DE1914599C - Verfahren zur Herstellung von Aluminium schichten auf Werkstucken aus Stahl durch vakuumbedampfen - Google Patents

Description

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elektrolytische Abscheidung beschrieben ist, die durch F i g. 1 veranschaulicht die Beziehung /wischen der elektrolytische Abscheidung aufgebrachten Schichten Vorerhitzungslemperatur der Stahlbleche sowie dem bereits so wie sie das Elektrolylbad verlassen, d. h. Gehalt der aufgedampften Aluminiumschichten an ohne jede Nachbehandlung, blank sein sollen, und der verschiedenen Metallen einerseits, dem metallischen deutschen Patentschrift 614 832, in der ein Verfahren 5 Glanz der Aluminiumlilme andererseits, bestimmt zum Herstellen von durch Kaltwalzen mit giänzenden mitteis vorstehend erwähnter Teststücke. F i g. 2 ver-Aluminiumschichten plattieren Blechen beschrieben anschaulichi die unterschiedliche Beständigkeil der ist, bei dem das Grauwerden der Aluminiumplattierung Aluminiumnlme im Salzspriihtest bei verschiedenen beim nachträglichen Erhitzen auf Temperaturen von Gehalten an Zusatzmetallen (im Beispiel von AIuetwa 550⁰C durch die Verwendung von bis zu 2,5°/₀ io miniumschichten mit 0,3 μηι Dicke, die auf auf 250 C Mangan enthaltenden Aluminiumlegierungen ver- vorerhitzte Stahlbleche aufgedampft sind). Der Salzmieden und die Rekristallisation des Aluminiums sprühtest wird nach der japanischen Industrienorm unterdrückt wird. Z 2371 durchgeführt. Die geringste erlaubte Korro-

In keiner dieser Literaturstellen findet jedoch das sionsbeständigkeit wird mit 7U^U/_O angenommen, beProblem der Bildung von WachsUimshügeln beim 15 zogen auf die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium Bedampfen von Werkstücken aus Stahl mit Aluminium- mit handelsüblicher Reinheit (99°/„). Die KorrosiO'isschichten noch gar eine Möglichkeit, die Bildung von beständigkeit beträgt jedoch vorzugsweise mindestens Wachstumshügeln zu vermeiden, Erwähnung, so daß 80⁰Z₀ bei der gleichen Bezugnahme, weshalb der Gehall die dort beschriebene Verwendung bestimmter Legie- an Eisen und Kupfer in den Aluminiumfilmcn vorzug·.-rungselemente für Aluminiumüberzüge, die auch im 20 weise unter 2,5 bzw. unter 1 "/„ liegen soll, wie aus Rahmen des Verfahrens der Erfindung verwendet F i r. 2 ersichtlich ist.

werden können, eine erst bei retrospektiver Betrach Um eine befriedigende Haftung .der aufgedampften Hing erkennbar werdende Gemeinsamkeit zwischen Aluminiumschicht auf dem aus einem Stahlblech bediesem Stand der Technik der Erfindung darstellt, die, stehenden Werkstück zu erzielen, muß dieses, wie beabgesehen von der von der der Erfindung zugrunde 25 reits erwähnt, auf 150 C oder huaer vorerhitzt werden, liegenden Aufgabe jeweils völlig verschiedenen Auf- Aus F i g. 1 geht hervor, daß der zum Erzielen des gabenstellung, zudem nur hinsichtlich einer der na;h gewünschten Metallglanzes erforderliche Mindestgehalt Lehre der Erfindung in Kombination verwendenden an Mangan, Eisen und Kupfer bei auf auf 150 C vor-Maßnahmen gegeben ist. erhitztes Stahlblech aufgedampften Aluminiumsehich-Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der 30 ten jeweils etwa 0,1 Gewichtsprozent beträgt. Wenn die Erfindung können die Werkstücke, wie bereits erwähnt, Vorerhitzungstemperatur steigt, nimmt (wie aus vor dem Aufdampfen der Aluminiumschicht mit einer F i g. 1 zu ersehen ist) auch der Mindestgehalt an zusätzlichen Korrosionsschlitzschicht bzw. einer die Zusatzmetall(en) zu. Wenn die Vorerhitzungstempera-Korrosionsbeständigkeit und/oder Haftfestigkeit ver- tür der Unterlage eine bestimmte Grenze überschreitet, bessernden Zwischenschicht versehen werden, wozu 35 nämlich 35O°C bei Eisen und Mangan und 300 C für man sie beispielsweise durch elektrolytische Behänd- Kupfer, so kann der gewünschte Metaliglanz der aufhing, z. B. in einem Chromatbad, oder durch Vakuum- gedampften Aluminiumschicht, unabhängig vom Gebedampfen mit Silicium oder Eisen-Chrom-Legierun- halt an zugesetzten Metallen, nicht erreicht werden, gen u. dgl. beschichten kann. Der Grund für eine derartige Beschränkung der

