DE10309888B4

DE10309888B4 - Bearbeitungsfluid zur Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung und entsprechendes Oberflächenbearbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE10309888B4
Application number: DE10309888A
Authority: DE
Inventors: Makoto Hamamatsu Mihoya
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2002-04-19
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: DE10309888A1; CN1451784A; US8075709B2; JP2003306776A; US20030196729A1; JP4151301B2; CN1229518C

Abstract

Wässriges Bearbeitungsfluid zur Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das Ammoniumhexafluorosilikat und eine andere aluminiumfreie Fluorverbindung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner zumindest eine Substanz enthält, die aus der aus Aluminiumfluorid, Aluminiumhydroxid, Aluminiumsilikat, Magnesiumalumosilikat und pulverisiertes Aluminium bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Bearbeitungsfluid zur Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie auf ein entsprechendes Oberflächenbehandlungsverfahren. Insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, worauf durch eine chemische Reaktion ohne externes Zuführen von Energie (z.B. Elektrizität) eine Schicht gebildet wird.
Der herkömmlicherweise verwendete Alunitprozess ist ein Verfahren, um auf der Aluminiumoberfläche durch anodisches Oxidieren von Aluminium in einem Säurebad eine harte Schicht aus Aluminiumoxid zu bilden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es mit hohen Kosten verbunden ist, da es eine Anlage zur Stromversorgung erfordert und die Rate der Schichtbildung langsam ist.

Nun wurde eine Technik entwickelt, um auf einer Aluminiumoberfläche durch Erhitzen einer Magnesiumhexafluorosilikat und Ammoniumhexafluorosilikat enthaltenden wässrigen Lösung auf eine Temperatur von 70 bis 100°C und Eintauchen von Aluminium in diese wässrige Lösung eine Shicht zu bilden (siehe vorläufige japanische Patentveröffentlichung Nr JP 11-193478A99). Diese Technik macht es möglich, die Anlage zu vereinfachen und Bearbeitungskosten zu reduzieren und auf der Aluminiumoberfläche auch eine Schicht mit ausgezeichneten Gleiteigenschaften zu bilden.

Die oben erwähnte Technik zeigt jedoch eine Tendenz, bei der die Dicke der Schicht, die auf der zuerst bearbeiteten Aluminiumoberfläche gebildet wurde, nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids klein ist und anschließend die Schichtdicke größer wird, wenn die bearbeitete Aluminiumfläche zunimmt. Dies verursacht das Problem, dass eine große Variation der Schichtdicke unter Aluminiumprodukten auftritt.

DE 198 51 711 A1 beschreibt ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Behandlungslösung, die Magnesiumhexafluorosilikat und Ammoniumhexafluorosilikat enthält. Bei diesem Verfahren wird das Aluminium oder die Aluminiumlegierung bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 100°C mit der Behandlungslösung behandelt, die 0,1 bis 20 Masseteile Magnesiumhexafluorosilikat und 0,05 bis 15 Masseteile Ammoniumhexafluorosilikat je 100 Masseteile Wasser enthält. Durch die Behandlung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung mit der Behandlungslösung entsteht eine Oberflächenschicht, die aus einer Aluminiumfluoridhydroxidverbindung sowie darin dispergierten Siliziumpartikeln besteht.

DE 100 22 657 A1 offenbart ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer Behandlungslösung, die eine Ammoniumverbindung, gewählt aus Ammoniumbortrifluorid oder Ammoniumchlorid, oder wässrigen Ammoniak und Magnesiumhexafluorosilikat enthält. Bei diesem Verfahren wird das Aluminium oder die Aluminiumlegierung bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 100°C in die Behandlungslösung eingetaucht, die 0,1 bis 20 Gewichtsanteile Magnesiumhexafluorosilikat und 0,01 bis 10 Gewichtsanteile der als Ammonium dargestellten Ammoniumverbindung oder des wässrigen Ammoniums pro 100 Gewichtsanteile Wasser enhält. Durch die Behandlung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung mit der Behandlungslösung wird eine Oberflächenschicht erzeugt, die aus einem Gemisch aus NH₄MgAlF₆ und MgAlF₅·1,5H₂O oder einem Gemisch aus NH₄MgAIF₆ und MgAl₂F₈·2H₂O besteht.

Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, ein Bearbeitungsfluid zur Verwendung bei der Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung sowie ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bereitzustellen, die verhindern können, dass beim Einsatz eines frischen Bearbeitungsfluids bei der Oberflächenbearbeitung von Aluminium zunächst eine geringere Schichtdicke ausgebildet wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch ein Bearbeitungsfluid mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie ein Verfahren mit den im Anspruch 6 genannten Merkmalen gelöst.

Die Erfinder haben festgestellt, dass das Phänomen, bei dem die Schichtdicke bei der Oberflächenbearbeitung unmittelbar nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids gering ist, durch eine große pH-Änderung zur sauren Seite während der Bearbeitung unmittelbar nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids verursacht wird. Außerdem haben die vorliegenden Erfinder auch festgestellt, dass diese pH- Änderung von Aluminiumionen herrührt, die sich aus Aluminium lösen und im Bearbeitungsfluid akkumulieren. Die vorliegende Erfindung wurde von diesem Gesichtspunkt aus gemacht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das ein Eintauchen von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in ein Bearbeitungsfluid umfasst, das Ammoniumhexafluorosilikat [(NH₄)₂SiF₆] und eine andere aluminiumfreie Fluorverbindung enthält, um darauf eine Schicht zu bilden, wobei das Bearbeitungsfluid eine wässrige Lösung umfasst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ferner zumindest eine Substanz enthält, die aus der aus Aluminiumfluorid (AlF₃), Aluminiumhydroxid [Al(OH)₃], Aluminiumsilikat [Al₂(SiO₃)₃], Magnesiumalumosilikat [Mg(OAlSiO₃)₂] und pulverisiertem Aluminium bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

Folglich kann eine große pH-Änderung zur sauren Seite unterdrückt werden, indem man dem Bearbeitungsfluid eine aluminiumhaltige Substanz mit dem gleichen Effekt wie eine Aluminiumauflösung zusetzt, die während einer Oberflächenbearbeitung unmittelbar nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids auftritt. Folglich kann das Phänomen, dass unmittelbar nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids eine geringere Schichtdicke ausgebildet wird, verhindert werden, so dass auf der Aluminiumoberfläche eine Schicht mit einer gleichmäßigen Dicke gebildet werden kann.

Als die oben erwähnte "andere aluminiumfreie Fluorverbindung" wird vorzugsweise Magnesiumhexafluorosilikat (MgSiF₆·6H₂O), Zinkhexafluorosilikat (ZnSiF₆·6H₂O), Kaliumhexafluorosilikat (K₂SiF₆), Natriumhexafluorosilikat (Na₂SiF₆) oder Manganhexafluorosilikat (MnSiF₆·6H₂O) verwendet.

Außerdem ist es vorzuziehen, dass das oben erwähnte Bearbeitungsfluid eine wässrige Lösung umfasst, die ferner Kaliumchlorid (KCl), Kaliumhydrogenphthalat [C₆H₄(COOK)(COOH)] oder Kaliumdihydrogenphosphat (KH₂PO₄) enthält.

Wenn die oben erwähnten chemischen Agenzien, die eine Pufferwirkung auf die Wasserstoffionenkonzentration ausüben, dem Bearbeitungsfluid zugesetzt werden, kann folglich der Bereich einer pH-Änderung reduziert werden, und daher kann die Dicke einer auf der Aluminiumoberfläche gebildeten Schicht gleichmäßiger ausgebildet werden.

