstoff, statt. Derartige Folien mit hohem Würfellagenanteil zeigen bei elektro- chemischer Tunnelätzung eine besonders hohe Oberflächenzunahme und sind daher als Ausgangamaterial für hochkapazitive Anoden in Aluminium- Elektrolytkondensatoren besonders gut geeignet.According to the DE 39 04 041 A1 For example, an aluminum foil having a pronounced cube texture is produced by hot rolling, cold rolling with intermediate heat treatment and recrystallization. The intermediate heat treatment takes place in an oxygen-poor protective gas, preferably nitrogen. Such films with a high proportion of dice show a particularly high increase in surface area during electrochemical tunnel etching and are therefore particularly well suited as starting material for high-capacitance anodes in aluminum electrolytic capacitors.

Auch die DE 21 56 701 A1 beschreibt ein vergleichbares Verfahren zur Herstellung eines Bandes oder einer Folie aus Aluminium mit einer vorwiegenden Würfeltextur zur Verwendung als Ausgangsmaterial für hochkapazitive Anoden in Aluminium- Elektrolytkondensatoren, speziell im Hochvoltbereich.Also the DE 21 56 701 A1 describes a comparable process for producing a strip or foil of aluminum with a predominant cube texture for use as a starting material for high-capacitance anodes in aluminum electrolytic capacitors, especially in the high-voltage range.

Die DE 199 15 277 A1 beschreibt Magnesiumlegierungen hoher Duktilität, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung. Auch dabei sind Umformungs- und Ätzbehandlungen vorgesehen, wobei auch Rekristallisationsvorgänge eine Rolle spielen.The DE 199 15 277 A1 describes magnesium alloys of high ductility, processes for their preparation and their use. In this case too, forming and etching treatments are provided, whereby recrystallization processes also play a role.

Diverse Ätzmittel und Ätzvorschläge für makroskopische Gefügeuntersuchungen bei Aluminiumlegierungen sind bekannt, vgl. "Aluminium-Taschenbuch", Aluminium Verlag, Düsseldorf 1988, 14. Aufl.Various etchants and etch proposals for macroscopic structural examinations in aluminum alloys are known, cf. "Aluminum-Taschenbuch", Aluminum Verlag, Dusseldorf 1988, 14th edition

Verschiedene Vorschläge für die Zusammensetzung eines Ätzbades sind aus DE 729 636 A und AT 290566 B entnehmbar, ebenso Ausführungen zu sonstigen Parametern (Temperatur, Dauer) des Ätzvorganges.Various proposals for the composition of an etching bath are out DE 729 636 A and AT 290566 B Removable, as well as explanations to other parameters (temperature, duration) of the etching process.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr effizientes, mit geringem Aufwand umsetzbares Verfahren zur Herstellung einer besonders dekorativen Oberfläche eines submikroskopisch dünne Oxidschichten ausbildenden metallenen Grundmateriales vorzuschlagen.Of the Invention is based on the object, a very efficient, with little effort implementable method for producing a particularly decorative surface a submicroscopically thin oxide layers to propose forming metal base material.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 zu sehen.The inventive solution to see in claim 1.