Da der zusätzliche Korrosion.ischutzfilm nach ver- 40 Vorerhitzungstemperatur ist, daß dann, wenn die

schiedenen bekannten Methoden auf die Stahlober- Vorerhitzungstemperatur der Unterlage in dem Be-

fläche abgeschieden werden kann, wird die Bildung reich von 150 bis 300⁰C liegt, der Zusatz von Eisen,

dieses zusätzlichen Filmes hier nicht weiter beschrieben. Kupfer und Mangan in der aufgedampften Aluminium-

Die nach dem erfindu.igsgemäßen Verfahren zu über- schicht das Krislallkornwachstum hemmt und die

ziehende Werkstückoberfläche kann die Oberfläche 45 »Wachstumshügel« völlig beseitigt, die anomalem

von Stahiplatten bzw. -okchen oder von Stahlstreifen Wachstum in Richtung der Schichtdicke ausgesetzt

bzw. -bändern sein. sind, so daß durch die synergistischen Wirkungen der

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Aus- Hemmung des Kristallkornwachstums und der Besei-

führungsbeispielc und der Zeichnung erläutert. Dabei tigung der »Wachstumshügel« glatte Schichioberilächen

zeigt 50 erzeugt werden können. Wenn andererseits die Vor-

F i g. 1 eine graphische Darstellung, die die Ein- erhitzungstemperatur der Unterlage den Bereich von

flüsse der Temperatur, auf die die Stahlplatten vor der 300 bis 35O°C übersteigt, können zwar die VVachs-

Vakuumdampfung mit einer Aluminiumschicht vor- mmshügel« unterdrückt werden, die Hemmung des

erhitzt werden, und der Zugabe von verschiedenen K.rista!Ikornwachstiims nimmt jedoch ab, und es wird

Metallen auf den metallischen Glanz der auf den 55 insgesamt ein Kornwachstum der aufgedampften AIu-

Stahlplatten abgeschiedenen Aluminiumschichten zeigt, miniumschichl ermöglicht. Die Oberfläche der auf-

und gedampften Schicht wird dann rauh.

F i g. 2 eine graphische Darstellung, die die ßezie- Was den Einfluß des Zusatzes von verschiedenen hung zwischen der Korrosionsbeständigkeit der auf- Metallen in den aufgedampften Aluminiumschichten

gedampften Aluminiumschicht und deren Gehalt an 60 bezüglich der Korrosionsbeständigkeit der Schichten,

verschiedenen Metallen zeigt. bestimmt durch den Salzsprühtcst, betrifft, so steigt

Hs werden Teststücke hergestellt, indem 0,32 mm die^ mit dem Manganzusaiz, wie aus F i g. 2 hervorstarke Stahlbleche geieinigt werden. Die gereinigten geht. Der Grund dafür ist, daß dadurch in der aufge-Stahlblcche werden auf verschiedene Temperaturen dampften Aluminiumschicht die Bildung eines manbis zu 400⁰C erhitzt und dann mit 0,3 bzw. 0,5 μηι 65 ganhaltigen Aluminiumoxidüberzugs auf der Alustarken Aluminiunischichten vakuumbedampft. Die miniumsrhicht auftritt, der stabiler ist als ein Oberzug, Schichten enthalten 0,05 bis K)¹V₀ Mangan, Eisen und/ der nut aus Aluminiumoxid besteht. Jedoch führt der oder Kunfer. Zusatz von Mangan in Mengen über 5 Gewichlspro-

