DE102007057777B4

DE102007057777B4 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung sowie Verwendung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102007057777B4
Application number: DE200710057777
Authority: DE
Inventors: Dr. Steins Reiner
Original assignee: Erbsloeh AG
Current assignee: WKW AG
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2027-12-01
Also published as: WO2009068168A1; DE102007057777A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung, – mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit gegenüber sauren und alkalischen Medien, nämlich einer Alkaliresistenz bei einem pH-Wert von 13,5 und einer Temperatur von 18 bis 20°C für mindestens 10 min, – mit einer hohen Wärmerissbeständigkeit, nämlich einer Beständigkeit ohne Auftreten von Wärmerissen bei 100°C für mindestens 60 min, umfassend zumindest die Schritte: – Anodisation des Bauteils, wobei die Oberfläche des Aluminiums und/oder der Aluminiumlegierung eine gleichmäßig erzeugte Oxidschicht einer Schichtdicke von 2 bis 30 μm erhält, – Kaltsealing des Bauteils in einem Bad aus vollentsalztem Wasser unter Zugabe eines Nickelfluorid enthaltenden Verdichtungsmittels bei einer Temperatur von 28°C bis 32°C und einem pH-Wert von 6,0 bis 7,0 für eine Zeit von mindestens 4 min und – Heißwassersealing des Bauteils in einem Bad aus vollentsalztem Wasser bei einer Temperatur von 95°C bis 100°C, einem pH-Wert von 5,8...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere ein Zierteil oder Funktionsteil, mit einer sehr hohen Korrosionsbeständigkeit.
Im Außen- und Innenbereich vieler Kraftfahrzeuge befinden sich hoch- oder matt- bzw. seidenglänzende Zierteile, die aus Aluminiumblechen oder Aluminiumprofilen gefertigt sind. Die dekorativen Oberflächen werden durch Polieren und Glanzeloxieren erhalten. Diese eventuell auch gefärbten Oberflächen sind optisch anspruchsvoll und erfüllen einen hohen Qualitätsanspruch. Es sind Oberflächen, welche im Gegensatz zu lackierten Oberflächen eine völlig gleichmäßige Schichtstärke aufweisen und weder Welligkeiten noch Kantenaufbauten oder Kantenfluchten besitzen. Sie verfügen außerdem, durch eine Kombination von Kalt- und Heißverdichtungsprozessen, über eine gute Korrosionsbeständigkeit. So sind nach einem solchen Verfahren hergestellte Aluminiumbauteile, wie beispielsweise ein Bauteil aus einer AlMg0,8-Legierung, im alkalischen Bereich bis zu pH-Werten von 11,5 beständig. Bei Verwendung eines Bauteils aus einer AlMgSi0,5-Legierung ist sogar eine Beständigkeit bis zu pH-Werten von 12,5 nachgewiesen. Die Alkalibeständigkeit von Eloxaloberflächen ist beispielsweise in einer Norm TL 212 der Volkswagen AG festgelegt. Darüber hinaus konnten entsprechend speziellen Prüfnormen Beständigkeiten im sauren Bereich ab pH-Werten von 1,5 erzielt werden. Die Beständigkeit gegenüber sauren Medien wird mit dem sogenannten Kesternichtest, DIN 50018 KfW 2,0S, geprüft. Dieser pH-Bereich von 1,5 bis 11,5 bzw. 12,5 stellt einen an sich schon weiten Bereich der Korrosionsbeständigkeit dar. Die Bauteile sind jedoch oft höheren Beanspruchungen ausgesetzt. So finden, insbesondere in den USA, aber auch zunehmend in Europa, bürsten- und lappenlose Waschanlagen, die berührungslos Fahrzeuge säubern, vermehrt Anwendung. In diesen Waschanlagen werden Reiniger, insbesondere im Bereich des Einweichens vor der eigentlichen Wäsche, eingesetzt, die pH-Werte von 13,5 erreichen können. Werden mm Fahrzeuge mit eloxierten Bauteilen solchen Reinigern ausgesetzt, wird die im ungeschädigten Zustand transparente verdichtete Eloxalschicht aufgrund von Korrosionsvorgängen schnell milchig und unansehnlich. Diese Veränderung kann sich sogar bis zur vollständigen Schädigung der Eloxaloberfläche fortsetzen.
