DE2122610A1

DE2122610A1 - Verfahren zur Beschichtung und Oberflaechenveredlung von Formstuecken aus Leichtmetallen und -legierungen

Info

Publication number: DE2122610A1
Application number: DE19712122610
Authority: DE
Inventors: Richard Dr Doetzer; Klaus Stoeger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-05-07
Filing date: 1971-05-07
Publication date: 1972-11-23
Also published as: DE2166843C3; DE2166843B2; DE2166843A1; DE2122610B2

Description

Verfahren zur Beschichtung und Oberflächenveredlung von Formstücken aus Leichtmetallen und -legierungen

Die Oberflächen von Formstücken bzw. Bauteilen aus Leichtmetallen und -legierungen, insbesondere aus Beryllium, Magnesium, Zink, Aluminium, Titan und deren Legierungen können aufgrund ihrer chemischen Materialeigenschaften in wäßrigen oder protischen Medien nicht oder nur unzureichend veredelt bzw. beschichtet werden.

Eine Beschichtung und Oberflächenveredlung von Beryllium, Magnesium, Zink, Aluminium und Titan-Werkstoffbauteilen sind aber in erster Linie wegen der Stoff- und Oberflächeneigenschaften dieser Materialien erforderlich, da es sich bei ihnen durchwegs um relativ unedle Metalle handelt, deren Oberflächen unter der Einwirkung der Atmosphärilien ziemlich rasch eine im wesentlichen oxidische Deckschicht ausbilden, die das darunterliegende Metall im allgemeinen vor weiterem korrosiven Angriff schützt.

So bildet sich bereits bei dem Versuch, diese Deckschicht durch Sandstrahlen zu entfernen, bei relativ unedlem sauerstoffaffinem Material durch die umgebende Luft sofort wieder eine Oxidschicht, die ein nachfolgendes Galvanisieren erschwert oder gar verhindert. Dies ist ein großer Nachteil, da infolge ihrer vorzüglichen mechanischen Eigenschaften und ihres geringen spezifischen Gewichtes der Einsatz dieser Werkstoffe vor allem in Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Fahrzeugbau immer mehr an Bedeutung gewinnt.

Die Korroi3ionö3chutzwirkung hängt dabei sehr vom Reinheitsgrad den Metalls und bei Legierungen von der Art der Legierungiibeatandteile ab. Allgemein gilt, daß die Korrosionsrate

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mit zunehmendem Reinheitsgrad des Metalls abnimmt und die Legierungsbe-standteile nicht allein nach ihrem günstigen Einfluß auf das Korrosionsverhalten des Grundwerkstoffes ausgewählt werden können, sondern meist die mechanischen, verarbeitungs- oder gießtechnischen Eigenschaften des Grrundmetalles verbessern sollen. Durch Zonenziehen und Schwebeschmelzen extrem rein erhaltenes Eisen rostet an feuchter luft praktisch nicht mehr; Elektronmetall, eine Legierung " mit 90 $> und mehr Magnesium und - ;je nach Verwendungszweck - Zusätzen von Al, Zn, Mn, Cu und Silizium, läßt sich sehr leicht spanabhebend bearbeiten, unterliegt jedoch rasch der atmosphärischen Korrosion. Die fertigungstechnisch besonders vorteilhaften Aluminium-Druckgußlegierungen, wie DaAlSiIO(Cu), DGA1SH2 und DGSi6Cu3, lassen sich durch Anodisieren nicht oder nur in unbefriedigender Qualität und in unansehnlich grauem Farbton beschichten.

Beryllium und Berylliumlegierungen, wegen ihrer hervorragenden Festigkeit bei sehr geringem spezifischen Gewicht (1,86) begehrte moderne Werkstoffe, entbehren eines dichten, feathaftenden und ungiftigen Oberflächenschutzfilmea, der sie vor stärkerem korrosiven Angriff schützt.