zcnl zur Bildung von bräunlichen Flecken, weshalb eine dcrarlige übermäßige Zugabe von Mangan nicht bevorzugt ist. Im Falle des Zusatzes von Eisen und Kupfer werden dcrarlige Flecken nicht erzeugt, jedoch nimmt die Korrosionsbeständigkeit (bestimmt durch den Salzsprühtcst) ab, wenn der Gehalt an Eisen und Kupfer zunimmt. Die Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit der aufgedampften Aluminiumschichi auf Grund des Zusatzes einer großen Menge an F.isen und Kupfer scheint durch die Tatsache verursacht zu sein, daß die Fcstslofflöslichkeitsgrcnze von Eisen in Aluminium sehr niedrig ist und daß Eisen, selbst wenn es nur in verhältnismäßig kleinen Mengen von beispielsweise 0,5°/₀ im Aluminium vorhanden ist, dazu neigt, in Form von Al_aFc auszufallen, während beim Kupfer in ähnlicher Weise die Neigung besteht, in Form von CuAl₂ auszufallen. Dcrarlige Verbindungen von Aluminium mit Eisen oder Kupfer bilden Lokalclcmente, durch die die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt wird. Aus diesem Grunde ist der Gehalt an l.isen und Kupfer in der aufgedampften Aluminiumschicht vorzugsweise auf eine Menge unter einem Grenzwert beschränkt, bei dem die Bildung derartiger Verbindungen merklich wird, nämlich auf insgesamt 5°'_o und vorzugsweise auf 2,5 °,Ό für F.isen sowie l°/₀ für Kupfer.

Zur Untersuchung des Haftvermögens der aufgedampften Aluminiumschicht auf dem Werkstück bei verschiedenen Gehalten an unterschiedlichen Metallen wurden weitere Tests durchgeführt, bei denen festgestellt wurde, daß bei auf 200C vorerhitzen Werkstücken aufgedampfte Aluminiumschichten die Haftung bei einem Zusatz von 6.5 Gewichtsprozent Mangan oder 3 Gewichtsprozent Eisen etwas schlechter wird, während bei Zugabe von 5 Gewichtsprozent Kupfer eine ausgezeichnete Haftung erzielt wird.

Auf Grund der obigen Testergebnisse wird der Gehalt an Zusatzmetall(cn) in der aufgedampften AIuminiumschicht vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Mangan. 0,1 bis 2,5 Gcwichtsprozcn·. F.isen und/oder 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Kupfer Tewähll. Bei Zusatz, von Mangan, Eisen und/ oder Kupfer η der vorstehend genannten Menge zeigt die auf Stahlblech aufgedampfte Aluminiumschicht starken metallischen Glanz, wobei gleichzeitig hohe Korrosionsbeständigkeit und ausgezeichnete Haftung auf der Slahlobcrflächc erhalten bleiben.

Beispiel 1

Ein Stahlblech mit 0,32 mm Dicke wird entfettet und gebeizt,auf 250"C vorerhitzt und dann durch Vakuuinbedampfung mit eincr0,5 μη. dicken Aluminiumschicht überzogen, die 0,5 Gewichtsprozent Mangan, 0,5 Gewichtsprozcnt Eisen und 0,5 Gewichtsprozent Kupfer enthält. Als Ausgangsmaterial wird dabei in einem T-2gc\ Aluminium eingesetzt, das vor der Verdampfung 0,13°/_n Mangan, 20°/₀ Eisen und 6°/₀ Kupfer enthält.

Die in dieser Weise auf die Slahloberfläche aufge-

J5 dampfte Aluminiumschicht zeigt ausgezeichneten Metallglanz und hat auch im wesentlichen die gleiche Haftung und Korrosionsbeständigkeit im Salzsprühtest wie eine bereits bekannte Aluminiumschicht, die unter Verwendung von Aluminium mit handelsüblicher

^ Reinheit (99ⁿ/„) auf eine Stahloberfläche aufgedampft worden is·.

