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Verfahren zur Erzielung einer gleichmäßigen Graufärbung von bestimmt
einstellbarer Grautönung an aushärtbaren Aluminiumlegierungen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren, durch dessen Anwendung es gelingt, aushärtbaren Leichtmetallegierungen
eine Graufärbung zu verleihen, ohne dabei besondere Einfärbungen vornehmen zu müssen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf Legierungen, die aus 4 bis 13 0/0
Silizium, 0,3 bis 1,5% Magnesium, 0,01 bis 0,4% Mangan, 0,05 bis 0,5% Eisen, bis
zu je 0,2% Chrom, Titan, Bor und Zirkonium einzeln oder gemeinsam, Rest Aluminium
bestehen und die zu Halbzeug spanlos verformt sind, das einer anodischen Oxydation
unterworfen worden ist und das gegebenenfalls ein Lösungsglühen mit nachfolgender
Abkühlung und eine Auslagerung erfahren hat.
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Es ist bereits vermutet worden, daß die Stärke der Graufärbung mit
der Höhe des Siliziumgehaltes zusammenhängt. Daher ist es notwendig, den Siliziumgehalt
der Legierungen je nach dem gewünschten Grauton in weiteren Grenzen zu variieren.
Die Durchführung eines solchen Verfahrens ist jedoch nicht immer wirtschaftlich.
Daher hat die Fachwelt auch nach anderen Lösungen gesucht, um den Grauton je nach
Bedarf verschieden einstellen zu können.
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überraschenderweise hat es sich herausgestellt, daß es gelingt, den
Grauton auch dadurch zu variieren, daß die ausgeschiedenen Siliziumkristalle im
gekneteten Halbzeug in ihrer Feinheit unterschiedlich ausgebildet werden. Bei gleichbleibender
Zusammensetzung ändert sich der Grauton mit steigendem Korndurchmesser der Siliziumkristalle
von Dunkelgrau nach Hellgrau bis Silbergrau. Korndurchmesser von 1 bis 3 [, in dem
Endprodukt liefern bei gleichartiger anodischer Behandlung einen dunkelgrauen Farbton
gegenüber einem mittelgrauen bei Korndurchmesser von 3 bis 8 #t und einen silbergrauen
bei 8 lt. Die Änderung der Korngröße der Siliziumkristalle geschieht durch kornverfeinernde
Zusätze, und zwar Alkalimetalle, insbesondere durch Natrium, während die Größe des
Erstarrungsgefüges durch Zusätze an Titan, Bor, Zirkonium in der gewünschten Weise
beeinfiußt wird. Es können also auch Kombinationen dieser verschiedenen Mittel Verwendung
finden.
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Die Alkalimetalle, wie z. B. Natrium, sind sowohl in Form des reinen
Metalls als auch als Salze oder Salzgemische anwendbar. Zu beachten hierbei ist
das Ausbrennen eines Teiles dieser Zusätze, so daß nur ein Teil, der sogenannte
wirksame Anteil, für die Einstellung der Korngröße der Siliziumkristalle bestimmend
ist. Natrium wird erfindungsgemäß in Mengen von 0,002 bis 0,07% einlegiert. Beispielsweise
haben sich folgende Zusatzmengen von Natrium für die verschiedenen Korngrößen der
Kristalle als zweckmäßig erwiesen:
Wenn, der Abbrand berücksichtigt wird, kommen für die wirksamen Natriumanteile in
% in Frage:
| Wirksamer Natriumanteil Größe der Siliziumkristalle |
| in olo |
| 0,002 bis 0,004 grob, größer als 8 lt |
| 0,004 bis 0,008 mittel, 3 bis 8 1, |
| 0,010 bis 0,015 fein, 1 bis 3 u, |
Statt der Alkalimetalle können auch ternäre Gemische von Natriumfluorid, Natriumchlorid
und Kaliumchlorid Anwendung finden. Für den Fall der Benutzung der Salze lautete
dann die Regel:
| Salzanteil in o% Größe der Siliziumkristalle |
| des Schmelzgewichtes |
| 1,1 bis 1,4 grob, größer als 8 [ |
| 1,4 bis 1,6 mittel, 3 bis 8 u |
| 1,6 bis 2,0 fein, 1 bis 3 u |
Es besteht ferner die Möglichkeit, eine Kombination zwischen einer
Metall- und Salzbehandlung zu benutzen unter Berücksichtigung des jeweils notwendigen
wirksamen Anteils an Alkalimetallen. Wird ein hoher Siliziumgehalt von 10 bis 1311/o
gewählt, so gelingt es, eine besonders gleichmäßige Verteilung der Siliziumkristalle
innerhalb des Eutektikums zu erreichen, wenn außer dem wirksamen Alkalimetall noch
0,00015 bis 0,00020% Phosphor zugesetzt wird. Das Einbringen des Phosphors geschieht
vorteilhaft in Form von Phosphorpentachlorid (PC15) oder in Form einer Vorlegierung.
