DE10127770A1 - Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten auf Oberflächen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten auf Oberflächen aus Magnesium oder MagnesiumlegierungenInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten auf Oberflächen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen, bei dem die mit der Schutzschicht zu versehenden Bauteile als Elektrode, vorzugsweise als Anode, geschaltet und in einem Elektrolytbad oxidiert werden. Das Elektrolytbad enthält neben Phosphatverbindungen und Aluminiumverbindungen weiterhin wenigstens eine Verbindung des Vanadiums und/oder Molybdäns und/oder Mangans. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Korrosionsschutzschichten mit guten mechanischen und chemischen Eigenschaften zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile der durch chemische Umwandlung erzeugten mechanisch instabilen und dünnen Konversionsschichten nicht aufweisen. Die erfindungsgemäßen Korrosionsschutzschichten sind in ihren Eigenschaften einerseits kompatibel zur Magnesiumsubtratoberfläche und weisen eine äußerst haftfeste Bindung zu möglichen nachfolgenden Lackschichten auf. Das verwendete Elektrolytbad ist chromatfrei und daher umweltfreundlich.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von
Korrosionsschutzschichten auf Oberflächen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen,
bei dem die mit der Schutzschicht zu versehenden Bauteile als Elektrode, vorzugsweise als
Anode geschaltet und in einem Elektrolytbad oxidiert werden, wobei das Elektrolytbad
Phosphatverbindungen und Aluminiumverbindungen enthält.
Ein Verfahren der oben genannten Art ist in der EP 0 333 049 A1 beschrieben. Die
Beschichtung von Magnesiumsubstraten erfordert in der Regel die Anwesenheit
hochleitfähiger Elektrolyte. Außerdem muss darauf geachtet werden, dass der pH-Wert des
Elektrolyten möglichst im neutralen bis basischen Bereich liegt. Der Elektrolyt sollte weiterhin
eine gute Pufferwirkung aufweisen, um den pH-Wert der Lösung über einen längeren
Zeitraum konstant zu halten. Daher hat sich die Verwendung von Elektrolyten, die
phosphathaltige Verbindungen enthalten, als geeignet erwiesen. Die Anwesenheit von
Aluminiumverbindungen ermöglicht den gezielten Einbau von Aluminium in die Schichtmatrix
der Oberflächenbeschichtung. Dies unterstützt den Schichtbildungsmechanismus und
verringert den Magnesiumanteil an der Oberfläche, wodurch das Korrosionspotential
herabgesetzt wird.
Die DE 199 13 242 A1 beschreibt chemisch passivierte Gegenstände aus Magnesium oder
Magnesiumlegierungen, bei denen eine Konversionsschicht durch ein elektrolytisches aber
stromfreies Verfahren erzeugt wird, indem die zu passivierenden Gegenstände in einen
wässrigen Passivierungselektrolyten getaucht werden. Dieser Passivierungselektrolyt enthält
Manganate, Vanadate oder auch Molybdate. Die in dieser Schrift beschriebenen
Konversionsschichten werden als geeignet angesehen, die bislang verwendeten
Chromatschichten zu ersetzen. Die Verwendung chromatfreier wässriger
Passivierungselektrolyte wird aus Gründen des Umweltschutzes und der Arbeitssicherheit
angestrebt.
Es ist bekannt, dass die spezifischen Oberflächeneigenschaften von Magnesium und
Magnesiumlegierungen eine Adaption der bei Aluminiumlegierungen seit langem zur
Anwendung kommenden Verfahren der anodischen Oxidation erschweren.
Dies ist vor allem darin begründet, dass die Magnesium-Oberflächen in Abhängigkeit ihrer
Legierungszusammensetzung, ihres Oberflächenbehandlungszustandes und ihrer
Umgebungsbedingungen aus einer Mischung von Hydroxiden, Oxiden und Carbonaten der
jeweiligen Legierungselemente im besonderen der des Magnesiums bestehen.
Aus der Sicht des Korrosionsschutzes kommt hinzu, dass die unterschiedlichen
physikalischen (z. B. thermischer Ausdehnungskoeffizient) und chemischen Eigenschaften
(gegenseitiges Löslichkeitsverhalten) dieser an der Oberfläche vorhandenen Verbindungen
zu mikrorissigen bis hin zu schollenförmigen Strukturen führt, die unter feuchten
Umgebungsbedingungen eine günstige Ausgangslage für einen permanenten
Korrosionsangriff durch Lokalelementbildung darstellen. Diesem kann durch das an der
Oberfläche dominierende chemisch und mechanisch nicht stabile Mg(OH)2 kaum entgegen
gewirkt werden.