Es gibt verschiedene Unternehmungen, die Korrosionsbeständigkeit solcher Bauteile, insbesondere im alkalischen Bereich, zu erhöhen.
Aus dem Dokument GB 393 996 A ist die Herstellung von Schutzschichten auf Aluminiumbauteilen durch Chromatisieren bzw. durch eine Silikatpassivierungsschicht bekannt. Solche Schichten verändern das Aussehen von gefärbten Aluminiumbauteilen, was bei der Verwendung als Zierteil nicht gewünscht ist.
Das japanische Abstract JP 59059896 A beschreibt ein Verfahren, bei dem eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit dadurch erzielt wird, dass das anodisierte Aluminiumbauteil nachfolgend in einer wässerigen Alkalisilikatlösung behandelt wird. Diese Behandlung führt zum Schließen der Poren der Oxidschicht. Ein weiterer Versiegelungsschritt ist nicht offenbart. Eine solche Behandlung führt nicht zu der gewünschten hohen Korrosionsbeständigkeit im basischen Bereich.
Aus dem deutschen Patent DE 28 12 116 C2 ist eine Nachbehandlung eines anodisierten Aluminiumbauteiles bekannt, die als Dichtungsbehandlung bezeichnet wird. Hierbei wird das anodisierte Aluminiumbauteil in einer Silikatlösung unter Anlegen elektrischer Spannung behandelt. Es schließt sich eine bekannte Heißwasser- oder Dampfverdichtung an. Dieses Verfahren soll eine Rissbildung in der Oxidschicht verhindern, wenn härtbare Überzüge, wie beispielsweise Acrylharze, auf das Bauteil aufgebracht werden. Ohne das Aufbringen solcher Überzüge weist das Aluminiumbauteil jedoch keine ausreichende Korrosionsbeständigkeit im basischen Bereich auf.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1 407 935 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem teilverdichtete Glanzeloxaloberflächen mit einem transparenten Lack (Cerapaint, Aluceram) überzogen werden, d. h. an das Eloxalverfahren schließt sich ein Lackierverfahren an. Aus verfahrenstechnischen Gründen werden nur die Sichtseiten beschichtet. Die mit dem transparenten Lack (Cerapaint, Aluceram) versehene Eloxaloberfläche kann excellente Korrosionseigenschaften aufweisen, sie ist beispielsweise nach Audi TL182 im pH-Bereich von 1 bis 13,5 stabil. Die Oberfläche kann diese Korrosionsbeständigkeit auch nach mechanischer Belastung aufweisen, d. h. beispielsweise nach einer Belastung mit 10 Doppelhüben einer Vorrichtung nach Amtec-Kistler, die eine Waschstrassensimulation darstellt. Dies bedeutet, dass sie auch mechanisch stabil ist. Nachteilig ist, dass unverdichtete bzw. teilverdichtete eloxierte Ware vor der Beschichtung mit diesen Lacken nicht beliebig transportiert und gehandelt werden kann, da die Kapillarwirkung der offenen Poren ein irreversibles Verschmutzen der Teile nach sich zieht. Des Weiteren werden aus verfahrenstechnischen und Kostengründen nur die Sichtseiten beschichtet. Daraus resultiert eine erhöhte Neigung der Rückseite zur Korrosion, insbesondere im Verbund mit anderen Metallen oder freien Kohlenstoff beinhaltenden Werkstoffen, die in direktem Kontakt mit der un- oder teilverdichteten Rückseite unter Anwesenheit eines leitfähigen Elektrolyten, beispielsweise einer Salzlösung, stehen.
Des Weiteren gibt es Ansätze, die Eloxalschicht durch Erweiterung der Sealingaktivitäten korrosionsstabiler zu gestalten. Nach dem Aufbau der Eloxalschicht werden die Poren üblicherweise durch ein Kaltsealing (durch Nickelflourid) und ein Heißwassersealing (vollentsalztes Wasser plus Belagverhinderer) geschlossen. Die Erweiterung der Sealingaktivitäten besteht dann entweder aus einer bei erhöhter Temperatur durchgeführten Nickelacetatbehandlung, die zwischen das Kaltsealing und das Heißwassersealing geschaltet wird oder einer Nickelacetatbehandlung, die das Heißwassersealing ersetzt. Korrosionsstabilitäten bis zu pH-Werten von 13,5 können so erzielt werden. Die Poren der Anodisationsschicht sind in diesem Fall durch eine Deckschicht verschlossen bzw. abgedeckt, die