DE1281686B

DE1281686B - Gegenstand aus einer ausgehaerteten AlMgSi-Knetlegierung mit einem glasartigen Emailleueberzug

Info

Publication number: DE1281686B
Application number: DEA42799A
Authority: DE
Inventors: Paul Francis Wallace
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1962-04-05
Filing date: 1963-04-03
Publication date: 1968-10-31
Also published as: US3149001A; GB979159A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C 22c

Deutsche Kl.: 40 b-21/02

Nummer: 1281 686

Aktenzeichen: P 12 81 686.3-24 (A 42799)

Anmeldetag: 3. April 1963

Auslegetag: 31. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstand aus einer homogenisierungsgeglühten und ausgehärteten AlMgSi-Knetlegierung mit einem nach einer Oberflächenvorbehandlung aufgebrachten, im wesentlichen nicht absplitternden glasartigen Emailleüberzug. Erhebliche Mühen wurden für Entwickeln von zum Überziehen von Gegenständen aus Aluminium und seinen Legierungen geeigneten Emailleansätzen aufgewendet, deren Schmelzpunkt unterhalb desjenigen der zu emaillierenden metallischen Grundwerkstoffe liegen muß. Auch muß die aufgebrachte Emailleschicht fest anhaften, da sie sonst leicht absplittert.

Trotz intensiver Forschungsarbeiten über die Eignung von warmaushärtbaren, leicht verarbeitbaren, relativ hochschmelzenden Aluminiumlegierungen als Unterlage für einen nicht absplitternden glasartigen Emailleüberzug treten z. B. bei einer Legierung vom —- Magnesiumsilicidtyp mit ihrem hohen Schmelzpunkt, ihrer leichten Verarbeitbarkeit und mechanischen Festigkeit Probleme hinsichtlich dauerhafter Haftung der Emaille unter korrodierenden Bedingungen insbesondere bei stranggepreßtem Halbzeug auf.

Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines aus einer insbesondere leicht verpreßbaren Aluminiumlegierung bestehenden und hohe mechanische Festigkeit aufweisenden Gegenstandes mit einem glasartigen und im wesentlichen nicht absplitternden Emailleüberzug. Bekannt ist eine Aluminiumlegierung mit 0,1 bis 6% Magnesium und 0,2 bis 6% Silizium, ohne daß ein Hinweis auf einen bestimmten Gehalt an Mg₂Si unter Berücksichtigung eines besonderen Siliziumüberschusses gegeben wird.

Der Gegenstand gemäß der Erfindung besteht aus einer homogenisierungsgeglühten und ausgehärteten AlMgSi-Knetlegierung mit einem nach voremaillierender Oberflächenbehandlung aufgebrachten im wesentlichen nicht absplitternden glasartigen Emailleüberzug und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 0,1 bis 0,4% Nickel, 0,3 bis 1,0% Magnesium, 1,0 bis 2,2% Silizium, wobei Magnesium und Silizium in solchen Mengen vorhanden sind, wie zur Bildung von 0,5 bis 1,6% Mg₂Si erforderlich sind, zuzüglich eines Silizium Überschusses von mindestens 0,8% und höchstens 1,6 %, maximal 0,25 % Eisen, je 0,03 % ^O Mangan und Chrom, 0,05% Zink, 0,1% Titan, Rest CO Aluminium, besteht.

^ Die geringe Menge Nickel begünstigt erheblich die """i Haftung des glasartigen Emailleüberzuges ohne jed-CO wede Beeinträchtigungen anderer Eigenschaften.
^ Eine voremaillierende Oberflächenbehandlung ist ^rH für die Legierung unerläßlich; die Bedingungen für E—< diese und die Anteilverhältnisse der Elemente bzw. Gegenstand aus einer ausgehärteten
AlMgSi-Knetlegierung mit einem glasartigen
Emailleüberzug

Anmelder:

Aluminium Company of America,

Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

ίο Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke und Dipl.-Ing. H. Agular,

Patentanwälte,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 2
, ,

Als Erfinder benannt:

Paul Francis Wallace,

New Kensington, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 5. April 1962 (185 214) - -

die Überschußmenge des Siliziums müssen für die Erzielung der gewünschten Eigenschaften, besonders im Hinblick auf die Verhinderung des Absplitterns des Emailleüberzuges, sorgfältig eingehalten werden.

