DE1069449B

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Publication number: DE1069449B
Application number: DENDAT1069449D
Authority: DE
Publication date: 1959-11-19

Description

Haftgrundlage für Email-Schichten auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen Es ist bereits bekannt und üblich, auf Oberflächen von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen Email-Überzüge dadurch aufzubringen, daß die Metalloberfläche dieser Werkstücke nach einer Vorreinigung durch Entfetten und Beizen zur Erhöhung der Haftfestigkeit dieser Überzüge entweder einer chemischen oder elektrochemischen oxydativen Behandlung unterworfen wird und daß auf die so vorbereitete Oberfläche diese Überzüge mehrschichtig in Form eines Grundemails und mindestens eines Deckemails aufgebracht werden, wobei das Einbrennen der Grund- und Deckemail-Überzüge bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt wird, und zwar derart, daß das Grundemail bei höheren Temperaturen als das Deckemail eingebrannt wird.
Erfindungsgemäß ist es gelungen, bei der Aufbringung von Email-Überzügen auf Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen wesentliche Vereinfachungen und gleichzeitig Verbesserungen in der Qualität der Überzüge dadurch zu erreichen, daß als Haftgrundlage für die Emailschichten eine Böhmitschicht verwendet wird, die auf die Oberfläche so zu behandelnder Werkstücke nach der in üblicher Weise durchgeführten Entfettung aufgebracht wird. Auf eine solche aus Aluminiummonohydroxyd bestehende Schicht kann nunmehr in einem einmaligen Brennvorgang eine Emailschicht erzeugt werden. Diesem vorzugsweise einschichtigen Email-Überzttg können außerdem vor dem Aufbrennen gleichzeitig Farbkörper zugegeben werden, um auf diese Weise eine Schicht gewünschten Aussehens zu erhalten. -Naturgemäß ist es möglich, auf diese Schicht noch weitere Schichten aufzubringen.
Es ist bekannt, auf Oberflächen von Werkstücken aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen Böhmitschichten aufzubringen, wenn eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit derselben oder eine gute Verankerungsgrundlage für Anstrichlacke und Farbüberzüge angestrebt wird. Es ist bisher jedoch noch nicht vorgeschlagen worden, solche Böhmitschichten als Haftunterlage für Email-Überzüge zu verwenden.
Nach den bisherigen Kenntnissen unterscheidet man für den Haftmechanismus von Glas (Email) an Metallen drei verschiedene Typen: 1. Das Email haftet auf einer zerklüfteten, z. B. durch Sandstrahlen behandelten Metalloberfläche infolge rein mechanischer Verzahnung.
2. Eine Oxydschicht bildet das Haftmittel zwischen Glas und Metall.
3. Auch ohne Oxydschicht kann das Glas an solchen Metallen haften, die Sauerstoff lösen oder eindiffundieren lassen.
Im Falle der Erfindung liegt keine der bisher bekannten Haftunterlagen vor, vielmehr handelt es sich bei der durch die Vorbehandlung erzeugten Haftschicht um ein kristallisiertes Hydroxyd (Böhmit), das sich strukturell wesentlich von den Oxyden unterscheidet. Hierdurch wird vermutlich der erfindungsgemäße Fortschritt bedingt, daß bereits einschichtig aufgebrachte Email-Überzüge den Anforderungen genügen, die nach den üblichen Prüftesten an emaillierte Oberflächen überhaupt gestellt werden müssen. Die erfindungsgemäß aufgebrachten Schichten weisen einen einheitlichen Glasfluß auf, der je nach der verwendeten Fritte matt bis hochglänzend ausfällt, während sonst bei den bisher bekannten mehrschichtigen Email-Überzügen ein Grundemail noch eine rauhe Oberfläche aufweist und erst die Auftragung von Deckemail mit erneutem Brennen den endgültigen glasigen Zustand des Emails liefert.
Es wurden die Haftfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäß erhaltenen Emailschicht untersucht und dabei festgestellt, daß diese Schicht mindestens dieselbe Haftfestigkeit und Beständigkeit aufweist wie die bisher nach dem bekannten Mehrschichtverfahren hergestellten Überzüge, sie vielfach aber noch in der Hinsicht übertrifft. Eine solche Wirkungsweise der als Verankerungsgrundlage für Emailschichten dienenden Böhmitschicht war nicht vorauszusehen und geht weit über das bisher Bekannte hinaus. Eine Verwendung von Böhmitschichten hat somit neben dem Vorteil der auf einfache Weise durchzuführenden Vorbehandlung der Oberfläche von Aluminium und Aluminiumlegierungen den weiteren Vorteil der Vereinfachung des Emaillierverfahrens an sich.
Von den bekannten Herstellungsverfahren für die Böhmitschichten hat sich die Behandlung unter nassem Dampf als die zweckmäßigste erwiesen, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, daß während dieser Behandlung der größte Teil der porösen yL-Schicht*) in den schwerlöslichen ys-Böhmit umgewandelt wird. Als günstigste Schichtdicke für die Böhmitschicht hat sich eine solche von 1 bis 8 p, vorzugsweise von 5 @" erwiesen. Als Behandlungsdauer sind mindestens 5 Stunden erforderlich.