neben dem Aluminiumoxidhydrat (Böhmit) nickelhaltige Verbindungen enthält. Diese Deckschicht sorgt dafür, dass hochalkalische Lösungen nicht angreifen können. Diese nickelhaltige Deckschicht ist jedoch mechanisch wenig stabil, so dass eine geringe mechanische Belastung zur Beseitigung dieser Schicht führt, was dann die erhöhte Korrosionsbeständigkeit zunichte macht und damit für die Anwendung bei Bauteilen im Kraftfahrzeugbereich ungeeignet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit zur Verfügung zu stellen, um mittels dieses Verfahrens verbesserte Bauteile herstellen zu können, die insbesondere eine Alkaliresistenz bis zu pH-Werten von 13,5 erreichen, ohne dass die sonstigen positiven Eigenschaften einer Eloxaloberfläche, wie z. B. ihre Korrosionsresistenz gegenüber Salz- und saurer Belastung, ihre Witterungs- und Kratzbeständigkeit, um nur einige zu nennen, negativ verändert werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren so zu gestalten, dass die Beschichtung als Inline-Prozess, d. h. Nass in Nass erfolgen kann, um die Kosten so gering wie möglich zu halten.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Bei diesem Verfahren werden Bauteile aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung, wie beispielsweise Zier- und/oder Funktionsteile, insbesondere von Kraftfahrzeugen erhalten. Diese Bauteile weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber sauren bzw. alkalischen Medien auf, insbesondere eine hohe Alkaliresistenz. So wurden diese Aluminiumbauteile bei Temperaturen von 18 bis 20°C in einer Lösung mit einem pH-Wert von 13,5 gelagert und konnten diesen Prüfbedingungen mindestens 10 Minuten ohne optische Veränderung standhalten.
Darüber hinaus weisen die Bauteile eine hohe Warmrissbeständigkeit auf, nämlich eine Beständigkeit bei hohen Temperaturen, ohne dass Wärmerisse auftreten. Die Bauteile wurden bei 100°C für mindestens 60 Minuten gelagert und anschließend geprüft. Es konnten optisch keine Wärmerisse nachgewiesen werden.
Hochglänzende Zierteile zeichnen sich durch den Einsatz besonders reinen Aluminiums oder besonders reiner Aluminiumlegierungen aus, dargestellt aus z. B. den bekannten Güten Al99,9MgSi0,5 oder Al99,9Mg0,8. Der dekorative Bereich der Oberfläche des Bauteils kann durch entsprechende Vorbehandlung zwischen hochglänzend und matt eingestellt werden. Er kann, wie bekannte Kraftfahrzeugzierteile, elektrolytisch und/oder adsorptiv gefärbt sein.
Die Bauteile aus Rein-Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung, basierend auf Aluminium hoher Reinheit, besitzen eine gleichmäßige, durch Anodisation erzeugte Oxidschicht und eine die Poren der Oxidschicht verschließende und gleichmäßig abdeckende Deckschicht. Anders als bei bekannten korrosionsbeständigen dekorativen Bauteilen besteht diese Deckschicht nicht ausschließlich aus Aluminiumoxid und -Oxydhydrat (Böhmitschicht) in den Poren oder aus einer die Eloxalschicht abdeckenden Lackschicht oder keramikartigen Schicht, sondern die Poren der Oxydschicht sind sowohl durch eine Oxydhydratverdichtung verschlossen und durch eine glasartige Schicht abgedeckt. Diese Kombination der Verdichtungsschicht und der glasartigen Schicht in der Deckschicht bewirkt zum einen die hohe Korrosionsbeständigkeit und zum anderen die gleichbleibend hohe Wärmerissbeständigkeit.
Diese Versiegelung wird nach der Anodisation durch eine dreistufige Verdichtung erzielt. Im ersten Schritt wird die bei der Anodisation erzielte poröse Oxidschicht, die in der Regel Schichtdicken bei naturfarbenen Teilen von 5–7 μm und bei eingefärbten Teilen Schichtdicken von 12–15 μm aufweisen, einem Kaltsealingverfahren unterzogen. Hierbei sollten Sealingprodukte mit Nickelfluorid zugesetzt werden. Die Verfahrensbedingungen für diesen Kaltsealingschritt sind:

• Gesamtkonzentration an Verdichtungsmittel 4,0–8,0 g/l, vorzugsweise 5,5–7,7 g/l,
• pH-Wert 6,0–7,0, vorzugsweise 6,0–6,7,
• Temperatur 28–32°C,
• Zeit 4–8 min, vorzugsweise 4–6 min.

Anschließend wird nach mehrfacher Spülung in vollentsalztem Wasser ein herkömmliches Heißwassersealing durchgeführt. Die Verfahrensbedingungen für das Heißwassersealing sind:

• Konzentration an Phosphat- und Silikationen (PO4 und SiO3) < 8 ppm,
• pH-Wert 5,8–6,6, vorzugsweise 5,8–6,2,
• Leitfähigkeit > 650 μS/cm,
• Temperatur T > 95°C, vorzugsweise 95–100°C,
• Zeit t ≥ 3 min/μm Schichtdicke der Anodisationsschicht,
• vollentsalztes Wasser, gegebenenfalls unter Zugabe von Belagverhinderern in einer Konzentration von 2–3 ml/l.

Daran schließt sich eine Konversionsbehandlung mit einer wässrigen Lösung von Hexaflourkieselsäure und (oder Chromphosphorsäure an, welche die Oberfläche für die nachfolgende Behandlung vorbereitet. Die Verfahrensbedingungen sind für diesen Konversionsschritt:

• Temperatur 45–70°C, vorzugsweise 55–60°C,
• Zeit 7–15 min, vorzugsweise 10–12 min,
• Konzentration an Konversionsmittel 20–200 g/l, vorzugsweise 30–60 g/l,
• pH-Wert 6,0–7,0, vorzugsweise 6,4–6,6.

Die nun folgende zweite Heißwasserverdichtung wird bei pH-Werten von 10,5 bis 11,2 unter Zugabe von Alkalisilikaten, wie beispielsweise Natriumsilikat oder Kaliumsilikat, vorgenommen. Die Verfahrensbedingungen für dieses Heißwassersealing sind:

• Zeit 21–45 min, vorzugsweise 3 min/μm Schichtdicke der Anodisationsschicht,
• Konzentration an Alkalisilikat 5 bis 60 g/l, vorzugsweise 8 bis 30 g/l Kaliumsilikat oder Natriumsilikat,
• pH-Wert 10,5 bis 11,2,
• evtl. Zusatz an Tensidgemisch 0,2 bis 0,3 ml/l,
• Temperatur T > 95°C, vorzugsweise 95–100°C

Es können glasartige Substanzen eines oder mehrerer solcher Alkalisilikate in die Deckschicht (Eloxalschicht) eingebracht und gleichzeitig auf diese aufgebracht werden. Diese glasartigen Substanzen werden vorzugsweise als wässrige Lösung in das Verdichtungsbad eingebracht.
Die letzten beiden Schritte können zur Erhöhung der Beständigkeit und der Schichtdicke der silikatischen Schicht mehrfach im Wechsel erfolgen.
Zum weiteren Schutz der glasartig versiegelten Eloxalschicht werden bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform stark hydrophobierende Polymere, wie z. B. Siloxane/Siliconharze mit längeren Seitenketten (bis C16), Aminosiloxane mit einer reaktiven Epoxy-Gruppe oder Siloxane/Silicone, die über ein reaktives Zentrum verfügen, direkt an die Silanol-Gruppen der glasartigen Oberfläche chemisch angebunden, vorzugsweise erfolgt diese Beschichtung durch Tauchen oder Sprühen.
Vergleichsbeispiel 1:
Ein Aluminiumblechstück A mit den Maßen 40 × 100 × 2 mm aus einer Al99,9Mg0,8-Legierung wird mechanisch poliert und in bekannter Weise chemisch vorbehandelt. Anschließend wird während einer Gleichstromschwefelsäurebehandlung eine anodisch erzeugte Oxidschicht auf diesem Stück erzeugt. Die Schichtdicke liegt bei 7 μm. Nach dem Spülen des Bauteils A wird die poröse Oxidschicht einem Kaltsealingschritt unterzogen.

• Temperatur: 28–32°C,
• pH-Wert: 6,2–7,0,
• Sealingzeit: 4–8 min,
• Konzentration des Verdichtungsmittels: 4–8 g/l,
• Badzusammensetzung: Nickelflourid in vollentsalztem Wasser gelöst.