Was die Formulierung des oben erwähnten Bearbeitungsfluids angeht, ist es vorzuziehen, dass das Aluminiumhexafluorosilikat in einer Menge von 0,01 bis 10 Gewichtsteile, die andere aluminiumfreie Fluorverbindung in einer Menge von 0,1 bis 20 Gewichtsteile, das Aluminiumfluorid in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gewichtsteile, das Aluminiumhydroxid in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gewichtsteile, das Aluminiumsilikat in einer Menge von 0,04 bis 1 Gewichtsteil, das Magnesiumalumosilikat in einer Menge von 0,04 bis 1 Gewichtsteil und das pulverisierte Aluminium in einer Menge von 0,007 bis 0,2 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser zugesetzt werden.

Außerdem ist auch vorzuziehen, dass das Kaliumchlorid in einer Menge von 0,01 bis 5 Gewichtsteile, das Kaliumhydrogenphthalat in einer Menge von 0,05 bis 10 Gewichtsteile und das Kaliumdihydrogenphosphat in einer Menge von 0,03 bis 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser hinzugefügt wird.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Bearbeitungsfluid zur Verwendung bei der Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das eine wässrige Lösung umfasst, welche Ammoniumhexafluorosilikat und eine andere aluminiumfreie Fluorverbindung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner zumindest eine Substanz enthält, die aus der aus Aluminiumfluorid, Aluminiumhydroxid, Aluminiumsilikat, Magnesiumalumosilikat und pulverisiertem Aluminium bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

Es ist vorzuziehen, dass die oben erwähnte "andere aluminiumfreie Fluorverbindung" Magnesiumhexafluorosilikat, Zinkhexafluorosilikat, Kaliumhexafluorosilikat, Natriumhexafluorosilikat oder Manganhexafluorosilikat ist. Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass das Bearbeitungsfluid gemäß der vorliegenden Erfindung eine wässrige Lösung umfasst, die ferner Kaliumchlorid, Kaliumhydrogenphthalat oder Kaliumdihydrogenphosphat enthält.

Demgemäß kann die vorliegende Erfindung ein Oberflächenbearbeitungsverfahren für Aluminium oder eine Aluminiumlegierung liefern, das das Phänomen, dass unmittelbar nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids bei der Oberflächenbearbeitung von Aluminium eine geringere Schichtdicke ausgebildet wird, verhindern kann. Dadurch kann die Dicke der gebildeten Schicht bei Aluminiumprodukten gleichmäßig ausgebildet werden. Ferner liefert die Erfindung ein entsprechendes Bearbeitungsfluid. Da das Oberflächenbearbeitungsverfahren der vorliegenden Erfindung keine Anlage zur Stromversorgung erfordert, kann es außerdem die Anlage vereinfachen und ist daher vom Kostenstandpunkt aus sehr vorteilhaft. Außerdem hat es eine hohe Schichtbildungsrate auf der Aluminiumoberfläche und kann daher eine hohe Produktivität erzielen. Ferner weist das resultierende oberflächenbeschichtete Aluminium und dergleichen ausgezeichnete Gleiteigenschaften, eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und ähnliche Eigenschaften auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem pH des Bearbeitungsfluids und der bearbeiteten Aluminiumfläche in einer Ausführungsform des Oberflächenbearbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Dicke der Schicht und der bearbeiteten Aluminiumfläche in einer Ausführungsform des Oberflächenbearbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt;

3 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem pH des Bearbeitungsfluids und der bearbeiteten Aluminiumfläche in einem herkömmlichen Oberflächenbearbeitungsverfahren zeigt;

4 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Dicke der Schicht und der bearbeiteten Aluminiumfläche in einem herkömmlichen Oberflächenbearbeitungsverfahren zeigt;

5 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem pH des Bearbeitungsfluids und der Menge an Aluminiumfluorid oder der Aluminiumkonzentration in einer Ausführungsform des Oberflächenbearbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt;

6 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem Bereich der pH-Änderung und der Menge an Kaliumchlorid in einer Ausführungsform des Oberflächenbearbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt;

7 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem Bereich einer pH-Änderung und der Menge an Kaliumhydrogenphthalat in einer Ausfüh rungsform des Oberflächenbearbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt; und