Innerhalb enger Grenzen beeinflussen Nickel und Silizium die Haftung des Emailleüberzuges an dem Gegenstand erheblich. Bei Gegenwart von weniger als 0,1 % Nickel wird die Absplitterungsbeständigkeit kaum verbessert, bei mehr als 4% auch nicht die Haftung, jedoch wird die Korrosionsbeständigkeit verringert.

Es können auch Beimengungen, wie kornverfeinernde Elemente, z. B. besonders 0,2 bis 0,5 % Kupfer, ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften des Werkstoffs innerhalb bestimmter Grenzen zugegen sein. Beispielsweise sollen Mangan und Chrom 0,03 % und Zink 0,05 % nicht überschreiten und kann Titan bis zu 0,1% zugegen sein. Die Legierung soll also relativ rein sein; sie kann nach jedem üblichen Verfahren warm oder kalt verarbeitet werden, im letzten Falle wie andere Legierungen des Al-Mg₂Si-Typs, und läßt sich wie dieselbe Legierung ohne Nickel leicht verpressen und abwälzen.

Die erstrebte hohe Festigkeit erhält man durch Lösungsglühen der Legierung bei Temperaturen oberhalb 510⁰C und Abschrecken auf eine viel niedrigere Temperatur, gewöhnlich Raumtemperatur.

809 629/1208

Wenn auch das Lösungsglühen nach dem Einbrennen erfolgen kann, ist es zweckmäßig, das Einbrennen und Lösungsglühen zu kombinieren, da sich die Temperaturen für diese Behandlungsstufen überschneiden.

Bei gleichzeitigem Einbrennen und Lösungsglühen soll der emaillierte Gegenstand ohne Schädigung des Überzuges so rasch wie möglich abgekühlt werden. Bei einem zweistufigen Aufbringen der Emaille mit Grund- und Deckschicht genügt ein Abschrecken nach dem zweiten Einbrennen.

Vor dem Emaillieren soll die Oberfläche gereinigt und nach hierfür bekannten chemischen Arbeitsweisen vorbehandelt werden, wie z. B. mit einem sauren Reduktionsmittel und chromathaltigen Lösungen, mit oder ohne nachfolgendem Einbrennen.

Geeignete glasartige Emaillen sind im allgemeinen die niedrigschmelzenden handelsüblichen Arten von Bleiborsilikat oder bleifreiem Phosphat und Silikat, welche bei Temperaturen zwischen 454,4° C und 560° C so eingebrannt werden können; sie werden in einen Schlicker übergeführt und auf den Gegenstand in jeder üblichen Weise, wie durch Besprühen, Aufstreichen, Tauchen oder Schablonieren je nach Bedarf als vollständiger oder nur teilweiser Überzug aufgebracht. Auf jeden Fall soll der Schmelzpunkt der Emailleansätze oberhalb desjenigen der Legierung liegen.

Der Emaille können verschiedene Farben hinzugefügt werden; auch kann die Färbung durch behandeln der Metalloberfläche vor dem Aufbringen der Emaille erfolgen oder eine transparente Deckemaille angewandt werden.

Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur beginnt die Kaltaushärtung der Legierung; dieser Vorgang erstreckt sich über Monate. Zur Beschleunigung dieses Vorganges kann bei 149 bis 204° C während bis zu 24 Stunden warm ausgelagert werden. Das Warmaushärten führt zu maximaler Festigkeit.

