DE102007034637A1

DE102007034637A1 - Method for the application of a conversion coating on a component out of aluminum alloy, comprises individually treating the component with a solution, which consists of an alkali metal permanganate as active ingredients

Info

Publication number: DE102007034637A1
Application number: DE200710034637
Authority: DE
Inventors: Georg Dr. Bockmaier; Alexander Frenzel
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2007-07-23
Publication date: 2009-01-29

Abstract

The method for the application of a conversion coating on a component out of aluminum alloy, comprises individually treating the component with a solution, which consists of an alkali metal permanganate as active ingredients with a pH of 13.5-14.0. The temperature of the solution lies between the freezing point and the boiling point during the treatment of the component.

Description

Die Erfindung betrifft ein einstufiges Verfahren zum Aufbringen eines Konversionsüberzuges auf ein Bauteil aus einer Aluminiumlegierung.The The invention relates to a one-step process for applying a Conversion coating on an aluminum alloy component.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Oberflächenvorbehandlung von Aluminium und seinen Legierungen zur Erzeugung eines wirksamen Korrosionsschutzes. Wenn man von dem Anodisierverfahren absieht, sind die Methoden am bekanntesten, bei denen die Schutzwirkung mit Hilfe eines korrosionsbeständigen Konversionsüberzuges und einer anschließenden Überbeschichtung mit einer Lackierung erfolgt. Um eine gute Haftfestigkeit der Lackierung sicherzustellen, muss der korrosionsbeständige Konversionsüberzug fest mit der metallischen Oberfläche verbunden sein. Konversionsüberzüge werden nicht durch Auftragen auf Aluminiumoberflächen, sondern durch elektrochemische oder chemische Umwandlung der Oberflächen unter Beteiligung der Bestandteile des wässrigen Elektrolyten gebildet.It There are different possibilities of surface pretreatment of aluminum and its alloys to provide effective corrosion protection. If one disregards the anodization process, the methods are the most well-known, in which the protective effect with the help of a corrosion-resistant Conversion coating and a subsequent overcoating done with a paint job. To get a good adhesion of the paint ensure the corrosion resistant conversion coating be firmly connected to the metallic surface. Conversion coatings are not affected by application on aluminum surfaces, but by electrochemical or chemical transformation of the surfaces formed with the participation of the constituents of the aqueous electrolyte.

Da Anodisierverfahren wegen ihrer aufwendigen Technik nur für bestimmte großtechnische Prozesse, z. B. im Bauwesen oder im Flugzeugbau in Frage kommen, werden nach wie vor preiswerte Verfahren gesucht, die sich für Reparaturverfahren, insbesondere auch an kleinen Bauteilen, bequem einsetzen lassen. Aus diesem Grunde gilt dem Ausfindigmachen geeigneter umweltfreundlicher Bäder zur Erzeugung von korrosionsbeständigen Konversionsüberzügen nach wie vor höchstes Interesse.There Anodisierverfahren because of their elaborate technique only for certain large-scale processes, eg. B. in construction or In aircraft are eligible, are still cheap procedures sought out for repair procedures, in particular even on small components, convenient to use. For this reason applies to the search for suitable environmentally friendly baths for the production of corrosion-resistant conversion coatings still the highest interest.

Es gibt eine Vielzahl von Prozessen mit unterschiedlichen Badzusammensetzungen zur Erzeugung von korrosionsbeständigen Konversionsüberzügen für Aluminiumwerkstoffe.It gives a variety of processes with different bath compositions for the production of corrosion-resistant conversion coatings for aluminum materials.

Am bekanntesten sind die Badzusammensetzungen mit sechswertigen Chromaten als wesentlichem Wirkstoff. Hierbei handelt es sich um äußerst leistungsfähige Prozesse, die in Verbindung mit einer nachfolgenden Überlackierung eine ausgezeichnete Schutzwirkung sicherstellen.At the The best known are the bath compositions with hexavalent chromates as an essential ingredient. These are extremely powerful Processes associated with a subsequent overpainting to ensure an excellent protective effect.