Somit war das Ziel früherer Lösungsansätze, die oben genannten Nachteile durch die
Herstellung relativ stabiler Schutzschichten zu umgehen.
Durch das Inkrafttreten entsprechender Umweltgesetze besteht die Forderung nach
Vermeidung Cr(VI)-haltiger Verbindungen in technologischen Abläufen.
Um die vielfältigen Anforderungen, die an die Oberflächen technischer Produkte aus
Magnesiumlegierungen gestellt werden, zu bewerten, ist eine ganzheitliche
Betrachtungsweise unbedingt erforderlich. Diese muss sowohl die zu erwartenden
mechanischen als auch korrosiven Belastungskomponenten und deren Wechselwirkungen
berücksichtigen.
Besonders den aus der Automobilindustrie bekannten Schadensmechanismen die vor dem
Auftreten einer korrosiven Belastung zunächst meist eine mechanische Beschädigung der
Oberfläche voraussetzen, wird in der Patentliteratur nur ungenügend Aufmerksamkeit
geschenkt.
Magnesiumlegierungen die sich zukünftig weite Anwendungsfelder im Karosseriebereich
erschließen werden, benötigen insbesondere folgende Oberflächeneigenschaften:
- 1. Oberflächenhärte < Grundmaterialhärte
- 2. Korrosionseigenschaften der Oberfläche besser als die des Grundwerkstoffs
- 3. Adhäsionsfestigkeit der Oberflächenschicht auf dem Grundmaterial < Adhäsionsfestigkeit der verschiedenen Lackschichten auf der Oberflächenschicht
- 4. Höheres E-Modul der Oberflächenschutzschicht im Vergleich zum Grundwerkstoff
- 5. Hohe plastische Verformbarkeit der Oberflächenschicht (Schadenstoleranz)
Die genannten Forderungen sind als Forderungen an das Schichtsystem Grundmaterial -
Oberflächenschicht - Lackschicht zu verstehen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches zu Korrosionsschutzschichten mit guten
mechanischen und chemischen Eigenschaften führt, die die Nachteile der durch chemische
Umwandlung erzeugten mechanisch instabilen und dünnen Konversionsschichten nicht
aufweisen. Zudem sollen diese erfindungsgemäßen Korrosionsschutzschichten in ihren
Eigenschaften einerseits kompatibel zur Magnesiumsubstratoberfläche sein als auch eine
äußerst haftfeste Bindung zu möglichen nachfolgenden Lackschichten aufweisen.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert ein erfindungsgemäßes Verfahren der eingangs
genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Erfindungsgemäß enthält das Elektrolytbad neben Phosphatverbindungen und
Aluminiumverbindungen weiterhin wenigstens eine Verbindung des Vanadiums und/oder
Molybdäns und/oder Mangans. Diese Verbindungen sind in dem Elektrolytbad vorzugsweise
in einer Menge innerhalb eines Bereichs von etwa 10 g/l bis etwa 150 g/l, enthalten.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Vanadat und/oder Molybdat und/oder
Manganat in einer Menge im Bereich von zwischen etwa 25 g/l und etwa 50 g/l.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Elektrolytbad
Ethylendiamin, vorzugsweise in 50%iger Konzentration und in einer Menge von zwischen
etwa 25 ml/l und 230 ml/l, weiter vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 30 ml/l und
etwa 150 ml/l enthält. Durch die Zugabe eines Komplexbildners kann die Leitfähigkeit der
Elektrolyte begrenzt werden, zudem lässt sich bei elektrochemischen Reaktionen mit Hilfe
der Ligandenladung der Wanderungssinn und die Geschwindigkeit der Komplexe im
elektrischen Feld beeinflussen. Damit wird erreicht, dass z. B. positiv geladene Metallionen
zur Anode wandern können. Die Verwendung von stabilen Chelaten mit zangenförmigen
Liganden hat den Vorteil, dass eine möglichst große Menge an Elektrolytkomponenten