Beispiel 2

Das gleiche Stahlblech wie im Beispiel 1 wirdclcktro- *5 lytisch in einem Elektrolyten, der pro Liter 55 g CrO₃ und 0,55 g IuSu₄ cnihäii. mii einer Stromdichte -.on 20 A/dm- ^ Sekunden lang verchromt, auf 200"C \orcrhitzt und durch Vakuumbcdampfung mit einer 0.5 um dicken Aluminiiimschiclil, die 0,5 Gcwichtsprivcnl Eisen enthält, überzogen. Die aufgedampfte /\lumir.iumm_h.chi weist ausgezeichneten metallteilen Gliiiv. !mi ei-.;■!! optischen Reflexionsgrad \on 70ⁿ'_n oner

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:i^;"!bleche wie im Beispiel 1 werden

¹M. worauf man 0,5 μίτι dicke \!u-

:n,t jeweils 0,5 Gewichtsprozer.; an

ii-.ilgendcn verschiedenen KoivHiia-

>V?.S Gewichtsprozent Mangan plus

oti Eisen; 0,25 Gewichlspn vent

■ Gewichtsprozent Kupfer; s-.-vsie

¹H risen plus0,25 Gewichts, i<· ent

' -ihaltencn Aluminiumfilmc /, gen

e i'iischcn Glanz.

Hierzu 1 Blatt Zc i

Claims (5)

1 2 gebracht wird. Außerdem sind die bekannten aufge- Patentansprüche: dampften Aluminiumschichten mi! dem Nachteil behaftet, daß darauf aufgebrachte farbige Aufdrucke

1. Verfahren zur Herstellung von verbesserten, leicht trübe aussehen, wobei auf derartigen milchigmetallischen Glanz aufweisender. Alumi;;i'."n- 5 weißen Schichten insbesondere kein befriedigender schichten auf Werkstücken aus Stahl durch Goldion erhalten werden kann.

Vakuumbedam|y.jn der gereinigten, gegebenenfalls Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist vorgeschlamit einer die Korrosionsbeständigkeit und/oder gen worden, die Oberfläche einer derartigen aufge-Haftfestigkeit verbessernden Zwischenschicht \ei- dampften Schicht zu polieren oder der Schicht eine sehenen, vorgewärmten Werkstücke, dadurch io leichte Oberflächenbehandlung zu geben, jedoch kann gekennzeichnet, daß die auf 150 bis 350°C man in beiden Fällen kaum einen gleichmäßigen Glanz vorgewärmten Werkstücke mit 0,1 bis 5 Gewichts- und einen gleichmäßigen Farbton erhalten. Beim prozent Mangan, Eisen und/oder Kupfer enthalten- Polieren und bei der Oberflächenbehandlung besteht den hochglänzenden Aiuminiumschichien bedampft zudem die Gefahr, daß Gasporen in der aufgedampften weiden, die von »Wachstumshügeln« frei sind, mit 15 Aluminiumschicht vergrößert werden. Es gibt somit der Maßgabe, daß Aluminiumschichten mit einem noch keine wirksame Möglichkeit zur Behebung der Mangangehalt von weniger als 5 Gewichtsprozent, obengenannten Schwierigkeiten bei den bekannten einem Eisengehalt von weniger als 2,5 Gewichts- auf Stahloberllächen aufgedampften Aluminiumprozent und/oder einem Kupfergehalt von weniger schichten.

als 1 Gewichtsprozent aufgedampft und die Werk- no Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein

stücke bei einer Bedampf ung mit weder Mangan Verfahren der eingangs erläuterten Art zur Herstellung

noch Eisen enthaltenden Aluminiumschichten auf von aufgedampfter, hochglänzenden Aluminium-

höchstens 300 C vorgewärmt werden. schichten auf Stahloberfiächen zu schaffen, bei dem

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- eine Bildung von AVachstumshügel.i« in der Alumizeichnel, daß die Zwischenschicht nach dem Reini- 25 niumschicht verhindert und auf einfache und wirtschaftgen und vor dem \ jrwärmen der Werkstücke auf- liehe Weise ein gut haftender, korrosionsfester Alugebracht wird. mir.iumüberzug mit besonders starkem Glanz erzeugt

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- wird, dessen Hochglanz £egen Temperaturbeanspruzeichnet, daß die Zwischenschicr aus einem chung und äußere Beanspruchungen beständig ist.
Chromatbad elektrolytisch abgeschieden wird. 30 Es wurde nun gefunden, daß sich diese Aufgabe