8 eine graphische Darstellung ist, die die Beziehung zwischen dem Bereich einer pH-Änderung und der Menge an Kaliumdihydrogenphosphat in einer Ausführungsform des Oberflächenbearbeitungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Bearbeitungsfluid enthält Ammoniumhexafluorosilikat [(NH₄)₂SiF₆] und eine andere aluminiumfreie Verbindung. Die andere aluminiumfreie Verbindung kann irgendeine fluorhaltige Verbindung sein, außer Ammoniumhexafluorosilikat und Aluminiumverbindungen. Spezielle Beispiele hierfür beinhalten Hexafluorosilikate wie z.B. Magnesiumhexafluorosilikat (MgSiF₆·6H₂O), Zinkhexafluorosilikat (ZnSiF₆·6H₂O), Kaliumhexafluorosilikat (K₂SiF₆), Natriumhexafluorosilikat (Na₂SiF₆) und Manganhexafluorosilikat (MnSiF₆·6H₂O); Borfluoride, Zirkoniumfluoride und Titanfluoride. Unter diesen Fluorverbindungen werden vorzugsweise Hexafluorosilikate verwendet, und insbesondere werden Magnesiumhexafluorosilikat und dergleichen bevorzugt verwendet. Die Verwendung dieses Bearbeitungsfluids ermöglicht es, auf der Aluminiumoberfläche eine Schicht mit ausgezeichneten Gleiteigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und ähnlichen Eigenschaften zu bilden.

Was die Zusatzmengen von Ammoniumhexafluorosilikat und der oben erwähnten anderen aluminiumfreien Fluorverbindung anbetrifft wird vorzugsweise Ammoniumhexafluorosilikat in einer Menge von 0,05 bis 15 Gewichtsteile, eher vorzugsweise 0,1 bis 10 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet; und die Fluorverbindung wird vorzugsweise in einer Menge von 0,1 bis 20 Gewichtsteile, eher vorzugsweise 0,2 bis 15 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet. Falls die Menge an Ammoniumhexafluorosilikat weniger als 0,05 Gewichtsteile beträgt oder falls die Menge der Fluorverbindung weniger als 0,1 Gewichtsteile beträgt, wird die Reaktion in unerwünschter Weise verzögert, so dass sich die Bearbeitungszeit verlängert. Falls auf der anderen Seite die Menge an Ammoniumhexafluorosilikat größer als 15 Gewichtsteile ist oder die Menge der Fluorverbindung größer als 20 Gewichtsteile ist, ist dies wegen der Schwierigkeit, diese aufzulösen, unerwünscht.

Zusätzlich zum oben erwähnten Ammoniumhexafluorosilikat und dergleichen enthält außerdem das in der vorliegenden Erfindung verwendete Bearbeitungsfluid eine alu miniumhaltige Substanz oder pulverisiertes Aluminium mit dem gleichen Effekt wie eine unmittelbar nach einer Badpräparation auftretende Aluminiumauflösung. Spezifische Beispiele der aluminiumhaltigen Substanz beinhalten Aluminiumfluorid (AlF₃), Aluminiumhydroxid [Al(OH)₃], Aluminiumsilikat [Al₂(SiO₃)₃] und Magnesiumalumosilikat [Mg(OAlSiO₃)₂]. Unter diesen aluminiumhaltigen Substanzen wird vorzugsweise Aluminiumfluorid oder dergleichen verwendet. Es ist unerwünscht, eine Verbindung zu verwenden, die ein anderes Ion als diejenigen abgibt, die die oben veranschaulichten Substanzen besitzen, weil die Eigenschaften der gebildeten Schicht von den erwarteten verschieden sein können. Obwohl diese aluminiumhaltigen Substanzen und das pulverisierte Aluminium bei einem pH in der Größenordnung von 2 sich nicht auflösen, können sie sich wegen des Zusatzes der oben erwähnten Fluorverbindungen leicht im Bearbeitungsfluid der vorliegenden Erfindung lösen.