Titan- und Titan-Legierungen finden wegen ihrer ausgezeichneten mechanischen. Eigenschaften bei relativ kleinem spezifischen Gewicht (4,51) zunehmend stärkere Verwendung in Luft- und Raumfahrt sowie im Maschinenbau und der chemischen Industrie. Der sich rasch bildende dünne Oxidfilm (Rutil) verleiht ihm in oxidierenden Medien einen hervorragenden Korrosionsschutz. Dieser Oxidfilm läßt sich zwar durch anodische Oxidation verstärken, zeigt aber im Unterschied zum Aluminium (Eloxalschicht) eine tiefviolettblaue bis blaurote Färbung und besitzt nicht die dem Aluminium eigene Wabenstruktur, die das vorzügliche Einfärbevermögen der farblosen Eloxalschicht und das Verdichten derselben ermöglicht. Die Titanwerkstoffe erreichen «uch nicht den hellen Farbton des Aluminiums und dessen gute elektrische Leitfähigkeit.

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Auch Zink- und Zinklegierungen bilden an der Oberfläche unter dem Einfluß der Atmosphärilien oxidische Schutzschichten aus, die das darunterliegende Metall vor weitergehender Korrosion schützen. Im Unterschied zum Aluminium sind jedoch für Zinkwerkstoffe bisher keine Verfahren bekannt geworden, die eine Verstärkung dieser Schutzschicht durch anodische Oxidation ermöglichen noch Oxidschichten aufzubauen vermögen, deren Struktur eine Einlagerung von Farbstoffen zuläßt.

Einer galvanischen Beschichtung und Oberflächenveredlung der vorgenannten Leichtmetallwerkstoffe in wäßrigen bzw. protischen Elektrolytbädern steht die sehr rasche Ausbildung oxidischer bzw. hydroxidisoher Oberflächendeckschiohten an % Luft oder in den wäßrigen Vorbehandlungs- und Elektrolytmedien sehr störend entgegen. Die in wäßrigen Medien stets vorhandenen Deckschichten verhindern oder erschweren zumindest sehr die unmittelbare galvanische Beschichtung des Grundmetalls und beeinträchtigen die Elektrokristallisation, Haftfestigkeit und Homogenität des aufwachsenden Metalls. Das Galvanisieren von Leichtmetallwerkstoffen, insbesondere von Beryllium- und Magnesium-Werkstoffen aus wäßrigen Elektrolytaadien ist deshalb auch heute noch ein weithin ungelöstes Problem. Vor allem bereitet auch das galvanische Beschichten von Al- und Al-Legierungen mit anderen Metallen noch erhebliche Schwierigkeiten. Λ

Es wurde gefunden, daß die Oberfläche von Formstücken aus Leichtmetallen und -legierungen mit einem festhaftenden homogenen und dichten Aluminiumüberzug galvanisch besehiohtet werden kann, wenn die Oberfläche der Formstücke und Bauteile zunächst in einer wasserfreien inerten aprotischen Flüssigkeit vorbehandelt wird und dann in einem sauerstoff- und wasserfreien aprotischen metallorganischen Elektrolyten galvanisch aluminiert und gegebenenfalls nachbehandelt wird.

Durch die erfindungsgemäße Vorbehandj&uig in sauerstoff- und wasserfreien aprotischen metallorganischen Elektrolytmedien

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erhält man blanke deckschichtfreie Leichtmetalloberflächen, die nicht korrodieren.und somit eine ideale unmittelbare Abscheidung des Schutzmetalles auf der Leichtmetalloberfläche ermöglichen.

Die Oberflächenvorbehandlung der Formstücke oder Bauteile kann erforderlichenfalls unter Luftausschluß in Inertgasatmosphäre erfolgen. Dadurch wird eine blanke, deckschiohtfreie Oberfläche bei diesen Leiohtmetallwerkstoffen gewährleistet, die sonst in wäßrigen oder protischen Medien und an der Luft reagieren und oxidisoh-hydroxidische oder salzartige Deckschichten ausbilden, die eine weitere galvanische Beschichtung verhindern oder zumindest stören und die Haftfestigkeit des Schutzmetalls herabsetzen bzw. beeinträchtigen.

Die Vorbehandlung nach der Erfindung wird gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform durch Druckstrahlen mit Hartstoffpartikeln in Öl oder in anderen inerten Flüssigkeiten, wie z.B. Paraffinöle, hochsiedende reine und chlorierte Kohlenwasserstoffe, Siliconöle u.dgl., insbesondere mit Korundpulver in dünnflüssigen Ölen mit Strahldrucken zwischen 1 und 10 atü, vorzugsweise 3 bis 7 atü, und Partikelgrößen zwischen 50 und 200 μιη erfolgen. Als Antriebsmedium kann dabei das öl selbst umgepumpt oder mit Preßluft oder Inertgas (Stickstoff) beschleunigt werden.