komplexiert werden kann. Im Rahmen der Weiterbildung der Erfindung wird auf den Einsatz
von Ethylendiamintetraacetat (EDTA) verzichtet wegen seiner schlechten biologischen
Abbaubarkeit. Stattdessen wird Ethylendiamin verwendet, wobei durch Versuche festgestellt
werden konnte, dass dieses in der Lage ist, weniger beständige Oxidationsstufen zu
stabilisieren.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt neben der
Elektrolytzusammensetzung dem Verfahrensablauf des (anodischen) Oxidationsprozesses
Bedeutung zu. Gemäß der Erfindung arbeitet man vorzugsweise mit einem gepulsten
bipolaren Gleichstrom, vorzugsweise mit einer Frequenz im Bereich zwischen etwa 250 und
etwa 2000 Hz oder mit einem Wechselstrom, vorzugsweise mit einer Frequenz zwischen
etwa 10 und etwa 100 Hz. Die Stromdichten liegen vorzugsweise im Bereich zwischen etwa
0,3 und etwa 5 A/dm2. Das Verhältnis von anodischer zu kathodischer Stromdichte liegt
vorzugsweise zwischen etwa 1 : 1 und etwa 10 : 1. Vorzugsweise wählt man
Badspannungen zwischen etwa 80 V und etwa 300 V und Endspannungen zwischen etwa
180 und 220 V. Der Beginn der sichtbaren Funkenentladung liegt in der Regel zwischen 100
und 150 V.
Die Beschichtungs-/Abscheidedauer liegt vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 1 Minute
und etwa 40 Minuten. Bei der Verwendung von Wechselstrom liegen die Badspannungen
vorzugsweise zwischen etwa 50 V und etwa 300 V weiter vorzugsweise zwischen etwa
100 V und etwa 200 V. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugt man
Korrosionsschichten vorzugsweise mit Schichtdicken im Bereich von zwischen etwa 3 µm
und etwa 100 µm.
Vor der Oxidation im Elektrolytbad werden die zu beschichtenden Oberflächen vorzugsweise
mit einer Lösung gebeizt, wobei diese beispielsweise Aluminiumnitrat enthält, vorzugsweise
in einer Konzentration von zwischen etwa 5 und etwa 25%. Weiterhin ist das Beizen mit
einer Lösung, die Glycolsäure enthält, vorzugsweise in einer Konzentration von zwischen
etwa 10 und etwa 40%, weiter vorzugsweise in einer Konzentration von etwa 35%, im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens von Vorteil.
Von Vorteil ist weiterhin, dass durch einen hohen Aluminatgehalt und die Anwesenheit von
Verbindungen der Elemente Molybdän, Mangan und/oder Vanadium in den verwendeten
Elektrolyten eine gute anodische Oxidierbarkeit bei gleichzeitig hoher chemischer
Modifizierbarkeit der Oberflächenschicht gegeben ist.
Weiterhin vorteilhaft ist dabei ein auf die Elektrolytzusammensetzung abgestimmter
Verfahrensablauf des anodischen Oxidationsprozesses. Dieser wird z. B. dadurch erreicht,
dass Teile aus einer vorzugsweise zuvor entfetteten und gereinigten Magnesiumlegierung
mit einer stetig steigenden Badspannung beaufschlagt werden. Bei Erreichen der für
plasmachemische Reaktionen typischen Badspannungen < 120 V werden erste
Funkenentladungen sichtbar. Diese, dann für Sekundenbruchteile stabilen und örtlich
begrenzten Mikroplasmen sorgen sowohl für eine Oxidation der sich unmittelbar an der
Substratoberfläche befindlichen Elektrolytbestandteile, als auch für eine Oxidation der durch
die vorangegangenen Konversionseffekte bereits modifizierten Substratoberfläche. Die in
diesem Stadium vorliegende chemische Oberflächenzusammensetzung der Teile ist im
wesentlichen gekennzeichnet durch das Vorhandensein von Magnesiumoxid,
Magnesiumhydroxid, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid sowie Al-Mg-Mischoxiden bzw.
-Mischhydroxiden.