Was die Zusatzmengen der aluminiumhaltigen Substanzen und des pulverisierten Aluminiums anbetrifft, wird Aluminiumfluorid vorzugsweise in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gewichtsteile, eher vorzugsweise 0,04 bis 0,2 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet; wird Aluminiumhydroxid vorzugsweise in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gewichtsteile, eher vorzugsweise 0,04 bis 0,2 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet; wird Aluminiumsilikat vorzugsweise in einer Menge von 0,04 bis 1 Gewichtsteil, eher vorzugsweise 0,06 bis 0,4 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet; wird Magnesiumalumosilikat vorzugsweise in einer Menge von 0,04 bis 1 Gewichtsteil, eher vorzugsweise 0,06 bis 0,4 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet; und pulverisiertes Aluminium wird vorzugsweise in einer Menge von 0,007 bis 0,2 Gewichtsteile, eher vorzugsweise 0,009 bis 0,05 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet.

Wenn nicht weniger als 0,02 Gewichtsteile Aluminiumfluorid oder Aluminiumhydroxid, nicht weniger als 0,04 Gewichtsteile Aluminiumsilikat oder Magnesiumalumosilikat oder nicht weniger als 0,007 Gewichtsteile pulverisiertes Aluminium zugesetzt werden, kann der pH des Bearbeitungsfluids unmittelbar nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids auf etwa 2,5 oder weniger eingestellt werden, so dass das Phänomen der Ausbildung einer geringeren Schicktdicke der auf der Aluminiumoberfläche gebildeten Schicht unmittelbar nach dem Beginn der Bearbeitung verhindert werden kann. Falls auf der anderen Seite die Menge an Aluminiumfluorid oder Aluminiumhydroxid größer als 0,5 Gewichtsteile ist, die Menge Aluminiumsilikat oder Magnesiumalumosilikat größer als 1 Gewichtsteil oder die Menge an pulverisiertem Aluminium größer als 0,2 Gewichtsteile ist, ist es wegen der Schwierigkeit, es aufzulösen, unerwünscht.

Zusätzlich zu den oben erwähnten aluminiumhaltigen Substanzen und dergleichen kann überdies das in der vorliegenden Erfindung verwendete Bearbeitungsfluid wahlweise ein chemisches Agens enthalten, das eine Pufferwirkung auf die Wasserstoffionenkonzentration ausübt. Spezifische Beispiele des im Bearbeitungsfluid der vorliegenden Erfindung verwendeten chemischen Agens beinhalten Kaliumchlorid (KCl), Kaliumhydrogenphthalat [C₆H₄(COOK)(COOH)] und Kaliumdihydrogenphosphat (KH₂PO₄). Unter diesen Kaliumverbindungen wird vorzugsweise Kaliumchlorid verwendet. Der Zusatz einer solchen Kaliumverbindung macht es möglich, Änderungen im pH des Bearbeitungsfluids zu minimieren, die eine Variation der Schichtdicke bewirken.

Was die Zusatzmengen der Kaliumverbindungen anbetrifft, wird Kaliumchlorid vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 Gewichtsteile, eher vorzugs-weise 0,02 bis 1 Gewichtsteil pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet; wird Kaliumhydrogenphthalat vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 10 Gewichtsteile, eher vorzugsweise 0,08 bis 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet; und Kaliumdihydrogenphosphat wird vorzugsweise in einer Menge von 0,03 bis 10 Gewichtsteile, eher vorzugsweise 0,05 bis 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet. Wenn die Verbindungsverhältnisse der oben erwähnten Kaliumverbindungen innerhalb dieser Bereiche liegen, können Änderungen im pH auf etwa 1 oder weniger reduziert werden, so dass eine Variation in der Dicke der auf der Aluminiumoberfläche gebildeten Schicht auf einen noch niedrigeren Pegel unterdrückt werden kann.