Durch eine Heißwasserverdichtung erfolgt ein Nachverdichten.

• Temperatur: 95–100°C,
• pH-Wert: 6,2 ± 0,2,
• Sealingzeit: 3 min/μm Schichtdicke der Anodisationsschicht,
• Verdichtungsbad-Zusammensetzung: vollentsalztes Wasser, Belagverhinderer in der Konzentration von 2–3 ml/l.

Vergleichsbeispiel 2:
Ein Aluminiumblechstück B mit den Maßen 40 × 100 × 2 mm aus einer Al99,9Mg0,8-Legierung wird mechanisch poliert und in bekannter Weise chemisch vorbehandelt. Anschließend wird während einer Gleichstromschwefelsäurebehandlung eine anodisch erzeugte Oxidschicht auf diesem Stück erzeugt. Das Bauteil B wird zusätzlich einem elektrolytischen und adsorptiven Färbeverfahren zugeführt. Die Schichtdicke liegt bei 15 μm. Nach dem Spülen des Bauteils A wird die poröse Oxidschicht einem Kaltsealingschritt unterzogen.

Durch eine Heißwasserverdichtung erfolgt ein Nachverdichten.

• Temperatur: 95–100°C,
• pH-Wert: 6,2 ± 0,2,
• Sealingzeit: 3 min/μm Schichtdicke der Anodisationsschicht,
• Verdichtungsbad-Zusammensetzung: vollentsalztes Wasser, Belagverhinderer in der Konzentration von 2–3 ml/l,

Vergleichsbeispiel 3:
Ein Aluminiumblechstück C mit den Maßen 40 × 100 × 2 mm aus einer Al99,9Mg0,8-Legierung wird mechanisch poliert und in bekannter Weise chemisch vorbehandelt. Anschließend wird während einer Gleichstromschwefelsäurebehandlung eine anodisch erzeugte Oxidschicht auf diesem Stück erzeugt. Die Schichtdicke liegt bei 7 μm. Nach dem Spülen des Bauteils C wird die poröse Oxidschicht einem Kaltsealingschritt unterzogen.

• Temperatur: 28–32°C.
• pH-Wert: 6,2–7,0.
• Sealingzeit: 4–8 min.
• Konzentration des Verdichtungsmittels: 4–8 g/l.
• Badzusammensetzung: Nickelflourid in vollentsalztem Wasser gelöst.

Durch eine erste Heißwasserverdichtung erfolgt ein weiterer Verdichtungsschritt:

• Temperatur: 70–80°C,
• pH-Wert: 5,7 ± 0,3,
• Sealingzeit: 2–5 min,
• Verdichtungsbad-Zusammensetzung: vollentsalztes Wasser, 15–20 g/l Nickelacetat.

Durch eine zweite Heißwasserverdichtung erfolgt ein Nachverdichten.

Erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel 1:
Ein Aluminiumblechstück D mit den Maßen 40 × 100 × 2 mm aus einer Al99,9Mg0,8-Legierung wird mechanisch poliert und in bekannter Weise chemisch vorbehandelt. Anschließend wird während einer Gleichstrom-Schwefelsäurebehandlung eine anodisch erzeugte Oxidschicht auf diesem Stück erzeugt. Die Schichtdicke liegt bei 7 μm. Nach dem Spülen des Bauteils D wird die poröse Oxidschicht einem Kaltsealingschritt unterzogen.

• Temperatur: 28–32°C,
• pH-Wert: 6,0–6,7,
• Sealingzeit: 4–6 min,
• Konzentration des Verdichtungsmittels, z. B. „Metachem K14P”: 5,5–7,7 g/l,

Durch eine Heißwasserverdichtung erfolgt ein Nachverdichten.

• Temperatur: 95–100°C,
• pH-Wert: 6,0 ± 0,2,
• Sealingzeit: 3 min/μm Schichtdicke der Anodisationsschicht,
• Verdichtungsbad-Zusammensetzung: vollentsalztes Wasser, Belagverhinderer, z. B. „Henkel Seal SL”, in der Konzentration von 2–3 ml/l.

Daran schließt sich eine Konversionsbehandlung mit Hexaflourkieselsäure an, welche die Oberfläche für die nachfolgende Behandlung vorbereitet.