Um ein bevorzugtes weiteres erfindungsgemäßes Ziel, die Synthese und haftfeste
Einlagerung von Fremdoxiden in die Substratoberfläche zu erreichen, wird die Badspannung
ohne Unterbrechung weiter erhöht. Die dann vorliegenden Entladungserscheinungen
bewirken eine weitere Oxidation der Substratoberfläche und es findet eine zusätzliche
Aktivierung der im Elektrolyten gelöst vorliegenden Molybdate, Manganate und/oder
Vanadate statt. Diese werden ebenfalls in den Plasmazustand überführt, erfahren dabei eine
intensive Durchmischung mit den Bestandteilen der Substratoberfläche und bilden in
Sekundenbruchteilen Oxide und Mischoxide. Diese befinden sich fest verankert in der nun
endgültig vorliegenden Oberflächenschicht, die als Ergebnis der Aufeinanderfolge der
vorangegangenen Konversions- und Depositionsvorgänge eine hohe Haftung zum
Grundmaterial aufweist. Dieser Schichtbildungsmechanismus läuft nach den aus der
Plasmachemie bekannten Mechanismen ab. Das heißt, dass einzelne für den
Plasmazustand charakteristische und visuell sichtbare Funkenentladungen die
Substratoberfläche abrastern und erst dann zum Stillstand kommen, wenn sich ein
Gleichgewicht zwischen der Badspannung und der Durchschlagsfestigkeit der Schicht
eingestellt hat. Die erfindungsgemäße Mischoxidschicht kann in Abhängigkeit von der
Elektrolytzusammensetzung verschiedene Farben aufweisen. Diese reichen von hellgrau
über beige bis hin zu schwarz. Ebenso in Abhängigkeit der Verfahrensparameter werden im
allgemeinen Schichtdicken zwischen etwa 3 µm und etwa 100 µm erreicht.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, dass in Abhängigkeit der
angelegten Stromform sowohl kationische als auch anionische Elektrolytkomponenten zur
Schichtbildung beitragen und die daraus gebildeten Fremdoxide in einer Schichtmatrix
verankert werden, die durch den gleichen Oxidationsprozess gebildet wurden. Durch diese
Kombination von Konversions- und Depositionseffekten wird eine hohe Haftung auf dem
Untergrund sichergestellt.
Ein weiteres bevorzugtes Anliegen der Erfindung besteht im gezielten Einbau von
Aluminiumverbindungen in die Schichtmatrix. Dadurch wird nicht nur der
Schichtbildungsmechanismus als solcher unterstützt, sondern es wird durch die damit
verbundene Verringerung des Mg-Anteils an der Oberfläche das Korrosionspotential dieser
Legierungen minimiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll in der Lage sein, für den Fahrzeugbau relevante
Oberflächen in einem Einstufenprozess mit den gewünschten Eigenschaften zu erzeugen.
Diese Oberflächenschichten sollen eine hohe mechanische und chemische Schutzwirkung
aufweisen, die vergleichbar sind mit den auf Aluminiumlegierungen erzeugten anodischen
Oxidationsschichten. Des weiteren sollen diese Oberflächenschichten zwar keine Cr-VI
haltigen Verbindungen beinhalten, hinsichtlich ihrer Korrosionsschutzwirkung jedoch
Selbstheilungseffekte aufweisen, die mit bekannten Chromatschichten vergleichbar sind.
Diese Erzielung von Selbstheilungseffekten ohne Einsatz von Chromationen kann dadurch
erfolgen, dass die ebenfalls zum Wechsel des Oxidationszustandes neigenden Oxide des
Molybdäns, Vanadiums und Mangans in die weitgehend chemisch inerte Schicht aus
Mischoxiden bzw. Mischhydroxiden des Aluminiums und Magnesiums eingebaut werden. Da
die Oxidationskraft und die damit einhergehende Selbstheilungswirkung der oben genannten
Oxide weniger stark als die von Chromaten ist, wird dieser Nachteil erfindungsgemäß
vorzugsweise durch eine höhere Quantität an Fremdoxiden ausgeglichen. Dies wird durch
die Einstellung von relativ großen Schichtdicken von bis zu 100 µm möglich. Ein weiterer
erfindungsgemäßer Vorteil gegenüber rein chemisch aufgebrachten Konversionsschichten
besteht darin, dass mechanische Verletzungen der Oberflächenschichten und die darauf
folgenden Korrosionserscheinungen zu einer zeitlich gestreckten Herauslösung von
Fremdoxiden aus der Schichtmatrix führt. Dies führt zu einer dosierten und langanhaltenden
Selbstheilungswirkung, da die Schichtmatrix beim Kontakt mit dem wässrigen
Korrosionsmedium auch aus relativ weit von der ursprünglichen Schadensstelle entfernten
Bereichen noch Fremdoxide nachliefern kann. Diese Depotwirkung wird bei chemisch
aufgebrachten Konversionsschichten nicht erzielt.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil besteht darin, dass die Schichtmatrix durch ihre im
Bereich zwischen 250 HV und 500 HV liegende Härte in der Lage ist, mechanische
Beschädigungen wie Steinschlag oder Ritzen in einem weitaus größerem Maße zu tolerieren
als dies von dünnen Konversionsschichten mit Dicken < 3 µm erwartet werden kann.