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- durch ein Verfahren lösen läßt, bei dem auf den beizeichnet, daß die Zwischenschicht durch Bed amp- spielsweise durch Entfetten und Beizen vorbehandelten fen mit Silizium aufgebracht wird. Stahlflächen durch Vakuumbedampfung Aluminium-

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- schichten abgeschieden werden, die eine bestimmte zeichnet, daß die Zwischenschicht durch Bedampfen 35 Menge eines oder mehrerer der Elemente Mangan, mit einer Eisen-Chrom-Legierung aufgebracht Eisen und Kupfer enthalten.

wird. Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren der

eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet

ist, daß die auf 150 bis 35O°C vorgewärmten Werk-

40 stücke aus Stahl mit 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Mangan, Eisen und/oder Kupfer enthaltenden hochglän-

Die vorliegende Erfindung betrifft du Verfahren zur zenden Aluminiumschichten bedampft werden, die von Herstellung von verbesserten, metallischen Glanz auf- »Wachstumshügeln« frei sind, mit der Maßgabe, daß Weisenden Aluminiumschichten auf Werkstücken aus Aluminiuinschichten mit einem Mangangehalt von Stahl durch Vakuumbedampfen der gereinigten, 45 weniger als 5 Gewichtsprozent, einem Eisengehalt von gegebenenfalls mit einer die Korrosionsbeständigkeit weniger als 2,5 Gewichtsprozent und/oder einem und/oder Haftfestigkeit verbessernden Zwischenschicht Kupfergehall von weniger als L Gewichtsprozent aufversehenen, vorgewärmten Werkstücke. gedampft und die Werkstücke bei einer Bedampfung

Beim Aufdampfen von Metallschichten auf Stahl- mit weder Mangan noch Eisen enthaltenden Alumi-

platlen müssen die Stahlplatten auf eine bestimmte 50 niumschichten auf höchstens 300⁰C vorgewärmt

Temperatur erhitzt werden, um eine feste Haftung werden.

©der Adhäsion der aufgedampften Schicht auf der Die Verwendung der in den nach dem Verfahren der Stahlplatte sicherzustellen. Beim Aufdampfen von Erfindung aufgebrachten Aluminiumfilmen enlhalten-Aluminium liegt die Vorerhitzungstemperatur gewöhn- den Legierungszusätze Eisen und Mangan als Legielich im Bereich von etwa 150 bis etwa 25O⁰C. Die auf 55 rungselement in teilweise hochglänzenden Aluminiumdie vorerhitzte Stahloberfläche aufgedampfte Ak;mi- schichten bzw. -belägen ist an sich bekannt, z. B. aus niumschicht neigt jedoch dazu, ihren Metallgianz zu der deutschen Auslegeschrift 1 206 259, in der ein Ververlieren, und sieht bei der Betrachtung mit unbewaffne- fahren zum Herstellen von Aluminiumspiegeln auf tem Auge milchigweiß aus. Ein solcher Glanzverlust Glas, insbesondere in Glühlampen, durch Vakuumiind ein derartiges milchigwcißes Aussehen setzen den 60 bedampfen beschrieben ist, bei dem das üblicherweise kommerziellen Wert derartiger Stahlplatten mit Alu- beim ErhitzenderAluminiumspiegelschichtauftretende miniumüber/.ug herab, da sich auf einer derartigen Rekristallisieren und Durchsichtigwerden durch ZuIemilchigweißen Aluminiumschicht während der Hand- gieren \on 0,1 bis L Gewichtsprozent Eisen, Nickel habung Fingerabdrücke bilden und da der Farbton des oder Kobalt vermieden werden soll, der französischen Films sich sehr leicht ändert, wenn er Reibung geringer 65 Patentschrift 1338 559, in der ein Verfahren zum Stärke unterliegt, wie beispielsweise der Reibung zwi- Beschichten von Werkstücken aus Eisen mit übersehen dem aufgedampften Film und einer Gummi- zügen aus 99 bis 3l)"/₀ Aluminium und I bis 70°/₀ walze, die während ler Herstellung damit in Üeriihriing Mangan durch Bedampfen oder insbesondere durch