• Temperatur T = 55°C,
• Zeit t = 10–12 min,
• Konzentration an Hexaflourkieselsäure c = 60 g/l,
• pH-Wert 6,4.

Durch eine zweite Heißwasserverdichtung erfolgt ein Nachverdichten.

• Temperatur T = 95 bis 100°C,
• pH-Wert: = 10,5 bis 11,2,
• Sealingzeit: 3 min./μm Schichtdicke der Anodisationsschicht,
• Verdichtungsbad-Zusammensetzung: vollentsalztes Wasser, 15 bis 22 g/l Natrium- oder Kaliumsilikat und 0,2 bis 0,3 ml/l eines Tensidgemischs, z. B. „Clariant Liogen WL”.

Die letzten beiden Schritte werden zweifach im Wechsel ausgeführt.
Danach wird die Oberfläche durch Besprühen mit einer Aminosiloxane mit einer reaktiven Epoxy-Gruppe enthaltenen Lösung besprüht und durch Tempern vernetzt.
Erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel 2:
Ein Aluminiumblechstück E mit den Maßen 40 × 100 × 2 mm aus einer Al99,9Mg0,8-Legierung wird mechanisch poliert und in bekannter Weise chemisch vorbehandelt. Anschließend wird während einer Gleichstrom-Schwefelsäurebehandlung eine anodisch erzeugte Oxidschicht auf diesem Stück erzeugt. Das Bauteil E wird zusätzlich einem elektrolytischen und adsorptiven Färbeverfahren zugeführt. Die Schichtdicke liegt bei 15 μm. Nach dem Spülen des Bauteils A wird die poröse Oxidschicht einem Kaltsealingschritt unterzogen.

• Temperatur: 28–32°C,
• pH-Wert: 6,0–6,7,
• Sealingzeit: 4–6 min,
• Konzentration des Verdichtungsmittels, z. B. „Metachem K14P”: 5,5–7,7 g/l.

Durch eine Heißwasserverdichtung erfolgt ein Nachverdichten.

• Temperatur: 95–100°C,
• pH-Wert: 6,0 ± 0,2,
• Sealingzeit: 3 min/μm Schichtdicke der Anodisationsschicht,
• Verdichtungsbad-Zusammensetzung: vollentsalztes Wasser, Belagverhinderer, z. B. „Henkel Seal SL”, in der Konzentration von 2–3 ml/l,

Durch eine zweite Heißwasserverdichtung erfolgt ein Nachverdichten.

• Temperatur T = 95 bis 100°C,
• pH-Wert: = 10,5 bis 11,2,
• Sealingzeit: 3 min/μm Schichtdicke der Anodisationsschicht,
• Verdichtungsbad-Zusammensetzung: vollentsalztes Wasser, 15 bis 22 g/l Natrium- oder Kaliumsilikat und 0,2 bis 0,3 ml/l eines Tensidgemischs, z. B. „Clariant Liogen WL”.