Der die Hartstoffpartikel umgebende hydrophobe, luft- und feuchtigkeitabhaltende Flüssigkeitsfilm verdrängt beim Aufprall auf die zu reinigende Metalloberfläche Luft und Feuchtigkeit, so daß das Hartstoffpartikel innerhalb des Flüssigkeit sfilms die oxidische Deckschicht durchbricht und die blanke Metalloberfläche freilegt, die duroh den Flüssigkeitsfilm vor Luft- und Feuchtigkeitszutritt geschützt wird.

Die Vorbehandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine sehr schonende mechanische Bearbeitung der Werkstückoberfläche. Die Oberflächenabtragung bewegt sich im Bereich von nur einigen zehntel bis einigen μιη Schichtdicke. Dickere Oxid-

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und Zünde rs chi ciLt en können vorher durch Sandstrahlen oder chemische Vorbehandlung entfernt werden. Bei frisch gefertigten, befetteten Werkstücken ist das jedoch nicht erforderlich} auch die bei Raumtemperatur auf trockener Oberfläche wachsenden Oxidschichten lassen sich unmittelbar durch Druckstrahlen mit Hartstoffpartikeln in öl entfernen. Daß die befetteten Werkstücke unmittelbar der erfindungsgemäßen Oberflächenvorbehandlung zugeführt werden können, ist ein besonderer fertigungstechnischer Vorteil unseres Verfahrens.

Das praktisch auf alle Werkstoffe anwendbare erfindungsgemäße Oberflächenvorbehandlungsverfahren des Druckstrahlens in öl g weist folgende Behandlungsschritte auf:

Behandlungsschritt-1 mechanische Fertigung des Werkstückes,

" -2 öliges oder befettetes Werkstück wird

druckgestrahlt, ₊\

" -3 durch Einbauchen in PER wird der

partikelhaltige Ölfilm abgelöst und

w -4 durch PER-Dampfentfettung restlos ent

fettet,

^H -5 sofort in loluol eingetaucht, eventuell

unter Ultraschalleinwirkung darin gespült

" -6 unmittelbar in das Aluminierbad einge

senkt zur Beschichtung mit Galvano- (f

Aluminium.

Durch die Variationsmöglichkeiten von Art und Größe der Hartstoffpartikel, Viskosität des Öls und Strahldruck lassen sich für jedes Material und jede Oberflächenbeschaffenheit geeignete Arbeitsbedingungen einstellen und blanke, deckschichtfreie Metalloberflächen erhalten.

Bemerkenswert ist, daß diese Auführungsform der Oberflächenvorbehandlung mit wenig Behandlungsschritten und unter Verzicht auf wäßrige Ätz- und Spülbäder arbeitet und somit auch keine Abwasserprobleme aufwirft.

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^+; PER .= Perchloräthylen

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Die Oberflächenvorbehandlung gemäß der Erfindung kann ferner durch die Flüssigkeitstropfen-Prallerosion mit inerten, nichtwäßrigen aprotischen Flüssigkeiten erfolgen. Bin solches Verfahren ist z.B. in der DAS 1 614 690 beschrieben. Diese Ausführungsform der Oberflächenvorbehandlung ist für Band- oder Plattenmaterial, für kontinuierliche Arbeitsweise, besonders geeignet und stellt die stofflich angepaßteste Verfahrensweise dar, die durch folgende Behandlungssdritte gekennzeichnet is ti

Behandlungssehritt-1 Fertigung des Plattenmaterials, Einspeisung des Bandmaterials von der Trommel,
¹¹ -2 öliges oder befettetes Material wird

der Flüssigkeitstropfen-Prallerosion mit Benzol oder Toluol ausgesetzt, nachdem es erforderlichenfalls vorher angewärmt worden ist

" -3 das gereinigte, blanke und noch Benzol

oder Toluol befeuchtete Material läuft in die Aluminierzelle ein.

Aus Sicherheitsgründen wird die Flüssigkeitstropfen-Prallerosion unter gasförmigen Stickstoff oder mit Perhalogenkohlenstoffen vorgenommen. Die oben genannten Vorteile gelten auch hier.