Die Oberflächengestaltung wird also unter anderem durch die dem Ätzen vorgeschalteten Vorbehandlungen bestimmt. Dabei werden am Beispiel Aluminium die aluminiumspezifischen Eigenschaften in vorteilhafter Weise genutzt, wonach in Abhängigkeit von Temperatur und Verformungsgrad ein gezieltes Kornwachstum über die eingebrachte Keimbildungsenergie, die zu der sogenannten Rekristallisation führt und das mikrostrukturelle Korngefüge sowie die technologischen Eigenschaften beeinflusst, herbeigeführt werden kann. Intensität bzw. Dauer der Wärmebehandlung und Grad der Umformung (z. B. zusätzliches Verdichten des Materials durch Einprägen einer Ziffer, eines Bildes usw.) können entlang der Oberfläche variieren, wodurch sich abweichende Oberflächeneffekte ergeben.The surface design Thus, among other things, by the pretreatments upstream of the etching certainly. Here are the example of aluminum, the aluminum-specific Properties used in an advantageous manner, according to which of temperature and degree of deformation a targeted grain growth over the introduced nucleation energy resulting in the so-called recrystallization leads and the microstructural grain structure as well as the technological properties are influenced can. intensity or duration of the heat treatment and degree of deformation (eg additional densification of the material by impressing a numeral, image, etc.) may vary along the surface, resulting in different surface effects result.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind mit den Unteransprüchen beansprucht. Eine vorteilhafte Beeinflussung der Kornstruktur erfolgt durch vorherige (vor dem Ätzen) Anwendung spezieller Verdichtungsverfahren, wie beispielsweise Kugelstrahlen, Hämmern usw., wie in Anspruch 2 angegeben. Durch ein spezielles Ätzverfahren (Anspruch 3) wird die Kornstruktur (Kornflächenätzung) in besonderer Weise sichtbar gemacht. Aufgrund der unterschiedlich reflektierenden Kristallflächen durch selektiven Abtrag des Ätzmittels an den kristallographischen Ebenen entsteht ein besonders dekorativer schillernder Oberflächeneffekt. Zum Schutz der Oberfläche kann bevorzugt nach einer kurzen elektrochemischen Glanzbehandlung eine anodische Aluminiumoxid-Schutzschicht (Al2O3, farblos) nach dem Eloxal®-Verfahren aufgebracht werden, wie in Anspruch 4 angegeben. Alternativ ist auch ein Zweikomponenten-Klarlack geeignet (Anspruch 5). Mittels einer abschließenden ZnO2-Bedampfung gemäß Patentanspruch 6 ist zwecks weiterer Optimierung der Oberfläche eine Entspiegelung erreichbar.Advantageous developments and refinements of the method according to the invention are claimed by the subclaims. An advantageous effect on the grain structure is achieved by previous (before the etching) application of special compression methods, such as shot peening, hammering, etc., as indicated in claim 2. By a special etching method (claim 3), the grain structure (grain area etching) is made visible in a special way. Due to the different reflective crystal surfaces by selective removal of the etchant at the crystallographic levels creates a particularly decorative dazzling surface effect. To protect the surface can preferably after a short electrochemical glare treatment, an anodic aluminum oxide protective layer (Al 2 O 3, colorless) can be applied after the anodizing ® process as set forth in claim. 4 Alternatively, a two-component clearcoat is suitable (claim 5). By means of a final ZnO 2 evaporation according to claim 6, an antireflection coating can be achieved for the purpose of further optimizing the surface.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft im einzelnen erläutert. Dabei zeigenThe Invention is exemplified below with reference to the drawings explained in detail. Show

1 ein Aluminiumbauteil mit einer dem Stand der Technik entsprechenden Oberfläche, 1 an aluminum component with a surface according to the prior art,

2 eine nach der Erfindung hergestellte Oberfläche eines Aluminiumbauteiles, 2 a surface of an aluminum component produced according to the invention,

3 ein Rekristallisationsschaubild für Aluminium und 3 a Rekristallisationsschaubild for aluminum and

4a–4d schematische Darstellung der Gefügeänderungen bei Rekristallisationsvorgängen im Aluminiumwerkstoff. 4a - 4d schematic representation of microstructural changes in recrystallization processes in the aluminum material.

1 zeigt ein Aluminium-Bauteil 1 mit einer polierten Oberfläche 2 gemäß dem Stand der Technik, die ggf. mit einer geeigneten Schutzschicht überzogen sein kann. Einfallende Lichtstrahlen 3a werden mit einem dem Einfallswinkel αa entsprechenden Reflektionswinkel αb reflektiert, wobei z. B. bei hochglanzpolierten, satinierten oder gebürsteten Oberflächen eine Totalreflektion oder eine diffuse Streuung des Lichtes stattfindet. Der Schnitt durch das Aluminiumbauteil 1 lässt das Korngefüge 4 des Grundmateriales erkennen. 1 shows an aluminum component 1 with a polished surface 2 according to the prior art, which may optionally be coated with a suitable protective layer. Incident light rays 3a be reflected with a angle of incidence α a corresponding reflection angle α b , where z. B. in highly polished, satin or brushed surfaces, a total reflection or a diffuse scattering of the light takes place. The section through the aluminum component 1 leaves the grain structure 4 recognize the base material.