Es wurde festgestellt, daß sich die Wirkungsweise der Böhmitschicht mit zunehmender Alterung erhöht. Insbesondere äußert sich die verbesserte Wirksamkeit derselben in einem erhöhten Glanz des Email-Überzuges. Die besten Ergebnisse wurden erhalten bei Böhmitschichten, die 2 bis 8, insbesondere 5 Tage alt waren, so daß auf diese Weise auch eine gewisse Vorratshaltung von vorbehandeltem Material möglich ist.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung einer Böhmitschicht als Haftgrundlage für Email-Überzüge eignen sich als Fritten in bekannter Weise insbesondere solche, deren Schmelzpunkt zwischen 540 und 580' C liegt und deren Ausdehnungskoeffizient mit dem des zu überziehenden Aluminiumwerkstoffes annähernd übereinstimmt. Gute Ergebnisse lassen sich bekanntlich mit N atriumsilikatgläsern erzielen. Als günstigste Schichtdicke für die eingebrannten Email-Überzüge hat sich eine solche von 20 bis 40[t, vorzugsweise 30 g, erwiesen. Die Einbrenndauer ist von der Dicke des zu emaillierenden Werkstückes und der Zusammensetzung des Werkstoffes abhängig. Beispiel 1,5 mm dicke Bleche aus einer Al Mn-Legierung wurden nach dem Entfetten mit einer 10%igen alkalischen Spezialentfettungslösung von 50 bis 60' C «-ährend 10 bis 30 Sekunden und anschließender Wässerung mit einer Böhmitschicht überzogen, die durch Aufhängen der Bleche in Wasserdampf in einem geschlossenen Gefäß während 5 Stunden aufgebracht wurde. Danach wurden die Bleche an der Luft bei 105° C getrocknet.
Die trockenen Bleche wurden mit einem aufbereiteten Emailschlicker aus Natriumborsilikat-Fritte, z. B. folgender Zusammensetzung Pb O .............................. 18°/o Nag O ............................. 12% Lit O .............................. 4 0/0 K20 .............................. 80/0 Sn O. .............................. 5% Zn O ............................... 80/0 A12 Oa ............................. 4% B2 O3 .............................. 14% S'02 .............................. 12% Ti 02 .............................. 5% P" O5 .............................. 10% *) Näheres über Böhmit-Schichten siehe: »Aluminiumtaschenbuch«, Herausgeber: Aluminiumzentrale e. V. Düsseldorf -11. Auflage (1955), S. 568 ff. der je nach Wunsch noch färbende Oxyde zugesetzt sein können, entweder: durch Aufspritzen oder durch Tauchen in eine Dicke von etwa 80 #t überzogen. Nach vorsichtiger Trocknung wurden die Bleche bei der vollen Ofentemperatur zwischen 540 und 580' C eingesetzt und der Überzug während 10 Minuten gebrannt.
Diese so erhaltenen emaillierten Bleche wurden folgenden Untersuchungen unterworfen: 1. Beschleunigter Abspringtest Die Prüfung in 50/0iger Ammoniumchloridlösung bei Zimmertemperatur während 96 Stunden ergab einen fehlerfreien Überzug.
2. Schlagfestigkeitsprüfung Hammerschläge auf die emaillierten Proben verformten zwar die Metallunterlage, ohne daß jedoch die Emailschicht absprang.
3. Korrosionsprüfung a) Die Proben wurden einer Rühr-Korrosionsprüfung in oxydischer Kochsalzlösung (3(1/o Na C1 +0,1% H202) bei 20' C unterworfen. Nach 28tägiger Prüfung war keine Änderung des Oberflächenaussehens eingetreten.
b) Die Proben wurden ferner der Einwirkung von 20%iger Salpetersäure bei 40° C während 21 Tagen ausgesetzt, ohne daß ebenfalls eine Änderung des Email-Überzuges eingetreten war.
Die sonst zur Entemaillierung verwendete Behandlung war also bei den erfindungsgemäß behandelten Proben wirkungslos.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung einer Böhmitschicht als Haftgrundlage für das Aufbringen einer Emailschicht auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen durch vorzugsweise einschichtiges Einbrennen.
2. Verwendung einer Böhmitschicht in einer Dicke von 1 bis 8 [, vorzugsweise 5 u, als Haftgrundlage gemäß Anspruch 1.
3. Verwendung einer unter nassem Dampf erzeugten Böhmitschicht als Haftgrundlage gemäß den Ansprüchen 1 und/oder 2.
4. Verwendung einer durch mindestens 5stündige Einwirkung von nassem Dampf erzeugten Böhmitschicht gemäß Anspruch 3.
5. Verwendung einer 2 bis 3 Tage, vorzugsweise 5 Tage alten Böhmitschicht als Haftgrundlage gemäß den Ansprüchen 1 bis 4.
6. Verwendung einer Böhmitschicht als Haftgrundlage gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 für eine Emailschicht, die nach dem Brennen eine Schichtdicke von 20 bis 40 #t, vorzugsweise 30 #t, besitzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 965 715; »Aluminium«, 1955, S. 10 bis 14, und 1957, S. 783 bis 90; »Silikattechnik«, 1954, S. 462 bis 464.