DE10393234T5

DE10393234T5 - Oberflächenbehandlung von Magnesium und seinen Legierungen

Info

Publication number: DE10393234T5
Application number: DE10393234T
Authority: DE
Inventors: Ian Grant Mawston; Serguei Panow
Original assignee: Magnesium Technology Ltd
Current assignee: Magnesium Technology Ltd
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-10-27
Also published as: GB2407823A; US20060130936A1; AU2003265019A1; GB2407823B; WO2004022818A1; JP2005538249A; CN1777706A; CN100585024C; AU2003265019B2; GB0504294D0

Abstract

Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche, das folgende Schritte umfasst:
i) Polieren der Oberfläche, und
ii) Passivieren der polierten Oberfläche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Polierschritt durch ein chemisches Polieren und/oder elektrochemisches Polieren erfolgt, während die Oberfläche in eine Polierzusammensetzung von einem oder mehreren der folgenden Bestandteile eingetaucht ist: Phosphorsäurelösung, Monopropylenglykol, Äthylenglykol und Salpetersäure.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenbehandlung von Magnesium und seinen Legierungen und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung die Erzielung einer hell glänzenden und/oder texturierten Oberflächenausführung von Magnesium oder Magnesiumlegierungen.
HINTERGRUNDTECHNIK
Magnesium, ob rein oder in legierter Form, ist ein hoch reaktionsfähiges Metall. In den gewöhnlichen Verwendungsformen ist die Oberfläche relativ stumpf und wird von Oberflächenoxidationsstoffen oder anderen Verbindungen verdunkelt. Demzufolge hat Magnesium gewöhnlich keine hell glänzenden Metallausführungen, außer wenn der Gegenstand maschinell bearbeitet wurde. Zwar ist eine stumpfe Oberfläche nicht unbedingt von Nachteil, doch ist eine helle oder polierte Magnesiumfläche aus ästhetischen oder zweckmäßigen Gründen oft wünschenswert. Auf Grund der Reaktionsfähigkeit von Magnesium sind Nachbehandlungen im Allgemeinen notwendig, um die Oberfläche zu passivieren und herkömmlicherweise geht die gewünschte Oberflächenausführung bei diesem Schritt verloren.

Die herkömmlichen Behandlungsverfahren von Magnesium und seinen Legierungen bestehen zumeist darin, nach irgend einer Vorbehandlung zur Förderung der Adhäsionskraft von Farbe eine anodische Beschichtung oder eine Farbschicht auf das Metall aufzutragen. In den meisten Fällen wird das Metall in diesen Prozessen jedoch weder aufgehellt noch poliert. Anodisierungsverfahren für Magnesium unterscheiden sich von den für Aluminium angewandten Verfahren dadurch, dass die dabei entstehende Oberfläche opak ist und die Beschichtung oft eine Eigenfärbung hat. Bei vielen Anwendungen kann das zwar an sich eine ansprechende Ausführung sein, doch wird es nicht als Polierung oder Aufhellung der Oberfläche betrachtet.

Techniken zum Auftragen von Farbe auf Magnesium oder seine Legierungen umfassen hauptsächlich Vorbehandlungen, wie etwa chromierende oder nicht-chromierende Umwandlungsbehandlungen, gefolgt vom Auftragen einer Farbe. Farblack kann in Form einer Pulverschicht elektrostatisch aufgetragen und dann im Ofen ausgehärtet oder die Farbe kann nass aufgetragen werden. Die lackierte Oberfläche mag dann zwar glänzen, aber diese Ausführung ist doch nicht mit einer glänzenden Metalloberfläche vergleichbar.

Techniken zur chemischen oder elektrochemischen Aufhellung anderer Metallen sind bekannt. Verfahren zur Aufhellung von Werkstücken aus Aluminiumlegierungen werden in Anodisieranlagen häufig angewandt. Diese Techniken lassen sich auf Grund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung jedoch nicht auf Magnesiumlegierungen anwenden. Beispielsweise wird Aluminium mit Hilfe einer Säuremischung aufgehellt, in der Magnesiumgegenstände sich schnell auflösen würden.

Viele verschiedene Metalle und Aluminiumlegierungen können entweder mit chemischen oder mit elektrochemischen Verfahren aufgehellt werden. Obwohl viele solcher Aufhellungsverfahren seit langem bekannt sind, ist nur wenig an der Aufhellung von Magnesium und seinen Legierungen gearbeitet worden.

Es bestehen zwei weitere Probleme, die die Veredelung von Magnesium und Magnesiumlegierungen erschweren. Zum einen weisen viele kommerzielle Legierungsgegenstände (insbesondere Druckgusswerkstücke) erhebliche Mengen von Absonderungen auf, und zwar sowohl an der Oberfläche als auch im Innern des Gegenstandes. Zusammen mit häufig anzutreffenden Gussfehlern entsteht hierdurch eine höchst unhomogene Oberfläche, die nicht mit herkömmlichen Mitteln veredelt werden kann. Zum Zweiten ist Magnesium ein höchst reaktionsfähiges Metall, das eine nicht kontinuierliche Oxidschicht bildet, so dass die Oberfläche zur Erzielung einer bleibenden, glänzenden Oberfläche behandelt werden muss, um die Bildung der Oxidschicht nach etwaigen Aufhellungs- oder Polierbehandlungen zu verhindern. Herkömmlicherweise umfassen solche Behandlungen Filme oder Beschichtungen, die opak sind und/oder mit Schwermetallen oder anderen unerwünschten giftigen Chemikalien durchgeführt werden.

Es ist unter bestimmten Umständen auch möglich, Magnesiumsubstrate mit anderen Metallen, beispielsweise Nickel, chemisch oder elektrochemisch zu plattieren. Obwohl der dabei entstehende plattierte Gegenstand ein glänzendes, metallisches Aussehen hat, ist dieses auf das Plattiermetall zurückzuführen und kann daher nicht als Technik zur Aufhellung oder Polierung von Magnesium oder Magnesiumlegierungen betrachtet werden. Das Plattieren von Magnesium- oder Magnesiumlegierungssubstraten mit anderen Metallen hat außerdem grundlegende Nachteile, beispielsweise die galvanische Korrosion in korrodierender Umgebung, Kosten, Verarbeitungsschwierigkeiten in einem Plattierverfahren und hohe Ausschussraten bei den meisten Verfahren.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Oberflächenbehandlung für Magnesium und seine Legierungen zu bieten, die die vorstehend genannten Probleme zumindest teilweise beseitigt oder der Industrie und/oder Öffentlichkeit zumindest eine nützliche Wahlmöglichkeit bietet.

Alle Verweisschriften, einschließlich in dieser Schrift genannte Patente oder Patentanmeldungen, sind hiermit als Bezugnahmen aufgenommen. Eine Bezugnahme stellt jedoch nicht gleichzeitig ein Anerkenntnis einer Verweisschrift als bekannte Technik dar. Die Erörterung der Verweisschriften betrifft die Behauptungen der jeweiligen Autoren, und die Anmelder behalten sich das Recht vor, die Richtigkeit und Relevanz der genannten Schriften zu bestreiten. Es wird unzweifelhaft deutlich gemacht, dass hier zwar auf eine Reihe von Schriften zur bekannten Technik verwiesen wird, dass diese Bezugnahme jedoch kein Anerkenntnis darstellt, dass jegliche dieser Schriften in Neuseeland oder einem beliebigen anderen Land zum allgemeinen Wissensstand der Technik gehören.

Es wird anerkannt, dass der Ausdruck "umfassen" in unterschiedlichen Rechtssystemen exklusiv oder inklusive ausgelegt werden kann. Für den Zweck dieser Spezifikation, und soweit nicht anders angegeben, wird der Ausdruck "umfassen" inklusive verwendet, d. h. er bedeutet, dass nicht nur die ausdrücklich aufgeführten Bestandteile eingeschlossen sind, sondern auch andere, nicht nähere erläuterte Bestandteile oder Elemente. Diese Auslegung wird ebenfalls angewandt, wenn das Verb "umfassen" und seine Verwendungsformen sich auf einen oder mehrere Schritte eines Verfahrens oder Prozesses beziehen.

Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, welcher lediglich Beispielcharakter zukommt.

OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG

Demzufolge besteht die Erfindung in einem ersten Aspekt aus einem Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche, welche folgende Schritte umfasst:

i) Polieren der Oberfläche, und
ii) Passivieren der polierten Oberfläche.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren einen ersten Schritt zur Vorbehandlung der Oberfläche, um Oberflächenverunreinigungen zu entfernen.

Vorzugsweise umfasst dieser Vorbehandlungsschritt ein chemisches Ätzen der Oberfläche und/oder Entfetten der Oberfläche.

Vorzugsweise werden Oberflächenverunreinigungen beim Vorbehandlungsschritt entfernt, indem die Oberfläche mit einem oder mehreren Entfettungsbestandteilen, wie etwa Natriumhydroxid, in Kontakt gebracht wird.

Vorzugsweise umfasst der Bestandteil zum chemischen Ätzen eine Salpetersäure und/oder Phosporsäure.

Vorzugsweise umfasst der genannte Vorbehandlungsschritt ein chemisches Strahlen der Oberfläche.

Vorzugsweise wird der genannte Polierschritt durch chemisches Polieren und/oder elektrochemisches Polieren durchgeführt, während die Oberfläche in eine Polierzusammensetzung eingetaucht ist.

Vorzugsweise werden bei dem chemischen Polieren und/oder elektrochemischen Polieren Oberflächenschichten entfernt und/oder mikroskopische Erhebungen auf der Oberfläche vermindert.

Vorzugsweise wird der Polierschritt durch Eintauchen der Oberfläche in ein Bad ausgeführt, welches einen oder mehrere der folgenden Bestandteile umfasst: eine Phosphorsäurelösung, Monopropylenglykol, Äthylenglykol und Salpetersäure.

Vorzugsweise ist das genannte elektrochemische Polieren eine galvanische Elektrolyse.

Vorzugsweise umfasst das elektrochemische Polieren außerdem die Zufuhr einer äußeren Spannung auf die genannte Oberfläche.

Vorzugsweise wird bei dem genannten elektrochemischen Polierschritt ein stagnationshemmendes Mittel für Elektrolyt verwendet oder es wird dem die Oberfläche enthaltenden Elektrolyt eine Wechselstromspannung zugeführt.

Vorzugsweise ist das genannte stagnationshemmende Mittel für Elektrolyt ein Elektrolytrührwerk und/oder ein Mittel zur Erzeugung von Ultraschallwellen.

Vorzugsweise folgt auf den Polierschritt eine Zwischenwäsche zur zumindest teilweisen Entfernung der chemischen und/oder elektrolytischen Lösung von der Oberfläche.

Vorzugsweise erfolgt diese Zwischenwäsche in einer Zusammensetzung, welche Monopropylenglykol und/oder Äthylenglykol enthält.

Vorzugsweise folgt auf den Polierschritt und/oder die Zwischenwäsche eine alkalische Wäsche.

Vorzugsweise erfolgt die alkalische Wäsche in einer Zusammensetzung, welche Natriumhydroxid enthält.

Vorzugsweise werden Säuren in der alkalischen Wäsche im Wesentlichen neutralisiert und/oder Aluminium, Mangan oder Zink im Wesentlichen von der Oberfläche entfernt.

Vorzugsweise ergibt dieser Passivierschritt einen im Wesentlichen korrosionsbeständigen und/oder wasserunlöslichen Oberflächenüberzug oder -film.

Vorzugsweise ist der genannte im Wesentlichen korrosionsbeständige und/oder wasserunlösliche Oberflächenüberzug bzw. -film ein Phosphatsalzüberzug oder -film.

Vorzugsweise wird eine inorganische Werkstoffbeschichtung oder -versiegelung auf den im Wesentlichen korrosionsbeständigen und/oder wasserunlöslichen Oberflächenüberzug bzw. -film aufgetragen.

Vorzugsweise ist die genannte inorganische Werkstoffbeschichtung oder -versiegelung im Wesentlichen transparent und/oder bietet im Wesentlichen Korrosionsschutz und/oder zumindest einigen Schutz gegen mechanisch induzierte Beschädigung.

Vorzugsweise ist die genannte inorganische Werkstoffbeschichtung oder -versiegelung eine Zusammensetzung auf Silikonbasis, wie etwa Dinatriummetasilikat, und ein Polyacrylamid-Koagulans in deionisiertem Wasser.

Vorzugsweise folgt auf den genannten Passivierschritt und/oder den Schritt der inorganischen Werkstoffbeschichtung oder -versiegelung ein Oberflächentrocknungsschritt.

Vorzugsweise umfasst der Schritt des chemischen Strahlens folgende Schritte:

a. Eintauchen der Oberfläche in eine Lösung auf Eisenbasis;
b. Aktivieren der Oberfläche mit der Lösung auf Eisenbasis, wobei diese Lösung auf Eisenbasis reduziert wird, um dadurch Eisen auf der Oberfläche zu abzulagern;
c. Ätzen der Oberfläche mit einer Ätzzusammensetzung zur Modifizierung der aktivierten Oberflächenschicht;
d. Abstreifen der Eisenablagerung von der Oberfläche mit einer Eisenentfernungszusammensetzung; und
e. Waschen der Oberfläche, um auf der Oberfläche verbleibende Zusammensetzungen im Wesentlichen zu entfernen.

Vorzugsweise ist der Aktivator eine aus folgender Liste gewählte Lösung: Ferrichlorid, Hydrochlorsäure, Ammoniumbifluorid und Ammoniumbromid.

Vorzugsweise wird die Ätzzusammensetzung aus folgender Liste gewählt: Ferrichlorid, Ferrichlorid- und Phosphorsäurelösung, eine reduzierte Lösung von Ferrichlorid und Phosphorsäure.

Vorzugsweise wird die genannte Eisenentfernungszusammensetzung aus folgenden gewählt: Salpetersäure und Natriumborat in Lösung oder Salpetersäure und Phosphorsäure in Lösung.

