DE19751256C2 - Aluminiumdruckgußteil mit einer Aluminiumoxid-Konversionsschicht und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Aluminiumdruckgußteil mit einer Aluminiumoxid-Konversionsschicht und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Abstract
Um die Korrosionsschutz- und Verschleißschutz-Eigenschaften und die elektrische Isolation und Einfärbbarkeit von Aluminiumdruckgußteilen zu verbessern, wird das Aluminiumdruckgußwerkstück mit einer dichten reinen Aluminiumschicht von mindestens 5 mum haftfest überzogen und anschließend so anodisiert, daß die reine Aluminiumschicht vollständig und der darunterliegende Druckguß partiell in eine Aluminiumoxid-Konversionsschicht umgewandelt werden. Das so erhaltene Aluminiumdruckgußteil hat eine aus zwei Phasen bestehende Aluminiumoxid-Konversionsschicht, deren äußere eine homogene feinkörnige Struktur und die innere in den Aluminiumdruckguß hineinreichende Phase eine grobkörnige unregelmäßige Struktur besitzt.
Description
Es ist bekannt, Anodisierschichten auf Aluminiumlegierungen - wie auch auf
Aluminiumdruckguß - zu erzeugen (siehe dazu Wernick, Pinner, Zurbrügg, Weiner
"Die Oberflächenbehandlung von Aluminium", Eugen Leuze Verlag, Saulgau/Württ.,
2. Auflage 1977 und Hübner, Speiser "Die Praxis der anodischen Oxidation des
Aluminium", Aluminium Verlag Düsseldorf, 4. Auflage 1988).
In dem Lehrbuch von T. W. Jelinek "Oberflächenbehandlung von Aluminium", Ver
lag Eugen G. Lunze, 1997, Seiten 220 bis 226 ist beschrieben, daß verschiedene
Aluminiumlegierungen eine unterschiedliche Eignung zur Anodisierung aufweisen.
Die deutsche Auslegeschrift 21 66 843 beschreibt ein Verfahren zur Vorbehandlung
von Leichtmetallen für die galvanische Abscheidung von Aluminium. Hierbei sollen
blanke, deckschichtfreie Oberflächen bei Leichtmetallwerkstoffen herbeigeführt
werden, damit die anschließend aufgebrachte Galvanoaluminiumschicht haftfester
und homogener sein soll. Dies geschieht durch eine Vorbehandlung der Leicht
metalloberfläche durch Druckstrahlen mit Hartstoffpartikeln in wasserfreien aproti
schen Medien. Des weiteren wird beiläufig auch die Möglichkeit einer anschließen
den anodischen Oxidation der Galvanoaluminiumschicht erwähnt; wie die Ausfüh
rungsbeispiele jedoch zeigen, wird die Galvanoaluminium-Deckschicht nur partiell
oxidiert, d. h. also auf keinen Fall bis zum darunterliegenden Druckguß.
Die deutsche Offenlegungsschrift 23 38 063 betrifft ein Verfahren zur Beschichtung
von Hochfrequenz-Heizspulen aus Kupfer oder Messing mit einer Galvanoalumium
schicht. Zu diesem Zweck werden die zu beschichtenden Spulen zunächst durch
Druckstrahlen mit Hartstoffpartikeln in Öl vorbehandelt und anschließend galva
nisch aluminiert. Schließlich wird die Galvanoalumiumschicht anodisiert, jedoch nur
partiell und nicht bis zum Spulenkörper, d. h. es wird nur die Oberfläche der
Galvano-Al-Schicht anodisiert. Es werden Galvano-Al-GX-Eloxalschichten von
höchstens 15 µm Dicke erwähnt.
Anodisierschichten auf Aluminiumdruckgußteilen sind nicht homogen und rein. Sie
enthalten je nach der verwendeten Aluminiumbasislegierung Silicium und/oder
Metallausscheidungen, z. B. ist die Anodisierschicht auf einer Aluminiumdruckguß
legierung wie GD-AlSi12, GD-AlSi9Cu3 inhomogen und unsauber aufgrund der
ungleich zusammengesetzten Aluminiumbasislegierung. Infolgedessen sind auch die
Eigenschaften hinsichtlich Korrosions- und Verschleißschutz, elektrischer Isolation
und Einfärbbarkeit in der Qualität schlechter als die aus einem homogenen Alumi
niummaterial hergestellten Anodisierschichten. Außerdem sind Aluminium-Druck
gußlegierungen oftmals nur mit hohem technischen Aufwand überhaupt anodisier
bar.
Ziel der Erfindung ist es, eine homogene Anodisierschicht mit einer einheitlichen
Porenstruktur auf Aluminium-Druckguß mit hohen Korrosionsschutz- und Ver
schleißschutz-Eigenschaften und verbesserter elektrischer Isolation und Einfärb
barkeit zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Aluminiumdruckguß-
Werkstück mit einer dichten reinen Aluminiumschicht von mindestens 5 µm Dicke
haftfest überzogen und anschließend so anodisiert wird, daß die reine Aluminium
schicht vollständig und der darunterliegende Druckguß partiell in eine Aluminium
oxid-Konversionsschicht umgewandelt werden, wobei die Gesamtdicke der Al2O3-
Konversionsschichten 20 bis 200 µm beträgt.
Der Reinheitsgrad des Aluminiums beträgt mindestens 99,5 Gew.-%.