Beim Aluminiumbauteil 5 gemäß 2 ist die Oberfläche 6 in erfindungsgemäßer Weise behandelt worden. Danach ist einem Ätzvorgang ein Umformen sowie eine gezielte Wärmebehandlung zum Herbeiführen eines spezifischen Rekristallisationsverhalten mit entsprechendem Kornwachstum vorausgegangen. Das Korngefüge 7 des Grundmateriales ist gegenüber dem nach 1 aufgrund der Vorbehandlung verändert und tritt durch das Ätzen auch auf der Oberfläche 6 zutage. Dort findet eine diffuse Streuung einfallender Lichtstrahlen 3a statt, und zwar an Korngrenzflächen und kristallografischen Ebenen, mit der Folge unterschiedlicher Reflektionswinkel αb der reflektierten Lichtstrahlen 3b.At the aluminum component 5 according to 2 is the surface 6 treated in accordance with the invention. Thereafter, an etching process has been preceded by reshaping and a controlled heat treatment to induce a specific recrystallization behavior with corresponding grain growth. The grain structure 7 of the base material is opposite to that 1 due to the pretreatment changed and occurs by the etching also on the surface 6 to light. There is a diffuse scattering of incident light rays 3a instead, at grain interfaces and crystallographic planes, with the result of different reflection angle α b of the reflected light rays 3b ,

Das Rekristallisationsverhalten und damit das Kornwachstum ist durch geeignete Umformoperationen (z. B. Walzen, Schmieden, Fliesspressen) und entsprechend gesteuerte Wärmebehandlungen beeinflussbar, wie das Rekristallisationsschaubild für Aluminium nach 3 zeigt. Bei der Erfindung wird dieser Sachverhalt in geeigneter Weise bauteilspezifisch genutzt. Ein Umformgrad durch Walzen von ca. 5 %–8 % und eine Wärmebehandlung mit etwa 530° bis 550°C hat sich in Versuchen als günstig erwiesen, um beispielsweise eine Korngröße in der Größenordnung von 1 mm zu erhalten.The recrystallization behavior and thus the grain growth can be influenced by suitable forming operations (eg rolling, forging, extrusion) and correspondingly controlled heat treatments, such as the recrystallization diagram for aluminum 3 shows. In the invention, this situation is used in a suitable manner component specific. A degree of deformation by rolling of about 5% -8% and a heat treatment at about 530 ° to 550 ° C has proven in experiments to be favorable, for example, to obtain a grain size of the order of 1 mm.

Gemäß 2 wurde in die Oberfläche 6 eine Zahl 8 eingeprägt. Die damit einhergehende Umformung (Materialverdichtung) beeinflusst das Kornwachstum/Rekristallisationsverhalten zusätzlich.According to 2 got into the surface 6 a number 8th imprinted. The concomitant deformation (material compaction) additionally influences the grain growth / recrystallization behavior.

Die Rekristallisationsvorgänge im einzelnen sind aus den 4a bis 4d ersichtlich. Aus einer beginnenden primären Rekristallisation (4a) entsteht ein primär rekristallisiertes Gefüge (4b). Über eine sekundäre Rekristallisation (4c) entsteht die in 4d gezeigte Kornvergrößerung. Auslöser dafür ist die durch Umformen und Wärmebehandlung eingebrachte Keimbildungsenergie, die zur Rekristallisation führt und das mikrostrukturelle Korngefüge sowie die technologischen Eigenschaften beeinflusst.The recrystallization processes in detail are from the 4a to 4d seen. From an incipient primary recrystallization ( 4a ) results in a primarily recrystallized structure ( 4b ). Via a secondary recrystallization ( 4c ) arises in 4d shown grain enlargement. The reason for this is the nucleation energy introduced by forming and heat treatment, which leads to recrystallization and influences the microstructural grain structure as well as the technological properties.

Auf der Oberfläche 6 wird durch ein geeignetes Ätzverfahren diese Kornstruktur sichtbar gemacht. Als Ätzmittel hat sich in besonderer Weise eine Mischung aus konzentrierter Schwefelsäure (H2SO4) und 40 %iger Flusssäure (HF) bewährt, bei einer Ätztemperatur von 25°C und einer Ätzzeit von ca. 4 Min.On the surface 6 By means of a suitable etching process, this grain structure is made visible. As etchant, a mixture of concentrated sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and 40% hydrofluoric acid (HF) has proven itself in a special way, at an etching temperature of 25 ° C and an etching time of about 4 min.

