DE1533306B1

DE1533306B1 - Verfahren zur Herstellung von Aluminiumblechen aehnlich dem Typ AIMg 1 fuer die farbgebende anodische Oxydation

Info

Publication number: DE1533306B1
Application number: DE19661533306
Authority: DE
Inventors: Zeigler Paul Philip
Original assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Current assignee: Kaiser Aluminum and Chemical Corp
Priority date: 1965-09-20
Filing date: 1966-04-14
Publication date: 1970-01-22
Also published as: GB1084988A; US3379580A; CH479713A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestandteilen, Rest Aluminium während mindestens

Herstellung von Aluminiumblechen ähnlich dem Typ 7 Stunden bei einer Temperatur von 593 bis 621° C

AlMgI für die farbgebende anodische Oxydation, lösungsgeglüht und anschließend mit einer durch-

bei dem eine Aluminiumlegierung zu Barren ge- schnittlichen Geschwindigkeit von nicht mehr als gössen, lösungs- bzw. diffusionsgeglüht, abgekühlt 5 16,7 grd/h auf eine Temperatur unter 510° C ab-

und anschließend auf die gewünschte Dicke gewalzt gekühlt wird.

wird. Alle bezüglich der Zusammensetzung der Legie-

Nach derartigen bekannten Verfahren werden die rung in der Beschreibung und in den Ansprüchen

farbigen Oxidüberzüge dadurch hergestellt, daß man angeführten Zahlenwerte beziehen sich auf Gewichts-

den Aluminiumartikel als Anode in einen elek- io prozente.

irischen Stromkreis schaltet, der aus einer Anode, Durch diese Behandlung wird ein Gefüge erzeugt,

einer inerten Kathode und einem Elektrolyten be- in dem die primären legierenden Bestandteile und

steht, der Schwefelsäure und irgendeinen Vertreter die Verunreinigungen gleichmäßig im Aluminium

der Gruppe der substituierten aromatischen Sulfon- dispergiert bzw. gelöst sind.

säuren enthält. Zu den hierfür besonders geeigneten 15 Nachdem die Temperatur von 510° C erreicht ist, aromatischen Sulfonsäuren zählen die Sulfosalicyl- kann der Barren auf eine Temperatur unter 104° C, säure und die Sulfophthalsäure. An Stelle von z. B. auf Raumtemperatur, mit im wesentlichen Schwefelsäure können auch Schwermetallsulfate zur beliebiger Abkühlungsgeschwindigkeit abgekühlt und Bildung von Sulfationen verwendet werden, die im gegebenenfalls durch Entfernen der Oberflächenhaut, Elektrolyten gelöst sind. Davon eignet sich besonders ao z. B. Abfräsen, für das Walzen vorbereitet werden. Ferrisulfat. Nach derartigen Verfahren können Oxid- Zweckmäßigerweise werden die Barren vor dem Überzüge von Schwarz bis zu einem Goldton mit Walzen wieder auf eine Temperatur zwischen 454 ^ beliebigen Zwischenfarben von beispielsweise Bronze und 510° C erhitzt und auf dieser Temperatur etwa % und Braun erzielt werden. Die nach diesem Ver- 1 Stunde gehalten. Danach kann das Walzen in fahren hergestellten farbigen Aluminiumbleche wer- 25 üblicher Weise erfolgen, um Bleche oder Platten den für architektonische und sonstige dekorative jeder gewünschten Dicke herzustellen.
Anwendungszwecke, insbesondere auf dem Bau- Zur Zeit nimmt man an, daß das milchige Aussektor verwendet, sehen oder die Trübung von Oxidüberzügen, die Das Verfahren zur Erzeugung von farbigen Oxid- durch anodische Oxydation aufgebracht sind, von Überzügen auf Aluminiumgegenständen hat Probleme 30 Partikelchen der ausgeschiedenen legierenden EIeaufgeworfen, die bisher auf dem Gebiet der anodi- mente oder der Kombinationen solcher legierenden sehen Oxydation farbloser Überzüge unbekannt Elemente verursacht wird. Bei den normalen therwaren. Zu diesen Problemen gehören die zuverlässige mischen Behandlungen, bei denen eine Legierung Reproduktion der Farbtöne und andere, das Aus- dem Lösungs- bzw. Diffusionsglühen ausgesetzt und sehen betreffende Faktoren. Hat nämlich ein Archi- 35 aus dem Ofen entnommen und der Luftkühlung tekt einen bestimmten Farbton für ein Gebäude aus unterworfen wird, ist die Abkühlungsgeschwindigkeit kleinen Musterstücken ausgewählt, nach denen von der Lösungsglühtemperatur so schnell, daß die Tausende von Quadratmetern anodisch oxydiertes Legierung in Kürze eine Temperatur erreicht, bei Aluminium in Form großer Platten hergestellt wer- der eine Diffusion von Atomen oder Molekülen den müssen, so wird verlangt, daß die Platten färb- 40 innerhalb der Legierung erschwert wird. Die Folge lieh sowohl mit dem Musterstück als auch mit jeder ist, daß die Ausscheidung in Form vieler kleiner anderen Platte genau übereinstimmen. Im Verlauf Partikelchen erfolgt. Diese vielen kleinen Partikelder Herstellung einer großen Anzahl solcher Platten chen treten bei einem später durch anodische Oxydakönnen sich jedoch die Elektrolytzusammensetzung tion erzeugten Überzug in Erscheinung, wo sie eine Λ oder andere Verfahrensparameter ändern und das 45 Streuung des Lichtes verursachen und so den EinAussehen der Platten nachteilig beeinflussen. druck eines getrübten oder milchig-weißen Über-Obwohl es technisch — wenn auch unter Schwie- zuges hervorrufen. Unter den ersten Partikelchen, rigkeiten — möglich ist, solche Größen konstant zu die sich ausscheiden, wenn die Temperatur einer halten, ist die thermische Vorgeschichte der Bleche Legierung unter die Diffusionsglühtemperatur sinkt, nicht immer nachweisbar und spielt diese für die 50 befinden sich die eisenhaltigen Partikelchen, die Veranodische Oxydation von Farbüberzügen eine be- bindungen des Eisens mit Aluminium, Mangan, achtliche Rolle. So können beispielsweise zwei Chrom und anderen Legierungsbestandteilen dar-Muster einer vorgegebenen Aluminiumlegierung zu stellen.