Vorzugsweise wird der Schritt der Oberflächenwäsche mit einer Wasserwäsche oder einer alkalischen Wäsche ausgeführt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die lediglich Beispielcharakter hat, und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1 einen Ablaufplan von verschiedenen Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, und
2 eine Passivierzellkonfiguration eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
BESTE METHODEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Hier werden eine Reihe von Verfahrensschritten zur chemischen und/oder elektrochemischen Aufhellung oder Texturierung (im Folgenden auch als „Polieren" bezeichnet) der Oberfläche von Gegenständen aus Magnesium oder seinen Legierungen eingehender beschrieben, und zwar die Schritte, aus denen die Prozesse zur Polierung der Gegenstände bestehen, sowie die Zusammensetzungen der chemischen Lösungen, die gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Dementsprechend dient die folgende Beschreibung lediglich als Beispiel und es versteht sich, dass eine Reihe von funktional gleichwertigen Stoffen anstatt der aufgeführten in den Zusammensetzungen verwendet werden können.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere 1 dient ein Ablaufplan von verschiedenen zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche angewandten Schritten der Erläuterung.
Vor der Veredelung werden Werkstücke aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen gewöhnlich zweckmäßigerweise vorbehandelt (Schritte 1 bis 4), um die Oberflächen zu reinigen und auf das Aufhellen oder Polieren vorzubereiten. Die Behandlung ist von der Legierung abhängig, und untenstehend werden die am meisten bevorzugten Behandlungen für einige häufige Legierungen und Formungsprozesse zusammengefasst. Alternative Behandlungen können möglich sein, und in einigen Fällen, je nach dem ursprünglichen Zustand der Oberfläche des Werkstücks, kann gegebenenfalls auch ohne Beeinträchtigung der folgenden Verfahrensschritte auf einen oder mehrere dieser Schritte verzichtet werden.
In der Erfindung wird ein Mittel zur Bearbeitung und Behandlung von Magnesium oder Magnesiumlegierungen beschrieben, um vorzugsweise ästhetisch annehmbare, helle bzw. glänzende, texturierte Oberflächen zu erzeugen, die mit einem inorganischen, transparenten und/oder korrosionsbeständigen Film überzogen sein können. Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 werden Beispiele von möglichen Zusammensetzungen (oder Prozesslösungen und bevorzugten Betriebsbedingungen) für die später zu erläuternden Verfahrensschritte der Oberflächenbehandlung beschrieben. In Tabelle 2 werden mögliche Vorbehandlungsschritte (und Betriebsbedingungen) für eine Reihe von häufig verwendeten Legierungen erläutert. Tabelle 3 bietet eine nützliche Zusammenfassung von einigen Verfahrensschrittkombinationen (aus Tabelle 1) und ihre Aufeinanderfolge zur Oberflächenbehandlung von Magnesium oder Magnesiumlegierungen.
Die Angaben von Konzentrationen und Temperaturen in den Tabellen dienen lediglich als erläuternde Beispielwerte, die eine bevorzugte Oberflächenausführung ergeben würden. Die Prozesse sind über je einen ganzen Bereich von Konzentrationen und Temperaturen anwendbar. Außerdem können chemische Bestandteile durch andere ersetzt werden, z. B. kann Äthylenglykol an Stelle von Monopropylenglykol verwendet werden.
Nach dem bzw. den Vorbehandlungsschritt(en) kann die Oberfläche des Werkstücks aus Magnesium oder Magnesiumlegierung zu einer hell glänzenden oder Metalleffektausführung (Schritt 6) poliert werden, oder sie kann in Schritt 5 durch selektives Ätzen chemisch "gestrahlt" werden, um eine im Wesentlichen helle, texturierte Ausführung zu ergeben, ähnlich wie durch Drahtkornstrahlen. Das Verfahren zur Erzielung dieser Ausführung ist in den meisten Fällen grundsätzlich ähnlich und kann in Tabelle 3 zusammengefasst werden.
1 ist in Verbindung mit den vorstehenden Tabellen zu lesen, denen Einzelheiten zu den in den einzelnen Schritten anwendbaren Zeiten, Temperaturen, Prozesslösungen zu entnehmen sind. Die Beispiele veranschaulichen auch Einzelheiten darüber, wie die verschiedenen Legierungen erfindungsgemäß behandelt werden können.
Das ursprüngliche unten beschriebene Verfahren kann insbesondere bei Legierungen mit hohem Aluminiumgehalt angewendet werden (z. B. Legierungen mit mehr als ca. 3 Gewichtsprozent Aluminium). Obzwar das Gesamtkonzept bei Legierungen mit niedrigem Aluminiumgehalt (z. B. mit weniger als ca. 3 Gewichtsprozent) gleich bleibt, könnte die Oberflächenausführung weniger effektiv sein als diejenige, welche mit dem ebenfalls unten beschriebenen Polier- und/oder Aufhellungsverfahren für niedrigen Aluminiumgehalt erzielt wird.
MAGNESIUMLEGIERUNGEN MIT HOHEM ALUMINIUMGEHALT
Ein Prozess zur chemischen oder elektrochemischen selektiven Ätzung 3 erzielt die Entfernung von Unstetigkeiten und schweren Legierungskomponentenabsonderungen von der behandelten Oberfläche. Dieses Verfahren kann außerdem eine ziemlich steuerbare Veränderung der Oberflächentextur herbeiführen. Der Ausdruck "ätzen" ist hierbei austauschbar mit "chemisch strahlen" (CB). Das Wort "geätzt" kann der Beschreibung von Prozessen der Vorbehandlungsphase (Schritte 1 bis 4 in 1) vorbehalten bleiben.
Ein elektrochemischer Prozess kann unter Verwendung eines modifizierten Phosphorsäureelektrolyts in der Lage sein, die Oberfläche auf hellen Glanz zu "mikropolieren".
Der in 1 dargestellte "Elektropolierschritt" 6 kann wie in Tabelle 3 weiter erläutert zwei separate Behandlungen umfassen, die in einem Prozessbehältnis durchgeführt werden können. Der erste dieser Schritte kann ein "galvanisches Polieren" sein, wobei der Gegenstand mit einer in der Lösung EP3/EP4 (Zusammensetzung siehe Tabelle 1) eingetauchten Kupfer-Gegenelektrode kurzgeschlossen wird. Während des galvanischen Polierens wird kein Strom von außen zugeführt.
Eine zweite und optionale Behandlung kann während des Elektropolierens durchgeführt werden und die Zuführung eines Wechselstroms bei ca. 5 V umfassen. Der Strom wird gegebenenfalls nicht kontrolliert und kann daher einen Wert erreichen, der von der Größe des behandelten Werkstücks sowie von den Oberflächen- und Legierungseigenschaften abhängig ist. Eine Stromdichte von 750 bis 1.500 A/m² wäre zu erwarten. Eine Kupfer-Gegenelektrode kann in der elektrochemischen Zelle bzw. dem elektrochemischen Bad verwendet werden.
Ein nicht-schädigendes Verfahren zum Entfernen von Elektrolyten) von der Oberfläche nach dem elektrochemischen Polierschritt 6 kann ermöglicht werden, indem die Oberfläche in Schritt 7 mit einem geeigneten elektrolytentfernenden Mittel gewaschen wird. Beispielsweise kann der elektrochemische Polierschritt 6, bei dem Elektrolyt EP3 verwendet wird, von einer geeigneten Wäsche (Zwischenwäsche) etwa mit Monopropylenglykol oder Äthylenglykol gefolgt werden.
Schritt 7 kann dann von einem alkalischen Wäscheschritt 8 gefolgt werden, um etwaige Säuren zu neutralisieren und jeglichen Elektrolyt weiter von der Oberfläche zu entfernen. Nach Schritt 8 kann die Oberfläche dann in Schritt 8A mit deionisiertem Wasser abgespült werden, bevor die behandelte Oberfläche in Schritt 9 passiviert wird.
Die resultierende behandelte Oberfläche kann dann in Schritt 9 durch das anodische Auftragen eines transparenten, korrosionsbeständigen Films auf die Oberfläche passiviert werden, wobei die Dicke der Ablagerungsschicht steuerbar sein kann. Ein geeigneter korrosionsbeständiger Film könnte beispielsweise ein Phosphatsalzfilm sein, und solch ein Salz könnte in Folge seiner nützlichen Korrosionsresistenzeigenschaften, wie etwa Wasserunlöslichkeit und leichter Alkalität, ein bevorzugter Film sein. Die Dicke des abgelagerten Films kann variiert werden, um erhöhte Korrosionsbeständigkeit zu erzielen und die endgültige Oberflächenausführung zu verändern, so dass verschiedene Ausführungen verfügbar sind, wie etwa eine Hochglanz-Ausführung (dünne Filmschicht), eine leicht mattierte Metalleffekt-Ausführung (eine dickere Schicht als die Hochglanz-Ausführung) und eine "Perlglanz"-Ausführung (eine dickere Filmschicht als die Metalleffekt-Ausführung). Die Dicke der Filmschicht liegt bei ca. 100 nm, doch ist zu vermerken, dass die Dicke des Films nicht bei einem Viertel der Wellenlänge von sichtbarem Licht liegen sollte, da sonst Interferenzeffekte entstehen können.
Die Passivierung der glänzend aufgehellten, metallischen oder chemisch gestrahlten Oberfläche kann chemisch erfolgen, entweder mit PM1 oder PC1, wie in Tabelle 1 dargestellt, oder vermittels eines Elektropassivierschrittes. Wie in 2 dargestellt, kann in einem Elektropassivierschritt eine Gleichstromquelle von ca. 10–20 Volt auf den zu passivierenden Gegenstand angewendet werden, der bei Raumtemperatur für ca. 30 Sekunden (Anordnung, siehe 2) zur Anode eines Kreises in einer Lösung 14 von ca. 2 % Ammoniumbifluorid (NH₄HF₂·2H₂O) gemacht wird. Eine Gegenelektrode aus Aluminiumlegierung 15 mit mindestens doppelter Oberflächengröße wie der zu passivierende Gegenstand 13 kann verwendet werden. Die zu passivierenden Gegenstände werden an einen konduktiven Sammelschienenleiter angeschlossen, der zur Anode einer elektrochemischen Zelle gemacht wird. Solche Elektropassivierverfahren können bevorzugterweise die Verwendung von Schwermetallen vermeiden und eine im Wesentlichen nützliche Korrosionsbeständigkeit erzielen.
Schritt 10 der Abspülung mit deionisiertem Wasser kann auf den Passivierschritt 9 folgen, um Bestandteile der Passivierzusammensetzung zu entfernen, und darauf kann ein aus einem Lufttrocknungsprozess bestehender Trocknungsschritt 11 folgen. Es könnte wünschenswert sein, eine Heißluft-Trocknung einzusetzen.
Abschließend kann diese passivierte Oberfläche mit einem inorganischen, transparenten und im Wesentlichen korrosionsbeständigen Film überzogen werden, wie etwa mit einer aus einer Kombination von Dinatriummetasilikat, einem Polyacrylamid-Koagulans und deionisiertem Wasser (IS1 – siehe unten) gebildeten Lösung.
Theorie von chemischen Veredelungsvorgängen
Verschiedene Legierungen haben unterschiedliche chemische und Oberflächeneigenschaften, die von der Legierungszusammensetzung und den Herstellungsverfahren abhängig sind. Bei Gusserzeugnissen können im Allgemeinen große Bereiche von Phasenabsonderungen auftreten und manchmal sind nach der Reinigung mehrere Phasen auf der Oberfläche vorhanden. Jegliche Reinigungs-, Ätz-, Polier- und Nachbehandlungsprozesse reagieren mit diesen verschiedenen Phasen in unterschiedlichem Maße und führen zu unterschiedlichen Oberflächentexturen, die in korrodierender Umgebung unterschiedliche Restreaktionsgeschwindigkeiten aufweisen können. Bei Walzfolien-, Strangpress- und Schmiedewerkstoffen ist die Metallkorngröße geringer und der Absonderungsgrad viel niedriger, und darum erzielt jegliche Behandlung dort ein gleichmäßigeres Ergebnis.
Die anderen bedeutenden Faktoren, die den Erfolg von Oberflächenbehandlungen beeinflussen, sind weitgehend mechanischer Natur. Dazu gehören eine Reihe von Gussfehlern, Schlackeneinschlüsse und mechanisch verursachten Oberflächenbeschädigungen. Es wurden diverse Techniken entwickelt, die oben genannten Probleme weitgehend zu beheben.
Chemisches Strahlen (CB) – Schritt 5
Dies ist ein Prozess, bei dem Eisen in der Prozesslösung von der Magnesiumlegierung reduziert und selektiv auf der Oberfläche als Fe oder andere unlösliche Fe-Verbindungen abgelagert wird. Je nach Legierung und Behandlungsbedingungen lassen sich diese Ablagerungen steuern, um unterschiedliche Ablagerungsgrößen und -muster zu erzielen. Wenn diese Ablagerungen anschließend von der Oberfläche entfernt werden, hinterlassen sie eine Reihe von Vertiefungen und Rippen auf der Metalloberfläche. Eine Oberfläche mit einem regelmäßigeren geometrischen Muster hat nun die ursprüngliche Metalloberfläche (mit unregelmäßigen Fehlern) ersetzt. Darum hat sich das Aussehen verbessert.
Polieren – Schritt 6
In diesem Prozess werden zuvor angesammelte Oberflächenbeschichtungen sowie mikroskopische Erhebungen selektiv von der Oberfläche entfernt. Die Metalloberfläche wird mikroskopisch glatter und darum stärker reflektierend oder heller.
In dieser Sammelbezeichnung sind zwei deutlich unterscheidbare Prozesse enthalten:
Chemisches Polieren – wobei das zu polierende Werkstück unter festgelegten Bedingungen für eine bestimmte Zeitspanne in der Polierlösung aufgehängt wird, und galvanisches Polieren - ähnlich wie oben, doch mit dem Unterschied, dass das Werkstück elektrisch mit einer den Poliertank auskleidenden Kupferblech-Gegenelektrode verbunden wird und dass ein galvanischer Strom zwischen den beiden fließt, wodurch eine andere Polierwirkung entsteht.
Das galvanische Verfahren wird mitunter durch die Zufuhr eines Wechselstroms zu bestimmten Stadien ergänzt, um die Diffusionsstagnation zu brechen und Oberflächenverunreinigungen zu entfernen.
Alkalische Wäsche – Schritt 8
Diese heißen, stark alkalischen Lösungen werden in den Prozessschemata als praktisches Verfahren zu folgenden Zwecken verwendet:
In Zusammenwirkung mit Tensiden zum Entfernen von Öl, Fett und Schmiermittel (d. h. Grundreinigung).