Nach Auftragen des Ätzmittels und dessen Einwirken entsteht aufgrund der unterschiedlich reflektierenden Kristallflächen ein schillernder Oberflächeneffekt. Zum Schutz der Oberfläche kann bevorzugt nach einer kurzen elektrochemischen Glanzbehandlung eine farblose Eloxal®-Schicht aufgetragen werden. Denkbar wäre auch die Verwendung eines Zweikomponenten-Klarlackes oder eine PVD (Physical Vapor Deposition)-Beschichtung. Durch eine abschließende ZnO2-Bedampfung kann überdies eine Entspiegelung der Oberfläche erreicht werden. Bereits vor dem Ätzvorgang lässt sich durch spezielle Verdichtungsverfahren, z. B. Kugelstrahlen, Hämmern und dergleichen die Kornstruktur zusätzlich beeinflussen.After application of the etchant and its action arises due to the different reflective crystal surfaces a dazzling surface effect. To protect the surface of a colorless Eloxal can ® layer are applied preferably after a short electrochemical glare treatment. It would also be conceivable to use a two-component clearcoat or a PVD (Physical Vapor Deposition) coating. By a final ZnO 2 evaporation, moreover, an anti-reflection of the surface can be achieved. Already before the etching process can be achieved by special compression methods, eg. As shot peening, hammering and the like affect the grain structure in addition.

Die Erfindung ist auch bei anderen Metallen oder Metalllegierungen anwendbar, die submikroskopisch dünne Oxidschutzschichten ausbilden, z. B. bei Titan und Magnesium. Das Ätzmittel ist geeignet auszuwählen.The Invention is also applicable to other metals or metal alloys, the submicroscopically thin Form oxide protective layers, z. As in titanium and magnesium. The etchant is suitable to select.

Claims (6)

Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberfläche, wobei ein submikroskopisch dünne Oxidschichten ausbildendes metallenes Grundmaterial, insbesondere Aluminium, eines Bauteiles nach einer Vorbehandlung seiner Oberfläche durch Ätzen bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ätzen ein Umformen sowie eine gezielte Wärmebehandlung zum Herbeiführen eines spezifischen Rekristallisationsverhaltens mit entsprechendem Kornwachstum vorausgehen, wobei entlang der Oberfläche (6) Bereiche ausgewählt werden, die einer Wärmebehandlung von anderer Intensität und einer Umformung mit anderem Umformgrad als die übrigen Oberflächenbereiche ausgesetzt werden.Method for producing a decorative surface, wherein a submicroscopically thin Oxide layers forming metallic base material, in particular aluminum, of a component after a pretreatment of its surface is processed by etching, characterized in that the etching precedes a forming and a targeted heat treatment to induce a specific recrystallization behavior with corresponding grain growth, wherein along the surface ( 6 ) Areas are selected which are subjected to a heat treatment of a different intensity and a deformation with a different degree of deformation than the remaining surface areas. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (6) vor dem Ätzen zusätzlich mechanisch verdichtet wird.Method according to claim 1, characterized in that the surface ( 6 ) is additionally mechanically compacted before the etching. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Mischung aus konzentrierter Schwefelsäure (H2SO4) und 40 %iger Flußsäure (HF) als Ätzmittel bei einer Ätztemperatur von ca. 25°C und einer Ätzzeit von ca. 4 Min.A method according to claim 1, characterized by the use of a mixture of concentrated sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and 40% hydrofluoric acid (HF) as etchant at an etching temperature of about 25 ° C and an etching time of about 4 min. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein an das Ätzen sich anschließendes Aufbringen einer Aluminiumoxid-Schutzschicht (Al2O3), farblos, nach dem Eloxal®-Verfahren und Nachverdichten mit Wasserdampf.A method according to claim 1, characterized by applying to the etching subsequent application of an aluminum oxide protective layer (Al 2 O 3 ), colorless, by the Eloxal ® method and re-densification with water vapor. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein an das Ätzen sich anschließendes Aufbringen eines Zweikomponenten-Klarlackes.Method according to claim 1, characterized by to the etching subsequent Application of a two-component clearcoat. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine abschließende ZnO2-Bedampfung der Oberfläche (6).Process according to claim 1, characterized by a final ZnO 2 evaporation of the surface ( 6 ).
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