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Die in der vorerwähnten Weise behandelte Schmelze läßt man zweckmäßig
10 bis 20 Minuten abstehen, um sie dann in an sich bekannter Weise zu Preßblöcken
im Strang oder auch in gewöhnlicher Kokille zu vergießen.
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Zusammenfassend besteht also das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung
der eingangs genannten Legierungen darin, daß die geschmolzenen Legierungen mit
Alkalimetallzusatz in bestimmten Mengen, vorzugsweise mit Natrium in Mengen von
0,002 bis 0,07%, wobei höhere Zusätze dunklere Graufärbung ergeben, und bei einem
Siliziumanteil über 10% zweckdienlich noch mit Phosphor in Mengen von 0,00015 bis
0,000200%o behandelt werden.
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Es ist bekannt, die Kornfeinung bei den betreffenden Legierungen mittels
Bor- und Titanzusätzen vorzunehmen. Allgemein ist in diesem Zusammenhang zunächst
darauf hinzuweisen, daß das Erstarrungsgefüge einer Aluminiumlegierung in seiner
Größe von der Keimzahl bei der Erstarrung und der Erstarrungsgeschwindigkeit abhängt.
Je geringer die Keimzahl ist und je langsamer die Erstarrung verläuft, um so größer
werden die primär ausgeschiedenen Aluminiumkristalle. Ein bekanntes Mittel, die
Größe der primär ausgeschiedenen Aluminiumkristalle zu verringern, ist die Vergrößerung
der Keimzahl, welche in bekannter Weise durch Zusätze von beispielsweise Bor und
Titan erzielt wird. Vergleichsversuche haben ergeben, daß durch den Zusatz von Titan,
Bor oder Titan und Bor die Kornzahl der primär ausgeschiedenen Aluminiumkristalle
merklich erhöht wird. Dies entspricht dem bekannten Kornverfeinungseffekt dieser
Zusätze. Dagegen wird die Ausbildung der Siliziumkristalle durch Bor und Titan kaum
oder nur geringfügig verändert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Graufärbung
lediglich von der Größe der Siliziumkristalle abhängig, und sie wird grundsätzlich
nur durch den Natriumzusatz gesteuert. Sehr fein verteilte Siliziumkristalle mit
einem geringen Korndurchmesser ergeben dunkelgraue Farbtöne mit einer hohen Lichtabsorption.
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Bekanntlich ist es auch üblich, vor oder nach dem Verknetvorgang zu
homogenisieren oder lösungszuglühen. Durch diese Vorgänge wird im allgemeinen das
Ergebnis der Graufärbung verschlechtert, da Glühoperationen eine Koagulierung, d.
h. eine Kornvergrößerung der Siliziumkristalle bewirken.
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In der nachstehenden Tabelle sind die Vorgänge an Hand der gemessenen
Lichtabsorptionswerte im verkneteten Zustand dargelegt.
In der Gruppe A ergibt sich, daß verknetetes Halbzeug mit 5% Silizium ohne jeglichen
Zusatz nach der Anodisierung eine Lichtabsorption von 36% erreicht, d. h., daß im
wesentlichen ein silbergrauer Ton entsteht, der ungleichmäßig ist und sogenannte
Fiederstruktur aufweist. Der Zusatz von 0,1% Titan, 0,01% Bor oder beide Elemente
gemeinsam ergeben hinsichtlich der Graufärbung keine wesentliche Änderung. In der
Gruppe B zeigt sich, daß eine durch Titan und Bor korngefeinte AlSi-Legierung durch
eine Glühung bei 480° C vor dem Verkneten eine Aufhellung des Grautons erfährt,
wobei die Lichtabsorption mit steigender Glühdauer abnimmt. Ein ähnlicher Effekt
tritt auch bei dem Glühen nach dem Verkneten auf. In der Gruppe C erkennt man, daß
ein Natriumzusatz von 0,04% nach dem Verkneten eine sehr hohe Lichtabsorption von
951/o ergibt, also weit über dem Wert, der bei Zugabe von Bor oder Titan einzeln
oder gemeinsam auftritt. Setzt man zu dem Natriumzusatz noch Titan oder Bor zu,
so wird dieses gute Ergebnis nur geringfügig verschlechtert. Der Absorptionswert
sinkt auf 921/o ab.
Eine merkliche Verschlechterung der Lichtabsorption
tritt jedoch durch ein Glühen bei 480° C vor oder nach der Verknetung auf, wobei
mit steigender Glühdauer die Lichtabsorption erheblich absinkt. In Gruppe D wird
gezeigt, daß durch die Variation des Natriumzusatzes die Lichtabsorption gesteuert
werden kann, indem die Teilchengröße der Siliziumkristalle mit abnehmendem Natriumgehalt
zunimmt.