1. Zum selektiven Entfernen von Al, Mn und Zn von Legierungsoberflächen.
2. Zum Neutralisieren von Säurefilmen, insbesondere vom Polierprozess.
3. Zum Vorbereiten und Aktivieren vor den Polierprozessen.

Es empfiehlt sich, zwei separate Bäder zu verwenden, eines für Punkt 1 (DGA), das andere (tensidfrei) CW25 (siehe Tabelle 1) oder CW10 (siehe unten) für andere Zwecke.
MPG-Wäsche – Schritt 7
Hier handelt es sich praktisch um ein Bad aus reinem Monopropylenglykol oder Äthylenglykol, entweder kalt oder mäßig warm, als Zwischenwäsche zwischen starken Phosphorsäurelösungen und der alkalischen Waschlösung. Es hat den Zweck, die Neutralisierungsreaktion weniger heftig zu gestalten und kann den schnell Flecken verursachenden Angriffen von verdünnter Phosphorsäure auf Magnesiumlegierungen vorbeugen. Ansammlungen von Wasser und Säure in dieser Lösung können durch Behandlung von außen kontrolliert werden.
Passivieren – Schritt 9
Es stehen mehrere Verfahren zum Passivieren der fertigen Oberfläche zur Verfügung, doch die erfindungsgemäßen Verfahren verzichten auf die Verwendung von Chrom, sind fast transparent, sind leicht zu steuern, können modifizierte Ausführungen erzielen und sind widerstandsfähig und wirksam als Korrosionsschutz. Wenn sie in Verbindung mit klaren Acrylpulverbeschichtungen angewandt werden, verhindern sie Grenzflächenkorrosion und Harzabbau (Vergilben). Sie bieten außerdem eine kompatible, stabile Grenzflächenschicht, wenn sie in Verbindung mit inorganischer Versiegelung angewandt werden.
Inorganische Versiegelung
Ein Schritt zur inorganischen Versiegelung wird eingesetzt, um eine klare Beschichtung auf Silikonbasis (Si) auf anodisierte oder passive helle Magnesium- oder Magnesiumlegierungswerkstücke aufzutragen. Die Beschichtung wird durch Eintauchen oder Aufsprühen aufgetragen, und durch Variieren der Bedingungen können unterschiedlich dicke Filmschichten erzielt werden. Die inorganische Versiegelung ist vorteilhafterweise im Wesentlichen transparent und verleiht dem Substrat einen guten Schutz gegen Korrosion oder mechanisch verursachte Schäden. Sie lässt sich jedoch nur auf einer begrenzten Anzahl von gefärbten anodisierten Magnesiumsubstraten wirksam verwenden, da auf Grund des hohen pH-Werts der inorganischen Versiegelung eine Farbverschiebung auftreten kann, und in manchen Fällen kann der Farbstoff sogar ganz zerstört werden.
Färben
Eine begrenzte Anzahl von Farben lässt sich auf hell glänzende Oberflächen auftragen, so dass der Metallglanz erhalten bleibt. Dazu wird ein sehr dünner (<≈ 100 nm), transparenter Magnesiumoxidfilm (MgO) mit verschiedenen Mitteln auf das helle Substrat aufgetragen. Es kann dann mit einem modifizierten Verfahren mit Standard-Aluminiumfarben (Al) gefärbt werden.
Chemische Veredelungsvorgänge
Für die Zwecke dieser Erörterung sind nicht anodisierte Ausführungen als dekorative Ausführungen definiert, die nicht opak sind und das Substratmetall weitgehen offenbaren. Das Aussehen kann weiter unterteilt werden als hell glänzend, Metalleffekt, Perlglanz usw, und die Textur des Substrats kann als glatt, gebürstet, geätzt usw: eingeteilt werden. Zusätzlich zu der normalen "Silberfarbe" der Legierung ist es möglich, Ausführungen herzustellen, die andere Farbtöne enthalten und das Aussehen ist im Allgemeinen ein "Metalleffekt".
Es wurde eine Reihe von Vorgehensweisen entwickelt, um eine Palette von Ausführungen herzustellen, und eine spezielle Vorgehensweise wird nach bestimmten Parametern ausgewählt, wie etwa:

1. Aussehen, z. B. hell, glänzend
2. Oberflächentextur, z. B. geätzt
3. Farbe, z. B. Silber
4. Legierung, z. B. AZ31, AM50
5. Legierungsformung, z. b. Guss, Walzfolie, geschmiedet.

Im Folgenden werden verschiedene Beispiele und Schritte erläutert, wie Magnesium und seine Legierungen behandelt werden können, um eine aufgehellte Oberflächenausführung zu erzielen. Sie sind nicht endgültig und lediglich Beispiele zur Erläuterung von bevorzugten Verfahrensweisen.
Beispiel 1
Eine Druckgussplatte von 140 mm × 100 mm, 3 mm dick, aus Legierung AM50 wurde mit folgenden Schritten aufgehellt:

1. Entfetten in CW25 bei 70°C für eine Minute
2. Abspülen in Wasser für ca. 30 Sekunden
3. Vorätzen in PE3 für 30 Sekunden
4. Abspülen in Wasser
5. In Lösung EP3 in zwei Schritten elektropolieren – galvanisches Polieren (ohne Zufuhr von Wechselstromspannung) für 6 Minuten, gefolgt von einer Zufuhr von Wechselstromspannung von 5 V für 20 Sekunden.
6. Abspülen in Monopropylenglykol für 5 Sekunden
7. Waschen in CW25 für 20 Sekunden bei 70°C
8. Abspülen in Wasser
9. Passivieren mit Kaliumpermanganatlösung, PM1, für 10 Sekunden
10. Abspülen in Wasser
11. Mit Heißluft trocknen.

Das Ergebnis war eine sehr hell glänzender Effekt mit einem leicht gelblichen Ton. Die Druckgussstruktur war deutlich sichtbar.
Beispiel 2
Eine Druckgussplatte aus Legierung AZ91 D mit denselben Abmessungen wie in Beispiel 1 wurde mit folgenden Vorgängen behandelt:

1. Entfetten in CW25, 70°C, für 1 Minute
2. Abspülen in Wasser
3. Vorätzen in PE3 für 30 Sekunden
4. Abspülen in Wasser
5. Polieren in Lösung EP3 für 5 Minuten mit galvanischem Polieren (ohne Wechselstromspannung)
6. Abspülen in Monopropylenglykol für 5 Sekunden
7. Waschen in CW25, bei 70°C für 20 Sekunden
8. Abspülen in Wasser
9. Passivieren mit PC1 für 30 Sekunden
10. Abspülen in Wasser
11. Mit Heißluft trocknen

Das Ergebnis war ein Metalleffekt, bei dem die Gussstrukturen sichtbar waren.
Beispiel 3
Eine Druckgussplatte aus Legierung AM50 mit denselben Abmessungen wie in Beispiel 1 und 2 wurde mit folgenden Vorgängen behandelt:

1. Entfetten in CW25 bei 70°C für 1 Minute
2. Abspülen in Wasser
3. Vorätzen in PE3 für 30 Sekunden
4. Waschen in CW25, 70°C für 30 Sekunden
5. Abspülen in Wasser
6. Chemisches Strahlen in drei Schritten – 1 Minute in Lösung CB2A gefolgt von 7 Minuten in Lösung CB1 und abschließend eine weitere Minute in Lösung CB2A.
7. Waschen in CW25, 70°C, 1 Minute
8. Polieren in Lösung EP3 in drei Schritten – eine Minute bei Zufuhr einer Wechselstromspannung von 5 V, 3 Minuten ohne Wechselstromspannung und dann weitere 20 Sekunden mit einer Wechselstromspannung wie zuvor.
9. Abspülen in Monopropylenglykol für 5 Sekunden
10. Waschen in CW25, 70°C für 20 Sekunden
11. Abspülen in Wasser
12. Passivieren in PM1 für zehn Sekunden
13. Abspülen in Wasser
14. Mit Heißluft trocknen

Das Ergebnis war eine helle Ausführung mit einer starken Texturierung, die die meisten Druckgussstrukturen verdeckte. Die mikroskopische Untersuchung offenbarte eine Oberflächentopographie von scharfen Kanten neben abgerundeten Vertiefungen.
Beispiel 4
Eine flache Walztafel aus Legierung AZ31 B, 110 mm × 80 mm, 1 mm dick, wurde vorbereitet, so dass sie von diverser Korrosion und Verschmutzung befreit war. Dann wurde sie wie folgt bearbeitet:

1. Entfetten in CW25, 70°C für eine Minute
2. Abspülen in Wasser
3. Vorätzen in PE3 für 15 Sekunden
4. Abspülen in Wasser
5. Polieren in vier Schritten – 30 Sekunden ohne Wechselstrom, gefolgt von 10 Sekunden mit Zufuhr einer Wechselstromspannung von 5 V, weitere 20 Sekunden ohne Wechselstromspannung und abschließend weitere 10 Sekunden mit der Wechselstromspannung wie zuvor.
6. Abspülen in Monopropylenglykol für 5 Sekunden
7. Waschen in CW25, 70°C für 30 Sekunden
8. Abspülen in Wasser
9. Passivieren in PC1 für 30 Sekunden
10. Abspülen in Wasser
11. Mit Heißluft trocknen

Das Ergebnis war ein hell glänzender Spiegeleffekt.
Beispiel 5
Eine gewalzte, flache Platte, Legierung AM50, derselben Abmessungen wie in Beispiel 1 wurde mit folgenden Behandlungsschritten bearbeitet:

1. Entfetten in CW25, 70°C für eine Minute
2. Abspülen in Wasser
3. Vorätzen in PE3 für 15 Sekunden
4. Abspülen in Wasser
5. Polieren in EP3-Lösung in zwei Schritten – galvanisches Polieren (ohne Zufuhr von Wechselstromspannung) für 6 Minuten, gefolgt von einer Zufuhr von Wechselstromspannung von 5 V für 20 Sekunden.
6. Abspülen in Monopropylenglykol für 5 Sekunden
7. Waschen in CW25 für 20 Sekunden bei 70°C
8. Abspülen in Wasser