Die letzten beiden Schritte werden zweifach im Wechsel ausgeführt.
Danach wird die Oberfläche durch Besprühen mit einer Aminosiloxane mit einer reaktiven Epoxy-Gruppe enthaltenen Lösung besprüht und durch Tempern vernetzt.
Bei den erfindungsgemäßen Bauteilen D, E wird die poröse Oxidschicht verdichtet und eine glasartige Substanz in die Poren der Oxidschicht eingebracht und gleichzeitig auf der Oxidschicht aufgebaut. Bei dieser Art der Versiegelung handelt es sich um eine Kombination aus einem Kaltsealingschritt und zweier Heißverdichtungsschritte, wobei die Einzelschritte (Konversionsbehandlung mit Hexaflourkieselsäure und silikatische Behandlung) doppelt im Wechsel ausgeführt wurden. Die Bauteile können in bekannter Weise anodisiert werden, d. h. die Schichtdicken der porösen Oxidschichten liegen im üblichen Rahmen von 5 bis 15 μm. Die Oxidschichten können nach der Anodisation und/oder einer elektrolytischen und/oder adsorptiven Einfärbung auf die erfindungsgemäße Weise versiegelt werden. Zum weiteren Schutz der o. g. Eloxalschicht können zusätzlich stark hydrophobierende Polymere, wie z. B. Aminosiloxane mit einer reaktiven Epoxy-Gruppe, um nur eine zu nennen, durch Tauchen oder Sprühen aufgebracht werden.
Test auf Wärmerissbeständigkeit:
Die Teile A, B, C, D, E werden 60 min bei 100°C gelagert. Alle Bauteile zeigen optisch keine Wärmerisse.
Test auf Säureresistenz:
Die Bauteile A, B, C, D, E werden 5 Zyklen des Kesternichtests nach DIN 50018 KFW 2,0S unterworfen. Danach weist kein Teil optische Veränderungen auf.
Test auf Resistenz gegenüber salzhaltigen Medien:
Die Bauteile A, B, C, D, E werden einem Salzsprühtest nach DIN 50017 SS über 480 h ausgesetzt. Danach weist kein Teil optische Veränderungen auf.
Test auf Alkaliresistenz:
Lagerung der Teile A, B, C, D, E in einer alkalischen Prüflösung mit einem stöchiometrisch eingestellten pH-Wert von 13,5 bei Temperaturen von 18–20°C für 10 min. Die alkalische Prüflösung besteht aus einer 0,317 molaren Lösung, bei der in 11 Lösung 12,7 g Natriumhydroxid, 4,64 g Natriumphosphat-Dodecahydrat (entspricht 2 g Natriumphosphat), 0,33 g Natriumchlorid destilliertes Wasser enthalten sind.
Die Teile C, D, E zeigen keine Veränderung nach 10 min.
Das Teil A verändert sich nach 4 min und das Teil B nach 3–4 min. Die transparente Schicht wird trübe, teilweise ist die Eloxalschicht nach der gesamten Prüfdauer von 10 min komplett entfernt.
Test auf Alkaliresistenz nach vorheriger mechanischer Belastung:
Die Teile A, B, C, D, E werden durch eine Vorrichtung nach Amtec-Kistler geführt, die eine Waschstrassensimulation darstellt. Dabei werden 10 Doppelhübe auf die Oberfläche jedes Bauteils ausgeübt. Anschließend werden die Bauteile in der oben beschriebenen alkalischen Prüflösung mit einem gemessenen pH-Wert von 13,5 bei Temperaturen von 18–20°C für 10 min gelagert.
Die erfindungsgemäßen Teile D, E zeigen nach 10 min eine geringfügige, durch Polieren fast gänzlich reversible Veränderung.
Das Teil A verändert sich nach 2–3 min und das Teil B ebenfalls nach 2–3 min. Die transparente Verdichtungsschicht wird trübe, die Eloxalschicht ist nach der gesamten Prüfdauer von 10 min komplett entfernt.
Das Teil C, welches ohne mechanische Belastung noch eine hervorragende Korrosionsstabilität zeigte, verändert sich nun bereits nach 4 min. irreversibel.
Alle Bauteile A, B, C, D, E können als Zierteile oder Funktionsteile eingesetzt werden, da sie eine wärmerissbeständige und korrosionsbeständige Oberfläche aufweisen. Jedoch unterscheidet sich diese Korrosionsbeständigkeit für die Bauteile A, B, C (Vergleichsbeispiele) und die der erfindungsgemäßen Bauteile D, E in ihrer Alkaliresistenz, insbesondere nach mechanischer Belastung, wesentlich. Dies wird bei den erfindungsgemäßen Bauteilen aufgrund der die poröse Oxidschicht gleichmäßig abdeckenden Deckschicht bewirkt. Die Veränderung ist, da es sich beim pH-Wert um eine logarithmische Darstellung der Wasserstoffionenkonzentration handelt (pH = –logc[H3O⁺]), signifikant: die Resistenz wird von derzeit pH = 12,5 (Eloxal auf Substrat bsp. vom Typ Al99,9MgSi0,5) bzw. von pH = 11,5 (Eloxal auf Substrat bsp. vom Typ Al99,9Mg0,8) auf pH = 13,5 angehoben, was einem Faktor von 10 bzw. 100 entspricht. Die gebildete Deckschicht besteht aus Verbindungen, die durch die Verdichtung und den Einbau der keramischen Partikel auf die Oxidschicht aufgebracht wurden, nämlich aus Aluminiumoxiden und/oder Aluminiumhydraten und/oder Aluminiumoxidhydraten, bewirkt durch die Kalt- und/oder Heißverdichtung sowie aus Alkalisilikaten und/oder Alumosilikaten, bewirkt durch den Einbau der keramischen Partikel in die Deckschicht und gegebenenfalls aus einem dünnen Film aus hydrophobierenden Aminosiloxanen. Es sind insbesondere keine Nickelverbindungen in der Deckschicht nachweisbar.