Das der Oberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung unterzogene Material ist Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Spezifische Beispiele hierfür beinhalten reines Aluminium, gewalztes Aluminiummaterial, ein Gussaluminium- und Druckgussaluminiummaterial, und die vorliegende Erfindung kann auf jede beliebige Art von Material angewendet werden. Die Oberflächenbearbeitung ist beim Verbessern des Verschleißwiderstandes, der Korrosionsbeständigkeit und ähnlicher Eigenschaften effektiv. Als eine Vorbearbeitung für das zu bearbeitende Material reicht es aus, daran haftende Verunreinigungen (z.B. Öl) zu entfernen. Die Oberflächenbearbeitung kann jedoch ausgeführt werden, nachdem das Material einer alkalischen Ätzung mit Natriumhydroxid oder dergleichen und/oder einer Säurereinigung unterzogen ist.

Um die Oberflächenbearbeitung der vorliegenden Erfindung auszuführen, wird das Aluminium oder die Aluminiumlegierung, die bearbeitet werden soll, in das oben erwähnte Bearbeitungsfluid (z.B. der erhitzten wässrigen Lösung) eingetaucht. Die Temperatur des Bearbeitungsfluids, in welches das Aluminium oder die Aluminiumlegierung eingetaucht wird, liegt gewöhnlich im Bereich von 70 bis 100°C, vorzugsweise 75 bis 99°C und am ehesten bevorzugt 80 bis 98°C. Falls die Temperatur des Bearbeitungsfluids niedriger als 70°C ist, wird die Reaktion in unerwünschter Weise verzögert, was die Bearbeitungszeit verlängert. Falls auf der anderen Seite die Temperatur des Bearbeitungsfluids höher als 100°C ist, wird die Verdampfung des Bearbeitungsfluids in einem unerwünschten Maße zunehmen. Was die Bearbeitungszeit anbetrifft, reicht es aus, das Material für etwa 2 Minuten einzutauchen, weil die schichtbildende Reaktion in etwa 1 Minute o. ä. abgeschlossen ist. Da die resultierende Schicht einen Schutzeffekt hat, wird jedoch kein Problem auftreten, selbst wenn das Material mit der einmal gebildeten Schicht für mehr als 30 Minuten eingetaucht wird.

Gemäß diesem Oberflächenbearbeitungsverfahren kann der pH des Bearbeitungsfluids unmittelbar nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids auf 2,5 oder weniger reduziert werden, indem dem Bearbeitungsfluid vorher Al-Ionen hinzugefügt werden, welche sich darin lösen und darin beim Eintauchen von Aluminium akkumulieren. Folglich kann eine große Verschiebung des pH zur sauren Seite als Folge der Auflösung von Aluminium unmittelbar nach dem Ansatz eines frischen Bearbeitungsfluids unterdrückt werden, so dass das Phänomen, dass die auf der Aluminiumoberfläche gebildete Schicht eine geringere Schichtdicke aufweist, verhindert und daher unter Aluminiumprodukten die Schichtdicke gleichmäßig ausgebildet werden kann.