Dann wurde die Platte in einer elektrochemischen Behandlung passiviert. Sie wurde in eine 2%ige Ammoniumbifluoridlösung (NH₄HF₂·2H₂O) eingetaucht, die sich in einem an jeder Seite mit Edelstahlplatten ausgekleideten Kunststofftank befand. Diese wurden mit der Negativklemme einer geeigneten Stromquelle verbunden, während das Werkstück selbst an eine mit der Positivklemme verbundene Sammelleiterplatte angeschlossen wurde. Nach zwanzig Sekunden wurde der Strom eingeschaltet und bei ca. 15 VDC (± ca. 1 VDC) gehalten. Nach der Anwendung des elektrischen Stroms wurde das Werkstück deutlich heller. Es entstand keine Gasentwicklung. Ursprünglich betrug der Strom 20 A, aber er baute sich nach ca. 5 Sekunden auf 1 A und schließlich nach ca. 30 Sekunden auf ca. 0,3 A ab. Zu diesem Zeitpunkt wurde der Strom ausgeschaltet, die Platte aus der Lösung entnommen, mit deionisiertem Wasser abgespült und getrocknet. Das Werkstück war hell und glänzend ohne sichtbaren Oberflächenfilm. Seine Passivität wurde jedoch deutlich, als es mit Reagensien geprüft wurde, auf die Magnesiummetallgegenstände normalerweise stark reagieren.
MAGNESIUMLEGIERUNGEN MIT NIEDRIGEM ALUMINIUMGEHALT
(VERFAHRENSVARIANTE)
Zusätzlich zu den oben genannten Beispielen und Arbeitsschritten kann der Prozess alternativ so abgeändert werden, dass eine optimierte oder bessere Behandlung für Magnesiumlegierungen mit niedrigem Aluminiumgehalt erzielt wird, vorzugsweise für Magnesiumlegierungen mit einem Aluminiumgehalt von ca. 3% (Gew.-%) oder weniger. Insbesondere hat sich gezeigt, dass diese alternative Oberflächenbehandlung bei den feinkörnigen Legierungen AZ31 in Walzfolien- oder Strangpressformen gute Ergebnisse erzielt.
Eine neue, zusätzliche, speziell auf die Anforderungen von feinkörnigen Legierungen AZ31 in entweder Walzfolien- oder Strangpressform abgestimmte Prozesslösung (EP4 – siehe unten) wurde zur milden Elektropolierung von Magnesiumlegierungen mit niedrigem Aluminiumgehalt entwickelt. Der Prozess, einschließlich Lösung EP4, ist dem oben beschriebenen Verfahren für hohen Aluminiumgehalt auch insofern überlegen, als dass er weniger Arbeitsschritte umfasst, ein besseres Ergebnis erzielt, mit geringeren Kosten und vorzugsweise weniger energieintensiven Verarbeitungsbedingungen verbunden ist. Bei Anwendung in Verbindung mit den bereits angegebenen Nachbehandlungen, beispielsweise Passivierung, ist der fertige Werkstoff von ästhetisch ansprechenderem Aussehen und korrosionsbeständiger, als es zuvor möglich war, wenn die Oberflächen von Magnesiumlegierungen mit niedrigem Aluminiumgehalt mit den beschriebenen Verfahren für hohen Aluminiumgehalt behandelt wurden. Außerdem lässt sich der Prozess auch einfacher neben der Oberflächentexturierung oder -polierung anwenden.
Die folgenden Spezifikationen von bevorzugten Lösungen und Betriebsbedingungen gelten für das Polier- oder Aufhellverfahren für Magnesiumlegierungen mit niedrigem Aluminiumgehalt.
Weitere Spezifikationen für Lösungen und Betriebsbedingungen
Lösung für chemisches Polieren (EP4)

750 ml MPG
115 ml H₂O
115 ml 69% HNO₃
20 ml 85% H₃PO₄
Temperatur: 20–30°C

10% Natronlauge (Waschlösung) CW10

100 g NaOH
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: 70–80°C, Optimum 75°C

Lösung (CB1 (CB1)

900 ml H₂O
50 ml 40% FeCl₃
50 ml 85% H₃PO₄
Temperatur: 25–40°C

Lösung CB1A

Reduzierte Lösung CB1
Temperatur: 25–40°C

Lösung CB2A

Aktivator
780 ml H₂O
66 ml 40% FeCl₃
52 ml 3,5–3,7% HCl
102 ml 2% NH₄HF₂
16,7 g NH₄Br
Temperatur: 20–30°C

Lösung für mildes chemisches Strahlen CB3

55 ml 85% H₃PO4
25 g Fe(NO₃)3·9H₂O
11 ml 40% FeCl₃
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: Raum (20–25°C)

Lösung zur Eisenentfernung (Fe) FRS2

95 ml 85% HNO₃
35 g Na₂B₄O7·5H₂O
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: Raum (20–25°C)

Elektropassivator BPT1

30 g Na₄P₂O₇
51,7 g Na₂B₄O7·5H2O
7,5 NaF
Temperatur: 15–30°C
Ausführung: Hell bzw. glänzend – bis zu 70 V (außer AZ31 Strangpresse: bis zu 50 V)
(Zusammensetzungen gelten für 1 Liter Lösung.)

Phosphorätzen (PE3)

605 ml 85% H₃PO₄
365 ml H₂O
30 ml 69% HNO₃
Temperatur: Raum

Elektropolierlösung (EP3)

645 ml 85% H₃PO₄
323 ml Monopropylenglykol: CH₃CH(OH)CH₂OH (MPG)
32 ml H₂O
Betriebstemperatur: 35–45°C
Wichtig: Nicht auf über 50°C erhitzen

Lösung für chemisches Polieren (EP4)

750 ml MPG
115 ml H₂O
115 ml 69% HNO₃
20 ml 85% H₃PO₄
Temperatur: 35–45°C, Optimum 40°C

7% Natronlauge (Waschlösung) (CW7)

70 g NaOH
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: 70–80°C, Optimum 75°C.

Lösung für mildes chemisches Strahlen CB3

55 ml 85% H₃PO₄
25 g Fe(NO₃)3·9H₂O
11 ml 40% FeCl₃
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: Raum (20–25°C)

Lösung zur Eisenentfernung (Fe) FR1

15 ml 98% H₂SO₄
30 ml 85% H₃PO₄
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: Raum (20–25°C)

MPG technische Stärke (Waschlösung) (PG1)

Betriebstemperatur: 35–45°C

25% Natronlauge (Waschlösung CW25)

250 g NaOH
750 ml H₂O
Betriebstemperatur: 70–80°C

Elektropassivator BPT1

30 g Na₄P₂O₇
51,7 g Na₂B₄O₇·5H₂O
7,5 NaF
Temperatur: 15–30°C
Ausführungen:
Hell bzw. glänzend – bis zu 70 V (außer AZ31 Strangpresse: bis zu 50 V)

Lösung CB1 (CB1)

900 ml H₂O
50 ml 40% FeCl₃
50 ml 85% H₃PO₄
Temperatur: 30–40°C

Lösung CB1a

Reduzierte Lösung CB1
Temperatur: 30–40°C

Lösung CB2a

Inorganische Versiegelung (IS1)

12% Na₂SiO₃ Viskosität stabilisiert.
Temperatur: 55-65°C
Zubereitung von 1 l Versiegelungsflüssigkeit
- a) 1 g "Irrigaid" Polyacrylamid-Koagulans in 700 ml umgerührtem DI-Wasser vollständig auflösen
- b) Langsam 300 ml 40% Na₂SiO₃ hinzufügen
- c) Abfiltern.