Mit diesen erfindungsgemäßen Bauteilen stehen erstmalig Zierteile mit hoher Korrosionsbeständigkeit, insbesondere einer Alkaliresistenz bis pH-Werten von 13,5 bei gleichzeitig hoher Wärmerissbeständigkeit und mechanischer Festigkeit (Abriebbeständigkeit) zur Verfügung. Des Weiteren kann als besonderer Vorteil hervorgehoben werden, dass die vorgenannten Verfahrensschritte, die zu der besonders korrosionsbeständigen Oberfläche führen, auch als inline-Prozess durchgeführt werden können.
Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel beschriebenen Merkmale der Bauteile D, E beschränkt. Diese können entsprechend dem Anwendungszweck des Bauteils variiert werden. So kann beispielsweise die Schichtdicke der Anodisationsschicht eines Zierteils zwischen 2 und 30 μm liegen.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus Aluminium und/oder einer Aluminiumlegierung, – mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit gegenüber sauren und alkalischen Medien, nämlich einer Alkaliresistenz bei einem pH-Wert von 13,5 und einer Temperatur von 18 bis 20°C für mindestens 10 min, – mit einer hohen Wärmerissbeständigkeit, nämlich einer Beständigkeit ohne Auftreten von Wärmerissen bei 100°C für mindestens 60 min, umfassend zumindest die Schritte: – Anodisation des Bauteils, wobei die Oberfläche des Aluminiums und/oder der Aluminiumlegierung eine gleichmäßig erzeugte Oxidschicht einer Schichtdicke von 2 bis 30 μm erhält, – Kaltsealing des Bauteils in einem Bad aus vollentsalztem Wasser unter Zugabe eines Nickelfluorid enthaltenden Verdichtungsmittels bei einer Temperatur von 28°C bis 32°C und einem pH-Wert von 6,0 bis 7,0 für eine Zeit von mindestens 4 min und – Heißwassersealing des Bauteils in einem Bad aus vollentsalztem Wasser bei einer Temperatur von 95°C bis 100°C, einem pH-Wert von 5,8 bis 6,6, einer Sealingzeit von 3 min je μm der erzeugten Oxidschichtdicke unter Zugabe von Belagverhinderer in einer Konzentration von 2 bis 3 ml/l, – Konversionsbehandlung des Bauteils mit Hexafluorkieselsäure und/oder Chromphosphorsäure als Konversionsmittel bei einer Temperatur von 45°C bis 70°C, einer Zeitdauer von 7 bis 15 min und einer Konzentration des Konversionsmittels von 20 bis 200 g/l in einer wässrigen Lösung, – zweites Heißverdichten des Bauteils in einem Bad aus vollentsalztem Wasser unter Zugabe einer glasartigen Substanz bei einer Temperatur von 95°C bis 100°C und einem pH-Wert von 10,5 bis 11,2 für eine Zeit von mindestens 3 min je μm der erzeugten Oxidschichtdicke.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als glasartige Substanz, eine Verbindung eines oder mehrerer Alkalisilikate dem Heißverdichtungsbad in einer Menge von 5 bis 60 g/l zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Natriumsilikat und/oder Kaliumsilikat dem Heißverdichtungsbad zugesetzt wird, vorzugsweise als wässrige Lösung.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil nach dem Anodisieren und vor allen Sealingschritten einem elektrolytischen und/oder adsorptiven Färbeschritt unterzogen wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum weiteren Schutz das Bauteil zusätzlich mit einem hydrophoben Polymer, vorzugsweise mit einer Siloxanverbindung beschichtet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein hochglänzendes Bauteil aus einem Aluminiummaterial hoher Reinheit, insbesondere aus einem Aluminiummaterial mit einem Gewichtsanteil von 99.9% Aluminium oder aus einer Aluminiumglänzlegierung, wie AlMgSi0.5 oder AlMg0.8, anodisiert wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Vorbehandlung die Oberfläche des eingesetzten Bauteils einen Glanzbereich von hochglänzend bis matt erhält.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass alle Verfahrensschritte als inline-Prozesse ablaufen.
Verwendung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung eines Zierteils oder eines Funktionsteils.