Allen anderen genannten Methoden zur Erzeugung eines Konversionsüberzuges ist gemeinsam, dass sie ebenfalls nur dann einen akzeptablen Korrosionsschutz gewährleisten können, wenn ein anschließendes Beschichten mit einer geeigneten Lackierung folgt. Bekannt sind z. B. Konversions-Techniken auf Basis

– Sol-Gel mit Silanen
– Fluorozirkonium/Fluorotitan-Verbindungen
– Cobalt-Verbindungen
– Cer/Molybdän-Verbindungen
– Permanganate
– Aluminate

All other methods mentioned for producing a conversion coating have in common that they can only guarantee an acceptable corrosion protection if a subsequent coating follows with a suitable finish. Are known z. B. Conversion techniques based

- Sol-gel with silanes
- Fluorozirconium / Fluorotitan compounds
- Cobalt compounds
- Cerium / molybdenum compounds
- permanganate
- aluminates

Sechswertige Chromverbindungen, so genannte Chromate, sind für ihren hervorragenden Korrosionsschutz bekannt. Diese Stoffe dürfen jedoch aus Gründen des Schutzes von Umwelt und Arbeitsplatz, insbesondere wegen der Kanzerogenität der Chromat-Stäube, nur noch in Ausnahmefällen eingesetzt werden. Von dieser Ausnahmeregelung wird im Bereich Luftfahrt noch Gebrauch gemacht. Aber auch in dieser Branche dürfte es künftig schwierig werden, die Gefahrstoffverordnung zu umgehen, da chromatfreie Lösungen mit beachtlicher Schutzwirkung existieren. Ein Chromat-Verbot gilt z. B. bereits im Rahmen der EU-Altautoverordnung.hexavalent Chrome compounds, called chromates, are for their excellent corrosion protection known. These substances are allowed however, for the purposes of protecting the environment and the workplace, in particular because of the carcinogenicity of chromate dusts, only be used in exceptional cases. Of this Derogation is still used in the field of aviation. But in this industry, it should be future difficult to circumvent the Hazardous Substances Ordinance, as chromate-free Solutions with considerable protection exist. One Chromate ban applies z. B. already in the context of the EU end-of-life vehicle regulation.

Alle bekannten, aufgezählten Alternativen zur Chromat-Konversions-Vorbehandlung weisen Nachteile auf. Entweder handelt es sich um mehrstufige Prozesse, bei denen in einem dem eigentlichen Konversionsprozess vorgelagerten Schritt zunächst Aluminiumoxid entfernt werden muss. Oder es handelt sich um Konversionsüberzüge mit einer geringen Abrasionsfestigkeit, so dass eine für viele Anwendungsfälle unzureichende korrosionsschützende Wirkung vorliegt.All known enumerated alternatives to chromate conversion pretreatment have disadvantages. Either these are multi-level processes, where in an upstream of the actual conversion process Step first alumina must be removed. Or These are conversion coatings with a low abrasion resistance, making one for many applications insufficient corrosion protective effect is present.

Aus der DE 68 912 660 T2 ist ein mehrstufiges Verfahren zum Korrosionsschutz eines Bauteiles aus einer Aluminiumlegierung bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Bauteil mit einer chromatfreien Mehrfachbeschichtung versehen. Hierzu wird das Bauteil nacheinander mit verschiedenen Badlösungen behandelt. Die erhaltene Mehrfachbeschichtung umfasst mindestens eine erste Verbindung enthaltend Aluminiumionen und Nitrationen, eine zweite Verbindung enthaltend ein Alkalimetallmanganat und eine dritte Verbindung enthaltend ein Alkalimetallsilikat.From the DE 68 912 660 T2 is a multi-step process for the corrosion protection of an aluminum alloy member known. In this process, the component is provided with a chromate-free multiple coating. For this purpose, the component is treated successively with different bath solutions. The obtained multiple coating comprises at least a first compound containing aluminum ions and nitrate ions, a second compound containing an alkali metal manganate and a third compound containing an alkali metal silicate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein chromatfreies Verfahren zum Aufbringen eines Konversionsüberzuges auf ein Bauteil aus einer Aluminiumlegierung zu schaffen, das einstufig arbeitet.Of the Invention is based on the object, a chromate-free process for applying a conversion coating to a component Made of an aluminum alloy that works in one step.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Aufbringen eines Konversionsüberzuges auf ein Bauteil aus einer Aluminiumlegierung gelöst, bei dem

• das Bauteil ausschließlich einstufig mit einer Lösung behandelt wird, die als alleinige Wirkkomponente ein Alkalimetall-Permanganat aufweist,
• eine alkalische Lösung mit einem pH-Wert von 13,5 bis 14,0 verwendet wird.