Ein weiteres geeignetes Oberflächenvorbehandlungsverfahren ist die anodische Ablösung einer dünnen Oberflächenschicht des Leichtmetallwerkstückes im aprotischen aluminiumorganischen Elektrolytmedium, insbesondere in aluminiumäthyl- und aluminiummethylhaltigen Elektrolyten. Die bei Stromdurchgang anodisch entstehenden Äthyl- bzw. Methylradikale lösen die Leichtmetalle zu flüssigen Metallalkylen (MR_n) auf:

Be + 2 R Mg + 2 R Zn + 2 R Al + 3 R Ti + 4 E

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Während man die Be- und Al-Werkstoffe auch in den halogenid-, insbesondere fluoridhaltigen Aluminier-Elektrolytmedien anodisch auflösen kann, gelingt das bei den Mg- und Zn-Werkstoffen wegen der Bildung isolierender MgP₂" ^zw. ZnP₂~Deckschichten nicht. Pur alle Leichtmetallwerkstoffe zur anodischen Auflösung eignen sich jedoch die Tetraalkylalanat-Komplexe, die frei von Halogenidionen sind, z.B.:

Na[Al(C₂H₅)J , Na|Al(CH₃)₄j, R₄N ]λΐ (C₃H₅) J ,

u.a., wobei das bei 70⁰C schmelzende Na-K-Mischsalz des Tetraäthylalanats besonders vorteilhaft ist. Das J₂₅ schmilzt erst bei 128⁰C. Die in diesen Schmelzelektrolyten anodisch belasteten und dadurch oberflächenvorbehandelten Leichtmetallwerkstücke können elektrolytfeucht unter Inertgas ™ in die Aluminierzellen eingesenkt und durch kathodische Belastung mit Galvano-Al beschichtet werden.

Bei Bauteilen aus Be- und Al-Werkstoffen kann die anodische Oberflächenvorbehandlung unmittelbar in der Aluminierzelle vorgenommen und durch Umpolen die blanke Metalloberfläche galvanisch aluminiert werden; diese besonders vorteilhafte Ausführungsform der Oberflächenvorbehandlungsmethode im sauerstoff- und wasserfreien aprotischen Elektrolytmedium wird nachfolgend aufgezeigt:
Behandlungsschritt-1 PER-Dampfentfettung und Entwässerung

der Werkstückoberfläche, " -2 Wäsche in Toluol, evtl. unter Ultraschall

einwirkung

" -3 toluolfeuchtes Werkstück in Aluminierbad

einsenken und kurzzeitig (ca.15 min) unter Elektrodenbewegung anodisch belasten, um Oberflächenfilm abzulösen, ¹¹ -4 umpolen und galvanisch aluminieren.

Im Palle von Bauteilen aus Magnesium-, Zink- und Titanwerkstoffen wird zunächst ebenfalls nach dem Behandlungsschritt 1 und 2 verfahren. Dann wird das toluolfeuchte Werkstück im Vorbehandlungs-Schmelzelektrolytbad, z.B, aus 1:1-Gemisch

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des ITa[Al(C₂H₅) Π und KfAl(C₂H₅) ^I , von 80-100⁰C Badtemperatur eingesenkt und kurzzeitig anodisch belastet zur Ablösung__des unreinen Oberflächenfilms. Nachfolgend wird elektrolytfeucht unter Inertgas (N₂) unmittelbar in das Aluminierbad eingesenkt und kathodisch unter Elektrodenbewegung galvanisch aluminiert.

Aus diesen Oberflächenvorbehandlungsverfahren können auch Verfahren angewandt werden, die auf andere Art zu blanken, deckschichtfreien Oberflächen führen und eine feuchtigkeitsfreie Einsenkung des Werkstückes in das Aluminierbad ermöglichen, beispielsweise frisch unter öl maschinell aus Vollmaterial gefertigte Bauteile, die nach PER-Entfettung und Toluolwäsche in das Aluminierbad eingebracht werden können.