Durch die vor allem beim Korrosionsschutz im Automobilbau weit verbreitete Schichtfolge
von z. B. Magnesiumsubstrat, Oberflächenschutzschicht, kathodischer Tauchlack, Füller,
Basislack, Klarlack ist die Abstimmung der jeweiligen Schichtdicken und Schichthärten
empfehlenswert.
So wurde gefunden, dass bei abrasiver Verschleißbeanspruchung die Lackschichten
zunächst plastisch verformt werden, bei größer werdender Beanspruchung aufreißen und
abplatzen. Dadurch wird die unter dem kathodischen Tauchlack befindliche
erfindungsgemäße Oberflächenschutzschicht freigelegt und ebenfalls mechanisch
beansprucht. Aufgrund der Oberflächenhärte und des E-Moduls ist diese Schicht jedoch in
der Lage, ein bestimmtes unterkritisches Beanspruchungsniveau durch elastische
Rückverformung abzufedern. Übersteigt die Belastung einen kritischen Wert, so werden in
der Oberflächenschicht Mikrorisse erzeugt, die bei gleichzeitiger oder späterer korrosiver
Beanspruchung zum langsamen Herauslösen der Fremdoxide aus dem Schichtinneren führt.
Diese für den Selbstheilungsprozess notwendige Voraussetzung führt zu einem Transport
der dann in Lösung gehenden Fremdoxide zu dem an den Rissgründen befindlichen
Magnesiumgrundmaterial. Es kommt zu einem Wechsel der Oxidationsstufe der Fremdoxide
und es entstehen wasserunlösliche Verbindungen die zu einem temporär wirksamen
Korrosionsschutz führen. Die erfindungsgemäße Oberflächenschutzschicht zeichnet sich
durch eine verfahrensbedingt poröse Struktur mit Porengrößen von z. B. zwischen 1 und
2 µm aus. Diese Schichtstruktur besitzt zwei signifikante Vorteile. Der erste Vorteil besteht
darin, dass durch die Poren hindurch eine nachfolgende kathodische Tauchlackierung selbst
bei hohen Schichtdicken problemlos möglich ist und der kathodische Tauchlack im
ausgehärteten Zustand die Poren der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht ausfüllt und
somit zu hohen Haftfestigkeitswerten bis zu 50 MPa führt.
Der zweite Vorteil der Morphologie der erfindungsgemäßen Oberflächenschicht besteht in
deren relativ großer realer Oberfläche. Diese sorgt im Fall einer mechanischen
Beschädigung der daraufliegenden Lackschichten und der Oberflächenschicht sowie bei
Vorliegen eines wässrigen Korrosionsmediums dafür, dass ein vergleichsweise
dreidimensionaler Zustrom von gelösten Fremdoxiden zur freigelegten Substratoberfläche
stattfindet.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Bauteile aus Magnesium oder einer
Magnesiumlegierung, deren Oberfläche mit einer chromatfreien oxidischen
Korrosionsschicht versehen ist, die nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung in der oben geschilderten Weise aufgebracht wurde.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung eines Bauteils aus Magnesium oder
einer Magnesiumlegierung, welches nach dem Verfahren gemäß der Erfindung mit einer
Korrosionsschicht überzogen wurde, als Bauteil für Innen- oder Außenanwendungen im
Fahrzeugbau oder Flugzeugbau.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen des
erfündungsgemäßen Verfahrens. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Detailbeschreibung.