Die vorliegende Erfindung wird mit Verweis auf die folgenden Beispiele und das Vergleichsbeispiel vollständiger erläutert. Diese Beispiele sollen jedoch nicht dahingehend betrachtet werden, dass sie den Umfang der Erfindung beschränken.
Beispiel 1
Zunächst wurden zu 100 Gewichtsteilen Wasser 0,5 Gewichtsteile Ammoniumhexafluorosilikat und 1 Gewichtsteil Magnesiumhexafluorosilikat zugesetzt. Außerdem wurden 0,05 Gewichtsteile Aluminiumfluorid und 0,1 Gewichtsteile Kaliumchlorid dazu hinzugefügt und darin gelöst. Diese Lösung wurde auf 85°C erhitzt und als Bearbeitungsfluid verwendet. Eine Probe AC8A-T6-Gussaluminium mit einer Oberfläche von 200 cm² wurde mit einem organischen Lösungsmittel und einem entfettenden Agens gereinigt und dann einer Oberflächenbearbeitung unterzogen, indem sie 5 Minuten lang in 1 I des Bearbeitungsfluids eingetaucht wurde. Durch Röntgenstrahldiffraktometrie wurde bestätigt, dass auf der bearbeiteten Oberfläche der Probe aus Gussaluminium eine aus NH₄MgAlF₆ bestehende Schicht gebildet wurde. Ähnlich wurden vier Proben aus Gussaluminium einer Oberflächenbearbeitung unterzogen, indem sie sukzessiv im Bearbeitungsfluid eingetaucht wurden. Außerdem wurde der pH des Bearbeitungsfluids zur Zeit des Eintauchens jeder Probe gemessen, und die Dicke der gebildeten Schicht (d.h. die Schichtdicke) wurde durch Beobachten eines Schnitts der Schicht unter einem Mikroskop gemessen. Die Beziehungen zwischen dem pH des Bearbeitungsfluids und der Oberfläche der bearbeiteten Proben aus Gussaluminium (d.h. der bearbeiteten Fläche) und zwischen der Schicht und der bearbeiteten Fläche sind in 1 bzw. 2 dargestellt.
Vergleichsbeispiel 1
Die Oberflächenbearbeitung von Proben aus Gussaluminium wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 ausgeführt, außer dass dem Bearbeitungsfluid Aluminiumfluorid und Kaliumchlorid nicht zugesetzt wurden. Ähnlich Beispiel 1 wurde auf der bearbeiteten Oberfläche der Proben aus Gussaluminium eine aus NH₄MgAlF₆ bestehende Schicht gebildet. Die Beziehung zwischen dem pH des Bearbeitungsfluids und der Oberfläche der bearbeiteten Proben aus Gussaluminium (d.h. der bearbeiteten Fläche) und zwischen der Dicke der Schicht und der bearbeiteten Fläche sind in 3 bzw. 4 dargestellt.
Wie in 3 und 4 dargestellt ist, zeigt Vergleichsbeispiel 1, dass der pH des Bearbeitungsfluids unmittelbar nach einer Badpräparation bis etwa 3,5 hoch war und die Dicke der gebildeten Schicht bis zu etwa 2 μm klein war. Wenn die bearbeitete Fläche zunahm, wurde der pH des Bearbeitungsfluids von etwa 3,5 auf etwa 1,0 stark reduziert und die Schichtdicke wurde von 2 μm auf etwa 8 μm stark erhöht. Das heißt, es gab unter den Proben eine große Schwankung in der Schichtdicke. Wie in 1 und 2 dargestellt ist, zeigt auf der anderen Seite Beispiel 1, dass der pH des Bearbeitungsfluids im Bereich von 1,5 bis 2,0 konstant gehalten wurde und die Schichtdicke im Bereich von 4 bis 6 μm gleichmäßig war. Aus diesen Ergebnissen konnte bestätigt werden, dass Änderungen im pH aufgrund einer Aluminiumauflösung die Ursache der Schwankung in der Schichtdicke waren.
Beispiel 2
Bei der Präparation des Bearbeitungsfluids des Beispiels 1 wurde die Menge an zugesetztem Aluminiumfluorid von 0 bis 0,5 Gewichtsteile geändert, und der pH des resultierenden Bearbeitungsfluids wurde gemessen. Die Beziehung zwischen dem pH des Bearbeitungsfluids und der Menge an zugesetztem Aluminiumfluorid (in Gewichtsteilen) oder die Aluminiumkonzentration im Bearbeitungsfluid (in mol/l) ist in 5 dargestellt. Wie in 5 gezeigt ist, kann man erkennen, dass, um den pH des Bearbeitungsfluids unmittelbar nach einer Badpräparation auf 2,5 oder weniger zu reduzieren, Aluminiumfluorid in einer Menge von nicht weniger als 0,02 Gewichtsteile (entsprechend einer Aluminiumkonzentration von nicht weniger als 0,0024 mol/l) zugesetzt werden sollte.
Beispiel 3
Ein Referenzbad wurde präpariert, indem 1 Gewichtsteile Magnesiumhexafluorosilikat und 0,5 Gewichtsteile Ammoniumhexafluorosilikat 100 Gewichtsteilen Wasser zugesetzt wurde, und Aluminiumfluorid wurde dazu in einer Menge von 0,02, 0,05 oder 0,5 Gewichtsteilen hinzugegeben. Unter Verwendung der resultierenden drei Bearbeitungsfluide wurde die Oberflächenbearbeitung von Proben aus Gussaluminium unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 ausgeführt, außer dass für jedes Bearbeitungsfluid die Menge an zugesetztem Kaliumchlorid von 0,01 bis 5 Gewichtsteile geändert wurde. Der Unterschied zwischen dem pH des Bearbeitungsfluids vor einem Eintauchen der ersten Probe und dem pH des Bearbeitungsfluids nach einem Eintauchen der fünften Probe (d.h. der Bereich einer pH-Änderung) wurde dann bestimmt. Die Beziehung zwischen dem Bereich einer pH-Änderung und der Menge an zugesetztem Kaliumchlorid ist in 6 dargestellt. Außerdem sind in 7 die Ergebnisse dargestellt, die erhalten wurden, indem anstelle von Kaliumchlorid 0,05 bis 10 Gewichtsteile Kaliumhydrogenphthalat hinzugegeben wurden, und die durch Hinzugeben von 0,03 bis 10 Gewichtsteilen Kaliumdihydrogenphosphat erhaltenen Resultate sind in 8 dargestellt.
Wie in 6 gezeigt ist, war der Bereich einer pH-Änderung für das Referenzbad größer 2. Der Bereich einer pH-Änderung könnte jedoch auf 1 oder weniger reduziert werden, indem eine bestimmte Menge Kaliumchlorid hinzugegeben wird. Außerdem könnte der Bereich einer pH-Änderung ebenfalls auf 1 oder weniger reduziert wer den, indem eine bestimmte Menge Kaliumhydrogenphthalat oder Kaliumdihydrogenphosphat hinzugegeben wird.