Lösung für chemisches Polieren (EP4)

750 ml MPG
115 ml H₂O
115 ml 69% HNO₃
20 ml 85% H₃PO₄
Temperatur: 30–35°C

10% Natronlauge (Waschlösung CW10

100 g NaOH
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: 70-80°C, Optimum 75°C

Lösung für mildes chemisches Strahlen CB3

55 ml 85% H₃PO₄
25 g Fe(NO₃)₃·9H₂O
11 ml 40% FeCl₃
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: Raum (20–25°C)

Lösung zur Eisenentfernung (Fe) FRS1

Lösung zur Eisenentfernung FRS2

95 ml 85% HNO₃
35 g Na₂B₄O₇·5H₂O
Wasserzugabe auf 1 l Lösung
Temperatur: Raum (20–25°C)

Wenn die AZ31 Oberfläche (oder eine ähnliche Legierung mit niedrigem Aluminiumgehalt) nicht verunreinigt ist, dann ist die Vorbehandlung zum Entfernen von Verunreinigungen nicht notwendig. Wenn die Oberfläche dagegen mit einem Korrosionsschutzüberzug versehen ist, dann kann die Lösung FRS2 (die beispielsweise eine Lösung zur Eisenentfernung sein kann) verwendet werden, um die Oberfläche auf die Weiterbehandlung vorzubereiten.
Außerdem können bei diesem alternativen Prozess im Polierschritt Säuremischungen verwendet werden, – während bei dem zuvor erwähnten Prozess für Magnesiumlegierungen mit einem Aluminiumgehalt von ca. 3% (Gew.-%) oder höher allgemein nur Phosphorsäure verwendet wurde, – zusammen mit einem Trägerlösungsmittel, wie etwa Monopropylenglykol (MPG). Dieser alternative Polierschritt kann im Vergleich mit dem zuvor beschriebenen Prozess eine verbesserte Oberflächenpolierung auf kontrolliertere Weise erzielen.
Die in dem Polierschritt bei Oberflächen mit niedrigem Aluminiumgehalt verwendeten bevorzugten Säuremischungen können Phosphorsäure und vorwiegend Salpetersäure umfassen. Es wird nun sogar angenommen, dass die Phosphorsäure demzufolge als katalytische Komponente, und nicht, wie etwa der Salpetersäurebestandteil, als Hauptverbrauchsbestandteil verwendet wird. Der Polierschritt mit der Lösung EP4 kann auch bei etwa Raumtemperatur (–20°C) durchgeführt werden, doch ist zu vermerken, dass eine Variation in der Betriebstemperatur die Oberflächenbehandlungsschritte beschleunigen oder verlangsamen kann. Vorteilhafterweise verbrauchen die Bestandteile des Polierschritts sich langsamer, was zu einer geringeren Nachfüllhäufigkeit der Polierlösung führen kann.
Das Erfordernis einer Wechselstromzufuhr im elektrochemischen Polierschritt 6 wird optional, wenn die Kombination von Säuremischung und MPG die Oberfläche ausreichend poliert. Der Zwischenwäscheschritt 7, bei dem im oben beschriebenen Verfahren beispielsweise MPG verwendet wird, erübrigt sich ebenfalls und vorteilhafterweise kann es auch sein, dass etwaige "Waschflecken" aus dem zuvor beschriebenen Zwischenvorgang ebenfalls entfallen.
Eine Vielfalt von Prozessschritten mit bevorzugten Prozesslösungen und Betriebsbedingungen kann nun als Beispiele angegeben werden. Schritte 1 bis 4 können unterbleiben, obwohl in manchen Fällen ein Ätzschritt zur Vorbehandlung erforderlich sein kann, um eine etwaige äußere Schutzschicht von der Oberfläche zu entfernen.
Oberflächentexturierung
Schweres chemisches Strahlen

1. Aktivator CB2A 20–25 Sek.
2. Lösung CB1A 3–6 Min.
3. Lösung FRS2 2–2,5 Min. (unter intensivem Rühren)
4. Wasserwäsche

Mildes chemisches Strahlen

1. Aktivator CB2A 20–25 Sek.
2. Lösung CB3 3–6 Min.
3. Lösung FRS2 2–2,5 Min. (unter intensivem Rühren)
4. Wasserwäsche

Oberflächenpolieren

1. Chemisches Polieren in Lösung EP4 20–90 Sek.
2. Waschen in CW 10 15–45 Sek.
3. Wasserwäsche

Nachbehandlung

1. Passivieren (BPT1, Spannung je nach gewünschtem Effekt)
2. Wasserwäsche

3. Trocknen
Eine Versuchsanordnung
Ein Aufhellungsprozess wurde versuchsweise in einem 2000 ml Becherglas bei 20 bis 30°C in Lösung EP4 durchgeführt.
Das Bad wurde mit einem mechanischen Rührwerk gerührt und seine Temperatur aufgezeichnet.
In bestimmten Zeitabständen wurde die Leitfähigkeit des Bades gemessen und es wurden kleine Proben von EP4 zur späteren Analyse entnommen. Gewichtsverluste wurden an den Magnesiumversuchsplatten in regelmäßigen Zeitabständen gemessen ebenso wie die Austragmenge von EP4. Alle gemessenen Parameter wurden als Funktion der bearbeiteten kumulativen Flächen ausgewertet.
Die typische Versuchsplattenbearbeitung bestand aus folgenden Schritten:

1. Die Versuchsplatten waren Bleche aus Legierung AZ31 (Spectrolite) und 110 × 80 × 1,2 mm groß. Die jeweilige Gesamtfläche betrug 0,0176 m². Da die Platten für mehrere Durchgänge wiederverwendet wurden, ist für jede neu eingeführte Platte nur eine Vorbehandlung in verdünnter Salpetersäure angegeben.
2. Das Plattengewicht wurde genau bestimmt.
3. Die Platte wurde 2 Min. in EP4 poliert und 10 Sek. ablaufen gelassen.
4. Die Platte wurde 15 Sek. in 10% NaOH gewaschen.
5. Die Platte wurde 10 bis 15 Sek. in deionisiertem Wasser gewaschen, mit Heißluft getrocknet und erneut gewogen.

Die Helligkeit der fertigen Platten wurde überwacht und einige Platten wurden in Lösung BPT2 passiviert, um entweder Hochglanz-, Metalleffekt- oder Perlglanzausführung zur Bewertung des Prozesses zu erzielen.
Passivierte Platten wurden nach der Prüfung in verdünnter Salpetersäure abgestreift, bevor sie dem Prozess wieder zugeführt wurden.
Ergebnisse

1. Es wurden insgesamt 247 Versuchsplatten in dem Polierbad veredelt, ohne dass in diesem Zeitraum Chemikalien nachgefüllt wurden. Die bearbeitete Gesamtfläche betrug 4,488 m² oder 2,244 m²/l.
2. Das Versuchsende wurde als der Zeitpunkt festgesetzt, wenn die Metallentfernungsrate (MMR) auf weniger als 60 % der ursprünglichen Menge absank. 3. Alle Testplatten wurden bis zum Ende des Versuchs zufriedenstellend aufgehellt.
4. Nach dem Versuchsende wurde das Bad nachgefüllt, und die gemessenen Ergebnisse stimmten eng mit der Prognose überein.
5. Die Versuchsdaten passen zu dem Badbetriebsmodell. In dem Modell werden Bestandteilverbrauch und -austrag berücksichtigt.
6. Es wurden zufriedenstellende Verfahren für die Analyse von Magnesium, Gesamtsäure, MPG, Phosphat, Nitrat und MMR entwickelt.

Dieser Prozess erwies sich als fähig, bei feinkörnigem AZ31 Blech ausgezeichnete, sehr konsistente Ergebnisse zu erzielen.
Der Prozess ist unkompliziert, umfasst wenige Schritte und verwendet relativ kostengünstige Chemikalien und einfache, kostengünstige Anlagen und Ausrüstungen. Der Prozess lässt sich mit einfachen Laboruntersuchungen leicht bewältigen.
Das Bad lässt sich mit einer zweiteiligen Zugabemischung in periodischen Abständen leicht aufrechterhalten. Allgemeine Vorgehensweise (und Codes) für alle Ausführungen

1. Vorbehandlung(en) E

2. Oberflächentexturierung X

3. Oberflächenbehandlung S

4. Nachbehandlungen) Z

5. Färben (optional) C
Vorgehensbeispiele Vorbehandlungen E0 – Kein Vorbehandlungsschritt E1
E2
Beispiele von Oberflächentexturierung (CB) X0-Kein Oberflächentexturierungsschritt X1
X2
X3
Beispiele von Oberflächenbehandlungen S1
S2
S3
S4
Beispiele von Nachbehandlungen (Passivierung) T1 (Hell bzw. glänzend)
T2 (Metalleffekt)
T3 (Perlglanz)
Tabelle der Behandlungsbestandteile Vorgangcodes, siehe Tabelle unten.
Ergebnisse von Salzwassersprühtests (Korrosionstest) von behandelten Oberflächen
Salzwassersprühtests wurden mit nach den oben beschriebenen Verfahren für niedrigen Aluminiumgehalt aufgehellten oder polierten Proben von Blech- oder Strangpresswerkstücken aus Legierung AZ31 durchgeführt, um die Korrosionsbeständigkeit zu prüfen.
Probenvorbereitung
Die Proben wurden nach folgender Methode vorbereitet:
Liste der Proben