unterschiedlich farbigen Oxidüberzügen führen, ob- Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird dies verwohl an sich identische Anodisationsprozesse durch- 55 mieden, und die eisenhaltigen Partikelchen der Ausgeführt werden. scheidung können verhältnismäßig große Teilchen Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Alumi- bilden. Es wird die gleiche Gesamtmenge an Ausniumbleche zur Verwendung für die farbgebende Scheidungen abgeschieden, gleichgültig, ob in Form anodische Oxydation zu schaffen, deren Aussehen, kleiner Partikelchen oder in Form großer Partikelinsbesondere deren Farbtöne, im wesentlichen 60 chen. Das Volumen eines Partikelchens ist proporunabhängig von gewissen Unterschieden der Le- tional der dritten Potenz seines Durchmessers. Daraus gierungszusammensetzung, thermischen Behandlung ist offensichtlich, daß eine Legierung beträchtlich usw. beim anodischen Oxydieren reproduzierbar ist. weniger Partikelchen enthält, wenn man die Par-Die Erfindung besteht darin, daß eine Legierung tikelchen der Ausscheidung erheblich mehr wachsen aus 0,06 bis 0,15 % Silicium, 0,45 bis 0,65 % Eisen, 65 läßt. Die Streuung des Lichtes wird viel geringer, 0,03 bis 0,10% Kupfer, höchstens 0,07% Mangan, wenn in dem anodisch aufgebrachten Oxidfilm einige 0,7 bis 0,9% Magnesium, 0,05 bis 0,1% Chrom, wenige große Partikelchen vorhanden sind, als wenn höchstens 0,25% Zink, höchstens 0,15% anderen viel kleine Partikelchen anwesend sind. Der anodisch

aufgebrachte farbige Oxidfilm, der weniger und dafür aber größere Partikelchen enthält, ist klar und nicht milchig, obwohl die gleiche Menge der Ausscheidungen im Oxidfilm vorhanden ist.

Um die praktische Durchführung der Erfindung und ihre Vorteile zu veranschaulichen, werden im folgenden einige Beispiele gegeben. Das erfindungsgemäße Verfahren (Beispiel 2) ist dem Stand der Technik (Beispiel 1) vergleichend gegenübergestellt.