In der Regel wird so vorgegangen, dass Magnesiumlegierungen alkalisch entfettet werden
und in einem Gemisch aus z. B. 10 bis 40 Teilen Glykolsäure, 5 bis 25 Teilen
Aluminiumnitrat und Wasser gebeizt wird. In einem anschließenden anodischen
Oxidationsprozess unter Verwendung von verschiedenen Stromformen und Stromdichten
von vorzugsweise 0,3 A/dm2 bis 5,0 A/dm2 in einem wässrigen Elektrolyten mit z. B. unten
angegebenen Zusammensetzungen wird die Magnesiumoberfläche mit einer bis zu 100 µm
dicken Schutzschicht versehen.
Die so erzeugten Oberflächenschichten werden sowohl mit Hilfe von Konversionseffekten
aus dem Grundmaterial heraus, als auch durch gezielte Einlagerung von
Elektrolytbestandteilen chemisch modifiziert.
Die Magnesiumbauteile werden als Elektroden, bevorzugt als Anode, geschaltet. Die
Stromart ist entweder gepulster bipolarer Gleichstrom oder Wechselstrom, wobei
vorzugsweise folgende Verfahrensparameter gewählt werden:
- a) Gepulster, bipolarer Gleichstrom:
- - Frequenzen zwischen 10 und 5000 Hz, bevorzugt zwischen 250 und 2000 Hz;
- - Stromdichten zwischen 0,3 und 5 A/dm2, bevorzugt zwischen 1 und 2 A/dm2
- - Verhältnis von anodischer zu kathodischer Stromdichte zwischen 1 : 1 und 10 : 1, bevorzugt zwischen 2 : 1 und 4 : 1;
- - Badspannungen zwischen 80 und 300 V; Beginn der sichtbaren Funkenentladung zwischen 100 und 150 V, Endspannung zwischen 180 und 220 V (siehe Beispiele);
- - Beschichtungs-/Abscheidedauer zwischen 1 und 40 Minuten, bevorzugt zwischen 5 und 25 Minuten.
- b) Wechselstrom:
- - Frequenzen zwischen 10 und 100 Hz, bevorzugt 50 Hz;
- - Stromdichten zwischen 0,3 und 5 A/dm2, bevorzugt zwischen 1 und 2 A/dm2, besonders bevorzugt 1,5 A/dm2;
- - Badspannungen zwischen 50 und 300 V, bevorzugt zwischen 100 und 200 V;
- - Beschichtungs-/Abscheidedauer zwischen 1 und 40 Minuten, bevorzugt zwischen 5 und 25 Minuten.
Dabei kommen vorzugsweise Elektrolytlösungen zur Anwendung, die
- a) Vanadat- und/oder Molybdat- und/oder Manganverbindungen im Bereich von 10 bis 150 g/l enthalten,
- b) Aluminatverbindungen im Bereich von 3 bis 45 g/l (als Aluminiumgehalt) enthalten und
- c) Phosphatverbindungen, im besonderen Natriumdihydrogenphosphat in Gehalten von 50 bis 400 g/l,, Chelate, im besonderen Ethylendiamin (50%ig) in Gehalten von 25 bis 230 m/l und Ammoniak (25%ig) in Gehalten von 20 bis 75 ml/l enthalten.
Die erforderlichen pH-Werte werden mit 25%iger Ammoniaklösung eingestellt.
Konzentrationsangaben:
- - Phosphatverbindungen: 50 g/l bis 400 g/l, vorzugsweise 60 g/l bis 100 g/l, im besonderen 80 g/l;
- - Aluminatgehalt: von 3 g/l bis 45 g/l, vorzugsweise 4 bis 10 g/l, im besonderen 4,6 g/l;
- - Ammoniummetavanadat: 10 g /l bis 150 g/l, vorzugsweise 25 bis 50 g/l, im besonderen 30 g/l;
- - Ammoniummolybdat: 10 g/l bis 120 gl/m, vorzugsweise 25 bis 45 g/l, im besonderen 38 g/l;
- - Ammoniak (25%ig): 20 ml/l bis 75 ml/l, vorzugsweise 25 bis 50 ml/l, im besonderen 35 ml/l;
- - Ethylendiamin (50%ig): 25 ml/l bis 230 ml/l, vorzugsweise 30 bis 150 ml/l, im besonderen 50 bis 75 ml/l.
Die Erfindung soll anhand der folgenden, bevorzugten aber nicht einschränkenden Beispiele
erläutert werden.