Das Haftvermögen eines Emailleüberzugs zwecks Beurteilung seiner Empfindlichkeit für ein Absplittern wird gewöhnlich mit einem beschleunigten Test in einer 5%igen, wäßrigen Ammoniumchloridlösung nach der im Porcelain Enamel Institute Bulletin Al-Ia, Juni 1956, dargelegten Arbeitsweise bestimmt. Dieser Test wurde zur Bewertung der nachstehend aufgeführten Proben benutzt.

Hierbei ist A die Legierung gemäß der Erfindung, während die Legierung B eine bekannte, kein Nickel enthaltende Legierung betrifft. Die Zusammensetzung der Legierungen ergibt sich aus Tabelle I.

Die Legierungen wurden gegossen und in üblicher Weise zu Formkörpern verpreßt. Abschnitte davon wurden mit einem handelsüblichen inhibierten alkalischen Reinigungsmittel entfettet und eine übliche Emaille als Schlicker aufgesprüht. Hierbei wurde ein alkalisches Reinigungsmittel benutzt, weil es gegenüber Veränderungen in der Zusammensetzung der Legierung empfindlicher ist als die obengenannten Arten des sauren Reduktionsmittels oder Chromats. Die mit Schlicker überzogenen Abschnitte wurden 12 Minuten lang bei 548,85° C eingebrannt und an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Emailleüberzug hatte danach eine Dicke von 0,0762 mm bis 0,127 mm. Eine Gruppe von Abschnitten wurde 2 Wochen lang vor Bestimmung der Zugfestigkeitswerte kalt ausgelagert (k. a.), während eine zweite Gruppe 18 Stunden lang bei 16O⁰C warm ausgelagert (w. a.) wurde.

Tabellen

Mechanische Festigkeit von	Zustand	emailleüberzogenen	Preßteilen	Streckgrenze	Dehnung
		Zugfestigkeit	kp/mm²	%
Legierung	k.a.	kp/mm²	12,8	17,7
	k.a.	22,0	9,3	18,0
A	w. a.	19,9	25,4	15,5
B	w. a.	29,3	22,6	11,2
A	27,5
B

Tabelle I
Zusammensetzung der Legierungen

55 Die höhere Festigkeit und zufriedenstellende Dehnung der Legierung A veranschaulicht die aus der Anwesenheit von Nickel und eines wesentlichen Überschusses an Silizium über das an Magnesium gebundene Silizium erhaltene Verbesserung. Es ist auch bedeutungsvoll, daß die Festigkeitszunahme bei der Legierung A mit etwa der halben Menge Mg₂Si, wie sie in der Legierung B zugegen ist, erhalten wurde.

Ein Teil der mit Emaille überzogenen kalt ausgelagerten Abschnitte von 76,2 · 101,6 mm Größe wurde dem beschleunigten Test des Porcelain Enamel Institute 96 Stunden lang in einer 5%igen Ammoniumchloridlösung bei Raumtemperatur ausgesetzt. Die Abschnitte wurden durch Quadrate von 12,7mm Kantenlänge markiert und die Anzahl der Absplitterungen notiert. Fünf Abschnitte von jeder Legierung wurden untersucht. Der Prozentsatz der Quadrate ohne Absplitterung ist als Absplitterungsindex angegeben.

Tabelle III
Absplitterungsfestigkeit bei Preßteilen

Mg
Si .
Cu
Ni
Fe
Cr
Ti .
Zn

Legierung

0,42
1,30
0,28
0,32
0,15
0,02
0,02
0,00

60

Legierung	Absplitterungsindex
A B	85 35

0,85
0,59
0,27
0,00
0,28
0,18
0,07
0,00

Die überlegene Absplitterungsfestigkeit der stranggepreßten Legierung A ist im Vergleich zu Legierung B augenscheinlich.

Bei einem anderen Test wurden Blöcke gegossen aus Legierungen mit der Zusammensetzung nach Tabelle IV, wobei die Legierung C erfindungsgemäß und D eine bekannte Legierung ist.