The object is achieved by a method for applying a conversion coating on a component of an aluminum alloy, in which

The component is treated only in one stage with a solution which has as its sole active component an alkali metal permanganate,
• an alkaline solution with a pH of 13.5 to 14.0 is used.

Mit Hilfe einer hochkonzentrierten Permanganat-Lösung, die einen pH-Wert im Bereich von 14 aufweist, wird in einem einzigen Schritt, eine grobe Vorreinigung zur Entfernung von beispielsweise anhaftenden Ölen oder Fetten nicht mitgerechnet, eine korrosionsschützende Konversionsbeschichtung aus Manganoxiden erzeugt. Die alkalische Lösung enthält außer dem Alkalimetall-Permanganat kein weiteres Salz, das mit der Oberfläche des Bauteiles reagiert. Es handelt es sich um einen einfachen, aber effektiven Eintopfprozess, der sich bei Temperaturen beginnend ab der niedrigst möglichen auf die Lösungszusammensetzung (flüssiger Aggregatzustand) abgestimmten Temperatur von ca. 0°C bis über normale Arbeitstemperaturen von ca. 23°C hinaus (bis zum Siedepunkt) anwenden lässt. Die Tauchzeit im Falle eines Tauch-Konversionsverfahrens kann im Bereich von 0,5 bis 15 h und im Bedarfsfalle auch darüber liegen. Zu einem späteren Zeitpunkt wird eine schützende Lackschicht aufgebracht.With the help of a highly concentrated permanganate solution having a pH in the range of 14, a corrosion preventive conversion coating of manganese oxides is produced in a single step, a rough pre-cleaning to remove, for example, adhering oils or fats not counted. The alkaline solution ent In addition to the alkali metal permanganate holds no further salt that reacts with the surface of the component. It is a simple but effective one-pot process that starts at temperatures starting from the lowest possible temperature (approx. 0 ° C) and above normal working temperatures of approx Boiling point). The immersion time in the case of a dip-conversion process can be in the range of 0.5 to 15 h and in case of need also over it. At a later date, a protective lacquer layer is applied.

Bei der Zusammensetzung der Badflüssigkeit zur Erzeugung eines Konversionsüberzuges wird auf krebserzeugende Chromate verzichtet. Die Aluminiumoxidschicht wird nicht in einem vorgeschalteten Beizschritt entfernt.at the composition of the bath liquid to produce a Conversion coating is based on carcinogenic chromates waived. The aluminum oxide layer is not in an upstream Pickling step removed.

Der erfindungsgemäß erhaltene Konversionsüberzug bietet für die unterschiedlichsten Aluminium-Werkstoffe einen sehr guten Haftgrund und einen guten Korrosionsschutz, der den entsprechenden Eigenschaften von chromathaltigen Wash-Primern (Haftvermittler auf Lack-Basis) nahe kommt.Of the Conversion coating obtained according to the invention offers for a wide variety of aluminum materials a very good primer and good corrosion protection, the the corresponding properties of chromate-containing wash primers (Adhesive on paint basis) comes close.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung liegt die Temperatur der Lösung während der Behandlung des Bauteiles im gesamten Bereich zwischen Gefrier- und Siedepunkt. In anwenderfreundlicher Weise kann die Umgebungstemperatur gewählt werden, so dass ein Aufheizen der alkalischen Lösung nicht notwendig ist.According to one Embodiment of the invention is the temperature of the solution during the treatment of the component throughout the area between freezing and boiling point. In a user-friendly way the ambient temperature can be chosen so that a Heating the alkaline solution is not necessary.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Alkalimetall-Permanganat Kalium-Permanganat.According to one Another embodiment of the invention is the alkali metal permanganate Potassium permanganate.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.following Embodiments of the invention will be described.

Erstes Ausführungsbeispiel: Platte aus Werkstoff: Al 3.1354 T351 (AlCuMg2)First embodiment: plate made of material: Al 3.1354 T351 (AlCuMg2)

• Treatment of the plate by immersion in a conversion bath. The conversion bath consists of: w (KMnO4) = 3.0% w (KOH) = 0.1% w (H2O) = 96.9% Temperature conversion bath: 23 ° C Immersion time: 3 h
• Rinse with demineralized water
• Drying in air

Zweites Ausführungsbeispiel: Platte aus: Werkstoff AlMg3Second embodiment: Plate made of: material AlMg3