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Hierdurch ist klar ersichtlich, daß der Natriumzusatz sich maßgeblich
auf die Größe der Lichtabsorption und damit auf die Graufärbung auswirkt, und zwar
in einem wesentlich höheren Maße, als das durch sogenannte Kornfeinungsmittel, wie
Titan und Bor, der Fall ist, die sich hauptsächlich nur auf die Größe der Primärkristalle
auswirken.
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Es hat sich weiterhin im Rahmen der Erfindung überraschenderweise
herausgestellt, daß anodisierte Halbzeuge mit einer in der vorbeschriebenen Weise
geregelten Korngröße der Siliziumkristalle eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
gegenüber schwefelhaltigen Gasen (SOS), Kohlensäure (CO.,) und chloridhaltigen Lösungen
(Meerwasser) aufweisen. Insbesondere neigen derartige Halbzeuge nicht zu dem gefürchteten
Lochfraß.
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Es wurde weiterhin gefunden, daß die Legierungen, die erfindungsgemäß
verarbeitet worden sind und einen etwas höheren Siliziumgehalt bis 13% aufweisen,
dann eine sehr hohe Verschleißfestigkeit erhalten, wenn die Korngröße der Siliziumkristalle
unter 10 « liegt. Es wurde dies besonders dann beobachtet, wenn der reibende Gegenwerkstoff
aus Gummi, Leder oder einem Kunststoff besteht und gegebenenfalls auch noch staubförmige
Teile als zusätzliche Reibmittel vorhanden sind.
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Für gewisse Bauteile wird häufig ein dunkelgrauer Ton des anodisch
oxydierten Teils gefordert. Zur Erlangung desselben soll die Korngröße nach der
vorliegenden Erkenntnis zwischen 1 und 5 u betragen, im Mittel etwa 3 u. Da die
primäre Korngröße der Siliziumkristalle sich durch den Knetvorgang, wie er zur Herstellung
von Halbzeugen, wie Stangen, Rohren, Voll- oder Hohlprofilen, Bändern und Blechen,
angewendet wird, nicht wesentlich ändert, ist es zweckmäßig, bereits in dem Ausgangsmaterial,
d. h. schon in dem Gußbarren, die gewünschte Korngröße einzustellen, also nach der
erfindungsgemäßen Regel zu verfahren. Die Barren werden danach in der üblichen Form
zu Halbzeug verknetet, anschließend einer Wärmebehandlung unterworfen, die aus einem
Lösungsglühen zwischen 480 und 550° C mit nachfolgender Abkühlung, die sowohl in
Wasser als auch in Luft vorgenommen werden kann, besteht. Danach ist es zweckmäßig,
entweder eine Kaltauslagerung bei Temperaturen zwischen 0 und 50° C oder auch ein
mehrstündiges Anlassen bei Temperaturen zwischen 120 und 170° C anzuschließen. In
jedem der einzelnen Arbeitsstadien können Kaltverformungen vorgenommen werden. Abschließend
sind die Profile zu anodisieren, also mit der gewünschten Oxydschicht von 6 bis
30 u zu versehen und in bekannter Weise nachzudichten.
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Ausführungsbeispiele 1. Eine Probe einer Legierung, die aus 4,3 %
Silizium, 0,5%. Magnesium, 0,1% Mangan, 0,3% Eisen, 0,01% Titan, 0,01% Chrom, 0,01%
Bor, Rest Aluminium besteht, ist durch den Zusatz von 0,055 0/0 metallischem Natrium
kornverfeinert und weist eine Korngröße der Siliziumkristalle von im Durchschnitt
1 bis 2 u auf. Nach der anodischen Behandlung zeigt sich eine satte Graufärbung.
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2. Wenn einer Legierung, die aus 7'% Silizium, 0,7% Magnesium, 0,1%
Mangan, 0,25% Eisen, 0,01% Titan, 0,01% Chrom, Rest Aluminium zusammengesetzt ist,
0,009% metallisches Natrium zugesetzt wird, entstehen Siliziumkristalle mit einer
Korngröße von 3 bis 6 u. Der nach der anodischen Oxydation auftretende Farbton ist
dunkelgrau.
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3. Wenn von einer Aluminiumlegierung, die 7,50/a Silizium, 0,6% Magnesium,
0,1% Mangan, 0,2% Eisen, 0,01% Titan, Rest Aluminium ausgegangen und ihr 0,006 %
metallisches Natrium zulegiert wird, stellt sich nach der anodischen Oxydation eine
Korngröße von 6 bis 10u und damit ein mittelgrauer Farbton ein.
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4. Eine Probe aus einer Legierung, die 12,5% Silizium, 0,81/o Magnesium,
0,1% Mangan, 0,3% Eisen, 0,01% Titan, Rest Aluminium aufweist, erscheint silbergrau,
wenn 0,02% metallisches Natrium und 0,00015% Phosphor zugesetzt wird. Die Sili--7iumkristalle
haben einen Durchmesser von über 10 ut.