Tabelle IV
Zusammensetzung der Legierungen

Tabelle VI
Absplitterungsfestigkeit bei Blechen

Mg
Si .
Cu
Ni
Fe
Cr
Ti .
Zn

Legierung C D

O/ /0

O/ /O

0,49 1,58 0,29 0,30 0,12 0,01 0,03 0,02

0,81 0,58 0,27 0,00 0,43 0,21 0,03 0,10

Legierung j	Absplitterungsindex
C D	50 31

Die größere Beständigkeit gegen Absplittern ist bei der Legierung C im Vergleich zu der bei D augenfällig. Die Oberflächenvorbehandlung wurde nicht für gewerbliche Zwecke empfohlen, sondern für Testzwecke; daher wurde ein gewisses Absplittern erwartet. Die Oberflächenvorbehandlung sollte die relative Leistung bei dem beschleunigten Absplitterungstest aufzeigen.

Die Blöcke wurden in üblicher Weise zu Blechen von 1,627 mm Dicke gewalzt, von diesen Proben abgeschnitten, in dem inhibierten alkalischen Reinigungsmittel entfettet, mit Emaille überzogen und in derselben Weise gebrannt wie die stranggepreßten Proben, abgesehen davon, daß das Einbrennen 10 Minuten dauerte. Eine Gruppe wurde nach 2 Wochen langer ^a5 Kaltauslagerung (k. a.) und eine zweite nach Warmauslagerung (w. a.) während 18 Stunden bei 160⁰C auf ihre mechanische Festigkeit geprüft.

Mechanische	Zustand	Tabelle V Festigkeit emailleüberzogener Bleche	Streckgrenze kp/mm²	Dehnung 35
Legierung	k.a. k.a. w. a. w. a.	Zugfestigkeit kp/mm²	17,4 9,3 27,4 20,2	21,2 14,5 12,2 4° 10,0
C D C D	27,6 19,6 33,0 25,3

Die bei der Legierung C erreichte höhere Festigkeit ist trotz eines wesentlich niedrigeren Mg₂Si-Gehaltes sofort zu erkennen.

Die Beständigkeit gegen Absplittern wurde in derselben Weise, wie oben beschrieben, bestimmt, wobei 76,2 · 101,6 mm große Probestücke 96 Stunden lang einer 5%igen Ammoniumchloridlösung ausge- so setzt wurden. Der Index gibt den Mittelwert von fünf Proben wieder (vgl. Tabelle VI).

Claims

Patentansprüche:

1. Gegenstand aus einer homogenisierungsgeglühten und ausgehärteten AlMgSi-Knetlegierung mit einem nach einer Oberflächenvorbehandlung aufgebrachten, im wesentlichen nicht absplitternden glasartigen Emailleüberzug, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus 0,1 bis 0,4 °/₀ Nickel, 0,3 bis 1,0% Magnesium, 1,0 bis 2,2% Silizium, wobei Magnesium und Silizium in solchen Mengen vorhanden sind, wie sie zur Bildung von 0,5 bis 1,6% Mg₂Si erforderlich sind, zuzüglich eines Siliziumüberschusses von mindestens 0,8 % und höchstens 1,6%, sowie aus maximal 0,25% Eisen, je 0,03% Mangan und Chrom, 0,05% Zink, 0,1% Titan, Rest Aluminium, besteht.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung außerdem 0,2 bis 0,5 % Kupfer enthält.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil aus der Aluminiumlegierung ein Preßteil ist.

4. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil aus der Aluminiumlegierung ein Blech ist.

5. Gegenstand nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er während 5 bis 24 Stunden bei 149 bis 204⁰C warm ausgelagert worden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 152 948;
Zeitschrift Aluminium, 29 (1953), S. 197;
Zeitschrift Aluminium, 38 (1962), S. 444;
Zeitschrift Aluminium, 37 (1961), S. 735.