Ein Bauteil aus der Magnesiumlegierung AZ31 wird alkalisch entfettet und in einer Lösung
aus 35% Glykolsäure, 14% Aluminiumnitrat und dest. Wasser bei RT ca. 3 min bis zum
metallischen Glanz gebeizt. In einem wässrigen Elektrolyten, bestehend aus 80 g/l
Kaliumdihydrogenphosphat, 45 g/l, Natriumcarbonat, 50 m/l Ethylendiamin, 35 ml/l
ammoniakalischer Lösung, 8 g/l Natriumhydroxid und 5 g/l Aluminiumhydroxid und 45 g/l
hexa-Ammoniumheptamolybdat-4-hydrat ((NH4)6Mo7O24 × 4 H2O) wird das
Magnesiumbauteil als Anode geschaltet und mit gepulstem bipolaren Gleichstrom
beaufschlagt. Die Frequenz beträgt dabei 250 Hz, die Stromdichte 1 A/dm2. Das Verhältnis
anodischer zu kathodischer Stromdichte beträgt 4 : 1.
Ab einer Spannung von 145 V kommt es zu sichtbaren Funkenentladungen auf der
Oberfläche des Bauteils. Die Endspannung beträgt 200 V und beendet den Prozess bei einer
Schichtdicke von 25 µm. Es werden glatte, hellgraue bis dunkelgraue Schichten erzeugt.
Ein Magnesiumbauteil aus Legierung AZ91hp wird in gleicher Weise, wie in Beispiel 1
erläutert, vorbehandelt.
In einem wässrigen Elektrolyten, bestehend aus 80 g/l Kaliumdihydrogenphosphat, 45 g/l
Natriumcarbonat, 50 ml/l Ethylendiamin, 35 ml/l ammoniakalischer Lösung, 8 g/l
Natriumhydroxid, 5 g/l Aluminiumhydroxid und 30 g/l Ammoniummeta-vanadat wird das
Magnesiumbauteil als Anode geschaltet und mit gepulstem bipolaren Gleichstrom
beaufschlagt. Die Frequenz beträgt dabei 2000 Hz, die Stromdichte 1,5 Aldm2 J Das
Verhältnis anodischer zu kathodischer Stromdichte beträgt 2 : 1.
Ab einer Spannung von 130 V kommt es zu sichtbaren Funkenentladungen auf der
Oberfläche des Bauteils. Die Endspannung beträgt 190 V. Mit fortschreitendem
Schichtaufbau sinkt die anodische Stromdichte und beendet den Prozess bei einer
Schichtdicke von 15 µm. Es werden glatte, dunkelbraune Schichten erzeugt.
Zwei Bauteile aus der Magnesiumlegierung AZ31 werden alkalisch entfettet und in einer
Lösung aus 35% Glykolsäure, 14% Aluminiumnitrat und dest. Wasser bei RT ca. 3 min bis
zum metallischen Glanz gebeizt.
Diese zwei Bauteile werden als Elektroden in einem wässrigen Elektrolyten, bestehend aus
40 g/l Ammoniumhydrogendifluorid, 30 g/l Natriumhydrogendiphosphat, 30 g/l, Ammonium
meta-vanadat, 50 g/l Citronensäure und 75 ml/l Ethylendiamin verwendet und mit
Wechselstrom (Frequenz 50 Hz) beaufschlagt. Die Stromdichte beträgt dabei 1,5 A/dm2. Bei
einer Badspannung von 170 V werden schwarze Oberflächenschichten mit einer
Schichtdicke bis zu 65 µm erzeugt.
Claims (19)
1. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten auf Oberflächen aus
Magnesium oder Magnesiumlegierungen, bei dem die mit der Schutzschicht zu
versehenden Bauteile als Elektrode, vorzugsweise als Anode geschaltet und in einem
Elektrolytbad oxidiert werden, wobei das Elektrolytbad Phosphatverbindungen und
Aluminiumverbindungen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytbad
weiterhin wenigstens eine Verbindung des Vanadiums und/oder Molybdäns und/oder
Mangans enthält.
2. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das Elektrolytbad ein Vanadat und/oder Molybdat und/oder
Manganat, vorzugsweise in einer Menge innerhalb eines Bereichs von etwa 10 g/l, bis
etwa 150 g/l, enthält.
3. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytbad ein Vanadat und/oder ein Molybdat
und/oder ein Manganat in einer Menge im Bereich von zwischen etwa 25 g/l und etwa
50 g/l enthält.
4. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytbad Ethylendiamin, vorzugsweise
in 50%iger Konzentration und in einer Menge von zwischen etwa 25 ml/l und 230 ml/l,
weiter vorzugsweise in einer Menge von zwischen etwa 30 ml/l und etwa 150 ml/l
enthält.
5. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytbad ein wässriger Elektrolyt ist, der
Ammoniak in 25%iger Konzentration, vorzugsweise in einer Menge von zwischen etwa
20 ml/l bis etwa 75 ml/l, weiter vorzugsweise in einer Menge von zwischen etwa 25 ml/l
und etwa 50 ml/l enthält.
6. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytbad Phosphatverbindungen in einer
Menge von zwischen etwa 50 g/l bis etwa 400 g/l, vorzugsweise in einer Menge von
zwischen etwa 60 g/l bis etwa 100 g/l enthält.
7. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrolytbad einen Aluminatgehalt von
vorzugsweise zwischen etwa 3 g/l und etwa 45 g/l, weiter vorzugsweise zwischen etwa
4 g/l und etwa 10 g/l aufweist.
8. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man das mit der Schutzschicht zu versehende
Bauteil als Anode schaltet und mit einem gepulsten bipolaren Gleichstrom, vorzugsweise
mit einer Frequenz im Bereich zwischen etwa 250 und etwa 2000 Hz oder mit einem
Wechselstrom, vorzugsweise mit einer Frequenz zwischen etwa 10 und etwa 100 Hz
beaufschlagt.
9. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man Stromdichten im Bereich von zwischen etwa
0,3 und etwa 5 A/dm2, vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 1 A/dm2 und etwa
2 A/dm2 verwendet.
10. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einem Verhältnis von anodischer zu
kathodischer Stromdichte von zwischen etwa 1 : 1 und etwa 10 : 1, bevorzugt zwischen
etwa 2 : 1 und etwa 4 : 1 arbeitet.
11. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Badspannungen zwischen etwa 80 V
und etwa 300 V arbeitet, vorzugsweise mit Endspannungen zwischen etwa 180 und
etwa 220 V.
12. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Beschichtungs-/Abscheidedauer von
zwischen etwa 1 Minute und etwa 40 Minuten, vorzugsweise zwischen etwa 5 Minuten
und etwa 25 Minuten wählt.
13. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man bei Verwendung von Wechselstrom
Badspannungen zwischen etwa 50 V und etwa 300 V, vorzugsweise zwischen etwa
100 V und etwa 200 V verwendet.
14. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man Korrosionsschutzschichten mit
Schichtdicken von zwischen etwa 3 µm und etwa 100 µm erzeugt.
15. . Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass man vor der Oxidation im Elektrolytbad die zu
beschichtenden Oberflächen in einer Lösung beizt, die Glycolsäure, vorzugsweise in
einer Konzentration von zwischen etwa 10 und etwa 40%, weiter vorzugsweise in einer
Konzentration von etwa 35%, enthält.
16. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man vor der Oxidation im Elektrolytbad die zu
beschichtenden Oberflächen mit einer Lösung beizt, die Aluminiumnitrat enthält,
vorzugsweise in einer Konzentration von zwischen etwa 5 und etwa 25%.
17. Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten nach einem der Ansprüche 1
bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtenden Oberflächen vor der
Behandlung im Elektrolytbad in einer wässrigen Glycolsäure und/oder
aluminiumnitrathaltigen Lösung für die Zeitdauer von zwischen 1 Minute bis 30 Minuten,
vorzugsweise einige Minuten lang gebeizt werden.
18. Bauteil aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, dessen Oberfläche mit einer
chromatfreien oxidischen Korrosionsschutzschicht versehen ist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Korrosionsschutzschicht nach einem Verfahren gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 17 aufgebracht wurde.
19. Verwendung eines Bauteils aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung, welches
mit einer nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 erzeugten
Korrosionsschutzschicht überzogen ist als Bauteil für Innen- oder Außenanwendungen
im Fahrzeugbau oder Flugzeugbau.
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|---|---|---|---|
| DE2001127770 DE10127770A1 (de) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | Verfahren zur Erzeugung von Korrosionsschutzschichten auf Oberflächen aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen |
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