Die galvanische Aluminierung kann gemäß der Erfindung aus sauerstoff- und wasserfreien aprotischen aluminiumorganischen Elektrolytmedien, vorzugsweise aluminiumalkylhaltigen Elektrolyten erfolgen. Durch die Anwendung spezieller Strom und Elektrolysebedingungen, insbesondere von Impulsstrom mit Umpolcyclen kann die Abscheidungsform des galvanisch abgeschiedenen Aluminiums vorteilhaft beeinflußt werden. Durch die besondere Form der Elektrokristallinität wird eine matte blendfreie Oberfläche e.rhalten. Normalerweise liegt der Abscheidungspegel zwischen 1 und 2 Amp/dm . Gute Abscheidungen können aber auch noch bei bis zu 6 Amp/dm erhalten werden. Bei höherer Stromdichte ist eine intensive Bewegung der Kathode bzw. des Elektrolyten zweckmäßig, insbesondere zur Abführung der entstehenden Stromwärme.

Grundsätzlich sind alle aluminiumorganischen Electrolyte für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet, die der folgenden allgemeinen Formel entsprechen

MX*nAlR^fR"R + m Lösungsmittel,

wobei M sein kann Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs oder ein quartäres Oniumion mit N, P, As oder Sb als Zentralatom, oder ein tertiäres Oniumion mit S, Se oder Te als Zentralatom; X vorzugsweise F oder Cl , aber auch Br und J , CU , L oder 1/2 SO. sein kann; η > 1, vorzugsweise 2 bis 3-ist, und R stets ein

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21 2 2 61 ö

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örgaiiylrest, vorzugsweise ein Alkylrest, insbesondere Äthyl- oder Methylresi; ist j

R^f kann gleich R, jedoch auch ein Hydrid (H~)Rest oder ein Halogenid (F"", Cl", OH", HL ~ ) sein; R" kann gleich R' sein, jedoch gleichen oder verschiedenen Rest darstellen.

m kann 0, 1, 2, 3, 4 oder 5 sein (Mol); Geeignete Lösungsmittel sind z.B. aromatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Toluol und Xylol und auch Äther, vorzugsweise höher siedende Äther wie Tetrahydrofuran, Dipropyl-, Dibutyl-äther, Dioxane usw. Elektrolyte dieser Art sind beispielsweise in den deutschen Patentschriften 1 200 817 und 1 256 208 beschrieben. Die aluminiumorganischen * Elektrolyte können allein oder im Gemisch angewendet werden. Sie können zur Anhebung ihrer Leitfähigkeit mit aromatischen Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Toluol, verdünnt werden.

Die obere Grenze der Badtemperatur während des Aluminierens ist durch die thermische Stabilität der aluminiumorganischen Elektrolyte und durch den Siedepunkt des eventuell verwendeten Lösungsmittels bedingt. Sie liegt oberhalb 130⁰O. Auf dem zu beschichtenden Metall erhält man unter Ausschluß von Sauerstoff und Feuchtigkeit sowie korrosiven Medien und somit in Abwesenheit störender Zwischenschichten galvanisch einen festhaftenden Überzug aus hochreinem Aluminium, das sehr ^

rein und deshalb silberhell, außergewöhnlich duktil und ™

korrosionsträge ist. Die Dicke beträgt normalerweise 10 bis μηι. Dieser besonderen, vorteilhaften Eigenschaften wegen wird es "Galvano-Al" genannt. Aufgrund dieses hohen Reinheitsgrades von mindestens 99,99 $ Aluminium gewährleistet das Galvano-Aluminium unabhängig von der Eigenart des Grundmaterials der Formstücke und Bauteile aus Leichtmetallwerkstoffen stets einen hohen Korrosionsschutz und ein silberhelles, sehr dekoratives Aussehen, eine echte Oberflächenveredlung. Das trifft gleichermaßen¹ für Be-, Mg-, Zn-, Ti- als auch für Al-Werkstoffe zu.