Claims

Wässriges Bearbeitungsfluid zur Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, das Ammoniumhexafluorosilikat und eine andere aluminiumfreie Fluorverbindung enthält, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner zumindest eine Substanz enthält, die aus der aus Aluminiumfluorid, Aluminiumhydroxid, Aluminiumsilikat, Magnesiumalumosilikat und pulverisiertes Aluminium bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
Bearbeitungsfluid nach Anspruch 1, worin die andere aluminiumfreie Fluorverbindung Magnesiumhexafluorosilikat, Zinkhexafluorosilikat, Kaliumhexafluorosilikat, Natriumhexafluorosilikat oder Manganhexafluorosilikat ist.
Bearbeitungsfluid nach Anspruch 1 oder 2, das ferner Kaliumchlorid, Kaliumhydrogenphthalat oder Kaliumdihydrogenphosphat enthält.
Bearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Ammoniumhexafluorosilikat in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsteil die andere aluminiumfreie Fluorverbindung in einer Menge von 0,1 bis 20 Gewichtsteilen, das Aluminiumfluorid in einer Menge von 0,2 bis 0,5 Gewichtsteilen, das Aluminiumhydroxid in einer Menge von 0,02 bis 0,5 Gewichtsteilen, das Aluminiumsilikat in einer Menge von 0,04 bis 1 Gewichtsteilen, das Magnesiumalumosilikat in einer Menge von 0,04 bis 1 Gewichtsteilen und das pulverisierte Aluminium in einer Menge von 0,007 bis 0,2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet wird.
Bearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Kaliumchlorid in einer Menge von 0,01 bis 5 Gewichtsteilen, das Kaliumhydrogenphthalat in einer Menge von 0,05 bis 10 Gewichtsteilen und das Kaliumdihydrogenphosphat in einer Menge von 0,03 bis 10 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Wasser verwendet wird.
Verfahren zur Oberflächenbearbeitung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass es das Eintauchen des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung in ein Bearbeitungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bei einer Temperatur im Bereich von 70 bis 100°C umfasst.