Versuchsergebnisse
Schlussfolgerungen aus den Korrosionsprüfungen
Die Korrosionsbeständigkeit von passivierten (BPT1) und pulverbeschichteten (optional) AZ31 Proben wurde getestet. Es wurden Spectrolite-Blech- und Strangpresswerkstücke in den Versuchen verwendet. Toleranz von Salzspray
Die relativ niedrige Korrosionsbeständigkeit von hell glänzender, passivierter Legierung AZ31 liegt vermutlich an ungleichmäßiger Pulverbeschichtung (Strangpresse) und geringer Plattendicke (0,8 mm Blech). Bei letzterem ergaben sich Korrosionszentren an den Probenrändern.
Aspekte der vorliegenden Erfindung wurden lediglich als Beispiele erläutert und es versteht sich, dass Änderungen und Zusätze vorgenommen werden können, ohne vom in den anliegenden Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZUSAMMENFASSUNG
OBERFLÄCHENBEHANDLUNG VON MAGNESIUM UND SEINEM LEGIERUNGEN
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen von Oberflächen auf Magnesium oder Magnesiumlegierungen, wie offengelegt. Es werden Verfahren offengelegt, die zum Polieren und/oder Aufhellen von Magnesiumwerkstücken sowohl mit hohem als auch mit niedrigem Aluminiumgehalt (13) geeignet sind. In jedem der Verfahren wird die Oberfläche poliert (Schritt 6) und dann passiviert (Schritt 9). Mit den offengelegten Verfahren ist es möglich, Aspekte des Aussehens soweit zu kontrollieren, dass beispielsweise eine helle, glänzende Oberfläche eines Magnesium- oder Magnesiumlegierungsgegenstandes (13) erzielt wird, die sowohl dauerhaft als auch korrosionsbeständig ist. Es ist außerdem möglich, der Oberfläche mit optionalen Schritten (Schritt 5) eine vorgegebene Textur zu verleihen.
(1)

Claims

Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche, das folgende Schritte umfasst: i) Polieren der Oberfläche, und ii) Passivieren der polierten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polierschritt durch ein chemisches Polieren und/oder elektrochemisches Polieren erfolgt, während die Oberfläche in eine Polierzusammensetzung von einem oder mehreren der folgenden Bestandteile eingetaucht ist: Phosphorsäurelösung, Monopropylenglykol, Äthylenglykol und Salpetersäure.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem einen ersten Schritt zur Vorbehandlung der Oberfläche zum Entfernen von Oberflächenverunreinigungen umfasst.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorbehandlungsschritt ein chemisches Ätzen der Oberfläche und/oder Entfetten der Oberfläche umfasst.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Oberflächenverunreinigungen im Vorbehandlungsschritt entfernt werden, indem die Oberfläche mit einem oder mehreren Entfettungsbestandteilen, wie etwa Natriumhydroxid, in Kontakt gebracht wird.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bestandteil zum chemischen Ätzen eine Salpetersäurelösung und/oder Phosphorsäure ist.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Polieren und/oder elektrochemische Polieren Oberflächenschichten entfernt und/oder mikroskopische Erhebungen auf der Oberfläche vermindert.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische Polieren eine galvanische Elektrolyse ist.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Prozess des Weiteren die Zufuhr einer äußeren Spannung auf die Oberfläche umfasst.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem elektrochemischen Polieren ein stagnationshemmendes Mittel für Elektrolyt verwendet oder eine Wechselstromspannung auf den die Oberfläche enthaltenden Elektrolyt aufgebracht wird.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das stagnationshemmende Mittel für Elektrolyt ein Elektrolytrührwerk und/oder ein Mittel zur Erzeugung von Ultraschallwellen ist.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Polierschritt eine Zwischenwäsche folgt, bei der die chemische und/oder Elektrolytlösung zumindest teilweise von der Oberfläche entfernt wird.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwäsche in einer Zusammensetzung erfolgt, welche Monopropylenglykol und/oder Äthylenglykol enthält.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Polierschritt eine alkalische Wäsche folgt.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Zwischenwäsche eine alkalische Wäsche folgt.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der alkalischen Wäsche Säuren im Wesentlichen neutralisiert und/oder Aluminium, Mangan oder Zink im Wesentlichen von der Oberfläche entfernt werden.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalische Wäsche in einer Natriumhydroxid enthaltenden Zusammensetzung erfolgt.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Passivierschritt einen im Wesentlichen korrosionsbeständigen und/oder wasserunlöslichen Oberflächenüberzug bzw. -film ergibt.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser im Wesentlichen korrosionsbeständige und/oder wasserunlösliche Oberflächenüberzug bzw. -film ein Phosphatsalzüberzug bzw. -film ist.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung im Passivierschritt variiert wird, um die Dicke des im Wesentlichen korrosionsbeständigen und/oder wasserunlöslichen Oberflächenüberzugs bzw. -films zu verändern.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine inorganische Werkstoffbeschichtung oder -versiegelung auf den im Wesentlichen korrosionsbeständigen und/oder wasserunlöslichen Oberflächenüberzug bzw. -film aufgetragen wird.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die inorganische Werkstoffbeschichtung oder -versiegelung im Wesentlichen transparent ist und/oder im Wesentlichen zumindest einigen Schutz gegen mechanisch induzierte Beschädigung bietet.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die inorganische Werkstoffbeschichtung oder -versiegelung eine Zusammensetzung auf Silikonbasis, wie etwa Dinatriummetasilikat, und ein Polyacrylamid-Koagulans in deionisiertem Wasser ist.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Passivierschritt und/oder den Schritt zum Auftragen der inorganischen Werkstoffbeschichtung oder -versiegelung ein Oberflächentrocknungsschritt folgt.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, das die folgenden Vorbehandlungsschritte einschließt: a. Eintauchen der Oberfläche in eine Lösung auf Eisenbasis, b. Aktivieren der Oberfläche mit der Lösung auf Eisenbasis, wobei diese Lösung auf Eisenbasis reduziert wird und dadurch Eisen auf der Oberfläche ablagert, c. Ätzen der Oberfläche mit einer Ätzzusammensetzung, zur Modifizierung der aktivierten Oberflächenschicht, d. Abstreifen der Eisenablagerungen von der Oberfläche mit einer Eisenentfernungszusammensetzung und e. Waschen der Oberfläche, um auf der Oberfläche verbleibende Zusammensetzungen im Wesentlichen zu entfernen.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktivator eine aus folgender Liste ausgewählte Lösung ist: Ferrichlorid, Hydrochlorsäure, Ammoniumbifluorid und Ammoniumbromid.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Ätzzusammensetzung aus folgender Liste ausgewählt wird: Ferrichlorid, Ferrichlorid- und Phosphorsäurelösung oder eine reduzierte Lösung von Ferrichlorid und Phosphorsäure.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Eisenentfernungszusammensetzung aus den folgenden ausgewählt wird: Salpetersäure und Natriumborat in Lösung oder Salpetersäure und Phosphorsäure in Lösung.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Waschen der Oberfläche mittels einer Wasserwäsche oder einer alkalischen Wäsche erfolgt.
Verfahren zum Polieren und/oder Aufhellen einer Magnesium- oder Magnesiumlegierungsoberfläche im Wesentlichen wie vorangehend beschrieben und unter Bezugnahme auf eine beliebige der beiliegenden Zeichnungen.
Oberfläche aus Magnesium oder Magnesiumlegierung, die nach dem vorangehend im Wesentlichen beschriebenen Verfahren und unter Bezugnahme auf eine beliebige der beiliegenden Zeichnungen poliert oder aufgehellt wurde.