Die dichte reine Aluminiumschicht wird haftfest auf den Aluminiumdruckgußteilen
elektrochemisch, physikalisch oder mechanisch aufgebracht. Dazu dienen an sich
bekannte Verfahren, wie elektrolytische Abscheidung aus aprotischen Elektrolyten
oder Aufschmelzen durch Feueraluminieren oder thermisches Spritzen oder Auf
dampfen in PVD-Prozessen oder Plattieren. Die Dicke der Schicht beträgt
mindestens 5 µm. Die maximale Schichtdicke des reinen Aluminiums ist nach oben
hin nicht begrenzt und hängt im wesentlichen von der Art der Aufbringung ab.
Schichtdicken bis 50 µm haben sich als ausreichend erwiesen. Wenn die dichte
reine Aluminiumschicht elektrochemisch aufgebracht wird, empfehlen sich Schicht
dicken von 5 bis 30 µm.
Als Aluminiumdruckguß eignen sich alle technisch relevanten Metallegierungen wie
GD-AlSi9Cu3, GD-AlSi12, GD-AlMg3Si, GD-AlSi10Mg, GD-AlMg9.
Der mit einer dichten reinen Aluminiumschicht überzogene Aluminiumdruckguß
wird in anorganischen und/oder organischen Säuren oder in Basen so anodisiert,
daß die dichte reine Aluminiumschicht vollständig und ein Teil des darunter
liegenden Aluminiumdruckguß in eine Aluminiumoxid-Konversionsschicht umge
wandelt werden. Für die Anodisation werden bevorzugt die bekannten
Bedingungen einer Hartanodisation gewählt. Diese Aluminiumoxid-
Konversionsschicht besteht aus zwei Phasen. Aus der Auswertung der metallo
graphischen Schliffe ist dabei ersichtlich, daß die in den Aluminiumdruckguß
hineinreichende Phase der Aluminiumoxidschicht von grobkörniger, unregelmäßiger
Struktur ist während die dem Auge zugewandte äußere Phase eine feinkörnige
homogene einheitliche Struktur hat. Diese Phase der Konversionsschicht verleiht der
Anodisierschicht die in der Qualität verbesserten Eigenschaften wie höhere
Korrosionsstabilität, größeren Verschleißschutz, höhere elektrische Isolation und
verbesserte Einfärbbarkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen Anodisierschicht
auf dem Aluminiumdruckguß.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge auch ein Aluminiumdruckgußteil mit einer
Aluminiumoxid-Konversionsschicht, bei der letztere aus zwei Phasen besteht, von
denen die äußere eine homogene feinkörnige Struktur und die in den Aluminium
druckguß hineinreichende Phase eine grobkörnige unregelmäßige Struktur hat. Die
äußere homogene feinkörnige Phase der Al2O3-Konversionsschicht hat vorzugsweise
eine Dicke von 10 bis 100 µm und die Gesamtdicke der beiden Phasen der Al2O3
Konversionsschicht beträgt, insbesondere 20 bis 200 µm.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel dargestellt werden.
Zwei Aluminiumdruckgußgehäuse aus GD-AlSi12 mit einer Oberfläche von 2 dm2
werden elektrochemisch in einem aprotischen Elektrolyten allseitig und gleichmäßig
mit einer 5 µm bzw. 20 µm dicken, dichten, reinen Aluminiumschicht (Reinheitsgrad
99,99%) überzogen und anschließend in einem Schwefelsäureelektrolyten mit
3,5 A/dm2 hartanodisiert (nach ISO 10 074). Die Schichtdicke der Hartanodisier
schicht (HC-Schicht) beträgt 40 µm.
Als Referenz dient ein Al-Druckgußgehäuse gleicher Abmessung und Qualität, das
unter den o. g. Bedingungen hartanodisiert wurde.
Folgende Ergebnisse wurden erhalten:
Sowohl die Korrosionsstandzeit als auch die Durchschlagfestigkeit und Härte haben
sich im Vergleich zur direkten Druckgußanodisation wesentlich erhöht.
Die HC-Schicht auf dem reinen Al-Druckguß war fleckig wie auch die nachfolgende
Einfärbung. Die HC-Schichten auf den zuvor aluminierten Aluminiumdruckguß
gehäusen waren homogen, mit einheitlich grauer Farbe und ließen sich hervor
ragend einfärben, z. B. mit SANODAL-Tiefschwarz HBL flüssig.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung einer Anodisierschicht auf Aluminiumdruck
gußteilen, bei dem das zu anodisierende Werkstück mit einer dichten
reinen Aluminiumschicht von mindestens 5 µm Dicke haftfest überzogen
und anschließend anodisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch
die Anodisation die reine Aluminiumschicht vollständig und der darunter
liegende Druckguß partiell in eine Aluminiumoxid-Konversionsschicht
umgewandelt werden und daß die Gesamtdicke der Al2O3-Konversions
schichten 20 bis 200 µm beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anodisation eine Hartanodisation ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
dichte reine Aluminiumschicht elektrochemisch aufgebracht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die reine Aluminiumschicht in einer Dicke von 5 bis 50 µm
aufgebracht wird.
5. Aluminiumdruckgußteil mit einer Aluminiumoxid-Konversionsschicht,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxid-Konversionsschicht aus
zwei Phasen besteht, von denen die äußere eine homogene feinkörnige
Struktur und die in den Aluminiumdruckguß hineinreichende Phase eine
grobkörnige unregelmäßige Struktur hat, wobei die Gesamtdicke der
Al2O3-Konversionsschichten 20 bis 200 µm beträgt.
6. Aluminiumdruckgußteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die äußere, homogene feinkörnige Phase der Al2O3-Konversionsschicht
eine Dicke von 10 bis 100 µm hat.
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