• Treatment of the plate by immersion in a conversion bath. The conversion bath consists of: w (KMnO4) = 0.3% w (KOH) = 0.01% w (H2O) = 99.69% temperature Conversion bath: 5 ° C Immersion time Material: 1 h
• Rinse with demineralized water
• Drying in air

Nach dem Spülen mit vollentsalztem Wasser und dem Trocknen der Al-Werkstoffe an Luft wurde ein chromatfreier 2K-Epoxy-Grundanstrich in üblicher Schichtdicke aufgebracht. Die Prüfung der Haftfestigkeit der Epoxy-Beschichtung nach dem Gitterschnittprinzip ( DIN EN ISO 2409 ) ergab den Kennwert 0. Damit liegt eine sehr gute Haftfestigkeit vor. Das Korrosionsschutzverhalten der Kombination Konversionsüberzug/Beschichtung wurde mit Hilfe der Untersuchung der Beständigkeit gegenüber Filiformkorrosion ( DIN EN 4623-2/4628-10 ) bzw. gegenüber zyklischer Wechselbeanspruchung ( DIN EN ISO 11997-1 , Zyklus B) überprüft. In beiden Fällen konnte eine gute Korrosionsschutzwirkung nachgewiesen werden. Die häufigste Fadenlänge M (Kriterium für die Prüfung nach DIN EN 4623-2 ) betrug nach 1000 h Testdauer bei dem bekanntermaßen besonders korrosionsempfindlichen Al-Werkstoff AlCuMg2 5 mm, die Unterwanderung am Ritz (Kriterium für die Prüfung nach DIN EN ISO 11997-1 , Zyklus B) betrug nach 6 Wochen Testdauer beim selben Al-Werkstoff ebenfalls 5 mm.After rinsing with demineralized water and drying the Al materials in air, a chromate-free 2K epoxy primer was applied in the usual layer thickness. The adhesion test of the epoxy coating according to the cross-hatch principle ( DIN EN ISO 2409 ) gave the characteristic value 0. This is a very good adhesion. The anticorrosive behavior of the combination conversion coating / coating was determined by examination of the resistance to filiform corrosion ( DIN EN 4623-2 / 4628-10 ) or cyclic cycling ( DIN EN ISO 11997-1 , Cycle B). In both cases, a good corrosion protection effect could be detected. The most common thread length M (criterion for the examination after DIN EN 4623-2 ) after 1000 h of test in the known particularly corrosion-sensitive Al material AlCuMg2 5 mm, the infiltration of the scribe (criterion for the test DIN EN ISO 11997-1 , Cycle B) was also 5 mm after 6 weeks of testing for the same Al material.

Die Korrosionsschutzwirkung des Konversionsüberzuges entspricht derjenigen von üblichen chromathaltigen Wash-Primern (Haftgrundmittel mit Trockenfilmdicken von 5–10 μm) entsprechen. Der Konversionsüberzug ist für eine Überbeschichtung mit Lacken geeignet. Dies ist durch Haftfestigkeitsuntersuchungen nachgewiesen. Die Korrosionsschutzwirkung ist durch Korrosionsschutzprüfungen unter Einbeziehung einer Überlackierung und Aufbringung einer Ritzverletzung nachgewiesen. Korrosionsschützende Konversionsüberzüge auf Basis von Manganoxidfilmen können wie zuvor beschrieben auf unterschiedlichsten Aluminium-Werkstoffen erzeugt werden.The Corrosion protection effect of the conversion coating corresponds those of conventional chromate-containing wash primers (primer with dry film thicknesses of 5-10 μm). The conversion coating is for overcoating with Paints suitable. This is proved by adhesion tests. The corrosion protection effect is protected by corrosion protection tests Inclusion of overpainting and application of a Scratch injury proven. Corrosion protection conversion coatings based on manganese oxide films can be as previously described be produced on a variety of aluminum materials.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 68912660 T2 [0009]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

- DIN EN ISO 2409 [0018]
- DIN EN 4623-2 / 4628-10 [0018]
- DIN EN ISO 11997-1 [0018]
- DIN EN 4623-2 [0018]
- DIN EN ISO 11997-1 [0018]

Claims

Method for applying a conversion coating to an aluminum alloy component, in which • the Component is treated in one stage with a solution that has as its sole active component an alkali metal permanganate, • one alkaline solution with a pH of 13.5 to 14.0 used becomes.

The method of claim 1, wherein the temperature the solution during the treatment of the component between freezing and boiling point.

The method of claim 1 or 2, wherein the alkali metal permanganate Potassium permanganate is.