DE1914599C - Verfahren zur Herstellung von Aluminium schichten auf Werkstucken aus Stahl durch vakuumbedampfen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Aluminium schichten auf Werkstucken aus Stahl durch vakuumbedampfenInfo
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Description
1 914 5S9
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 7UU/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 AlaFc 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.
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·.
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
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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. 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
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
Applications Claiming Priority (2)
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