Beispiel 1

Innerhalb eines längeren Zeitraumes wurden etwa 500 Partien einer Aluminiumlegierung des US-Typs »5005«, der etwa dem Typ AlMg 1 entspricht, gegossen und gewalzt. Die stoffliche Zusammensetzung dieser Fertigungspartien lag innerhalb der folgenden Grenzen in Prozentwerten:

Si 0,15 bis 0,30

Fe 0,50 bis 0,70

Cu 0,03 bis 0,13

Mn höchstens 0,10

Mg 0,70 bis 0,90

Cr höchstens 0,10

Zn höchstens 0,25

Andere Metalle

(einzeln) höchstens 0,05

(insgesamt) höchstens 0,15

Aluminium Rest

Alle Barren werden diffusionsgeglüht, indem man sie 1 bis 3 Stunden auf 538 bis 552° C hält, sie dann an Luft wie üblich auf Raumtemperatur abkühlt und sie danach abfräst. Zum Heißwalzen werden die gefrästen Barren mindestens 1 Stunde auf 468 bis 510° C erhitzt und dann gewalzt. Das Kaltwalzen und das Zwischenglühen wird je nach der gewünschten Kaltverfestigung durchgeführt. Nach einem 10 Minuten langen Ätzen in 5gewichtsprozentiger wäßriger Natriumhydroxidlösung bei 54,4° C werden Blechmuster aus jeder Partie in einem wäßrigen Bad bei 25° C anodisch oxydiert, das 90 bis 100 g/l Sulfosalicylsäure und 4,5 bis 5,5 g/l Schwefelsäure enthält, und zwar mit einer Anfangs-Anodenstromdichte von 0,026 A/cm². Wenn die Zellenspannung der anodischen Oxydation 50 Volt erreicht hat, wird die anodische Oxydation bei dieser Spannung fortgesetzt, bis eine Strommenge von etwa 0,013 Ah/cm² durch das Blech gegangen ist. Die anodisch oxydierten Bleche werden danach 20 Minuten lang in ein wäßriges Bad, das 1,0 g/l ligninsulfonsaures Natrium und 0,5 g/l Nickelacetat enthält, bei 90,6 bis 96° C und einem pH von 5,0 + 0,2 getaucht.

Es werden z. B. Farbtöne eines jeden anodisch oxydierten Bleches unter Verwendung eines Photovolt-Tristimulus-Reflectionmeters, Modell 610, nach dem CIE-System der Farbmessung (näheres s. zum Beispiel J. Optical Soc. of America, 23 [1933], S. 359) bestimmt. Die Grünreflexion, ein Maß für die Leuchtkraft oder die Dunkelfärbung der Oberfläche, wird bestimmt durch den prozentualen Anteil des einfallenden grünen Lichtes, der von der Oberfläche reflektiert wird. Auch der durch den Ausdruck

Bernsteingelbreflexion — Blaureflexion

von Farbtonunterschieden auf vollständig farbig anodisch oxydierten Oberflächen. Die verschiedenen Blechpartien in diesem Beispiel zeigten eine Grünreflexion im Bereich von 12 bis 24 und einen GeIbfaktor im Bereich von 16 bis 43. Ein vollständig farbig anodisiertes Aluminium, das Farbtonschwankungen dieser Größenordnung aufweist, ist für architektonische Zwecke unbrauchbar.

Grünreflexion

100

definierte Gelbfaktor wurde bestimmt. Diese Messungen bilden eine praktische Methode zum Vergleich

Beispiel 2

Innerhalb eines längeren Zeitraumes wurden etwa 50 Partien eines gleichartigen Legierungstyps, jedoch mit anderer Zusammensetzung, gegossen und gewalzt. Die Zusammensetzung lag innerhalb der folgenden Grenzen in Prozentwerten:

Si 0,06 bis 0,15

Fe 0,47 bis 0,61

Cu 0,05 bis 0,08

Mn 0,01 bis 0,07

Mg 0,75 bis 0,87

Cr 0,05 bis 0,08

Zn höchstens 0,25

Andere Metalle

(einzeln) höchstens 0,05

(insgesamt) höchstens 0,15

Aluminium Rest

Alle Barren werden diffusionsgeglüht, indem man sie nicht weniger als 9 Stunden auf 593 bis 621° C hält und dann mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von etwa 16,7 grd/h oder noch langsamer auf 510° C abkühlt. Die Barren werden dann an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt und gefräst. Für das Warmwalzen werden die Barren wieder auf 454 bis 510° C erhitzt, auf dieser Temperatur wenigstens 1 Stunde gehalten und dann gewalzt. Das Kaltwalzen, Zwischenglühen, Ätzen und Oxydieren erfolgt wie im Beispiel 1. Die nach der gleichen Methode bestimmten Grünreflexionen liegen im Bereich von 19 bis 27 und die Gelbfaktoren im Bereich von 22 bis 29. Diese Werte schwanken innerhalb eines wesentlich kleineren Farbtonbereichs als diejenigen des Beispiels 1.
Die erfindungsgemäß hergestellten Aluminiumbleche sind für architektonische Zwecke bevorzugt geeignet. Zusätzlich zu den geringeren Farbtonschwankungen der anodisch aufgebrachten Oxidüberzüge, welche das erfindungsgemäß behandelte Material zeigt, weist dieses den weiteren Vorteil auf, daß die Oxidüberzüge ein bemerkenswert stärker glänzendes, gefälligeres Aussehen zeigen. Überdies weisen auch die klaren Oxidüberzüge, die durch eine anodische Oxydation in Schwefelsäure erzeugt werden, einen ähnlich gefälligen Glanz auf im Gegensatz zu dem matten Aussehen eines in gleicher Weise anodisch oxydierten Materials des Beispiels 1. Außerdem kann man durch längeres Ätzen des erfindungsgemäß behandelten Materials mit anschließender anodischer Oxydation in Schwefelsäure der Metalloberfläche ein erwünschtes weißes Aussehen verleihen.

Auch die Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Oberflächengüte sind hervorragend. Die Legierung ist nicht über Gebühr empfindlich gegenüber Variationen im zeitlichen Ablauf der thermischen Behandlung. Das bedeutet, daß zwei Barren, die sich bezüglich des zeitlichen Ablaufs ihrer thermischen Behandlung in den Grenzen bewegen, wie sie die vorliegende Erfin-

dung vorschreibt, auf die farbgebende anodische Oxydätionsbehandlung im wesentlichen in gleicher Weise ansprechen. Das oben angegebene Material zeigt sich auch unempfindlich gegenüber Schwankungen in der Zusammensetzung innerhalb der angegebenen Grenzen. Das bedeutet, daß zwei Barren, die irgendeine Zusammensetzung aufweisen, welche innerhalb der vorgeschriebenen Grenze liegt, auf eine farbgebende Anodisationsbehandlung im wesentlichen in gleicher Weise ansprechen. Die gegebenen Vorschriften hinsichtlich der stofflichen Zusammensetzungen und der thermischen Behandlungen sind eine Gewähr dafür, daß das Blech auf die farbgebende anodische Oxydation in reproduzierbarer Weise anspricht, so daß der Fachmann sich auf die gute Einfärbbarkeit der Legierung, die er bezieht, verlassen kann.

Claims

Patentansprüche: ao

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumblechen ähnlich dem Typ AlMg 1 für die farbgebende anodische Oxydation, bei dem eine Aluminiumlegierung zu Barren gegossen, lösungs- bzw. diffusionsgeglüht, abgekühlt und anschließend auf die gewünschte Dicke ausgewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung aus

0,06 bis 0,15°/» Silicium,

0,45 bis 0,65% Eisen,

0,03 bis 0,10% Kupfer,
höchstens 0,07% Mangan,

0,7 bis 0,9% Magnesium,

0,05 bis 0,1% Chrom,
höchstens 0,25% Zink,
höchstens 0,15% anderen Bestandteilen,
Rest Aluminium

während mindestens 9 Stunden bei einer Temperatur von 593 bis 621° C lösungsgeglüht und anschließend mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von nicht mehr als 16,7 grd/h auf eine Temperatur unter 510° C abgekühlt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine weitere Abkühlung auf unterhalb 104° C, anschließendes Entfernen der Oberflächenhaut und anschließendes Wiedererhitzen der Gußbarren auf 454 bis 510° C bei einer Verweilzeit von mindestens einer Stunde vor dem Blechwalzen.