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Darüber hinaus weisen die Galvanoaluminiumschichten sehr gute elektrische Oberfläeherileitfähigkeit, aufgrund ihrer höhen Duktilität (20 kp/mm² HV = 200 Newton/mm² HV) eine ausgezeichnete Ultrasehailschweißbarkeit und nach Glänzen oder Polieren ein hohes Reflexionsvermögen auf. Die hohe Duktilität des Galvano-Aluminiums vermittelt Bauteilen aus hochfesten, harten Werkstoffen, insbesondere aus Beryllium, Magnesium- und Titanlegierungen, eine gleitfähige Oberfläche und eine metallische Abdichtung bei entsprechendem Anpreßdruck. Sie zeigen ferner eine vorzügliche Anodisierbarkeit (Eloxierbarkeit). Hierdurch werden die Möglichkeiten der Oberflächenveredlung der galvano-Al-beschichteten Leichtmetallwerkstoffe in ganz besonderem Maße erweitert. Zur Korrosionsschutzwirkung des silberhellen, aber relativ weichen Galvano-Aluminiums kommt dadurch die Korrosionsschutzwirkung der glasklaren, transparenten und mit über 4000 H/mm HV überraschend harten und abriebfesten Galvano-Aluminium-Eloxalschicht, die die Leichtmetall-Oberflächen auch vor mechanischer Beschädigung schützt. Diese durch anodische Belastung des· Galvano-Aluminium-Überzuges in den an sich bekannten Eloxierbädern in nahezu beliebigen Schichtdicken erzeugbaren Schutzschichten verdanken der hohen Reinheit des Galvano-Aluminiums ihre besonderen Eigenschaften; diese sind insbesondere glasklare Transparenz, hohe Homogenität und Härte der Eloxalschicht, gutes Isolationsvermögen und Wärmeleitfähigkeit, farbklare Einfärbbarkeit der in GS-Bädern erzeugten Eloxalschichten und sehr gutes Verdichtungsverhalten der Galvano-Aluminium-Eloxal s chi cht en aus GS- und GX-Bädern.

Die besonderen Eigenschaften des Aluminiums, die seine breite technische Anwendung bedingen, lassen sich somit auf die Oberflächen anderer Leichtmetallwerkstoffe übertragen. Beispielsweise läßt sich die nur dem Aluminium eigene Einfärbbarkeit der im GS-Bad durch Anodisieren erzeugbaren Schichten auf die anderen Leichtmetalle und die grau oder schwarz eloxie-

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renden Alxmin4.um-Legierungen übertragen. Den Oberflächenoxidschichten der Be-, Mg-, Zn- und Ti-Werkstoffe fehlt diese Möglichkeit der Einfärbbarkeit.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß Leichtmetalle und-legierungen, insbesondere Beryllium- und Magnesium-Werkstoffe und hochlegierte Aluminiumwerkstoffe, die sich wegen ihrer hohen Festigkeit und guten mechanischen Bearbeitbarkeit oder ihrer vorteilhaften Verarbeitbarkeit in Kokillen-, Strang- oder Druckgußverfahren besonders eignen_f die hervorragenden Oberflächeneigenschaften des hochreinen Aluminiums, des GaIvanoaluminiums, verliehen werden können. Durch eine Beschichtung gemäß der Erfindung wird nicht nur j ein dauerhafter Korrosionsschutz erreicht, sondern vielfach erst der Einsatz solcher Bauteile in der Technik ermöglicht. So konnten z.B. Magnesium und Magnesiumlegierungen bislang nicht galvanisch beschichtet werden.

Hervorzuheben ist ferner, daß die Galvanoaluminiumabseheidung völlig frei von Wasserstoff erfolgt. Diese Tatsache ist unter den hier in Betracht stehenden Leichtmetallwerkstoffen insbesondere für die Ti-Werkstoffe von Wichtigkeit, weil diese im statu nascendi angebotenen Wasserstoff in ihr Metallgitter aufnehmen und dadurch ihre mechanischen Eigenschaften nachteilig verändern. Wasserstoffsprödigkeit und dadurch induzierte Spannungskorrosion kann bei galvanisch A aluminierten Werkstoffen nicht auftreten; ein außerordentlich bedeutsamer Vorteil des Galvano-Aluminiums. Die aus wäßrigen Galvanikbändern stattfindenden Metallab Scheidungen sind fast immer von einer mehr oder weniger starken Wasserstoffabscheidung begleitet, die zugleich die Kathodenstromausbeute mindert. Die Galvano-Aluminium-Abscheidung erfolgt frei von Hp-Abscheidung mit Kathodenstromausbeuten nahe 100 $> der Theorie.

Zur lfe'>hbefra>)dlung werden gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung dftr Erfindung die aluminiumbeschichteten Musterstücke und Bauteile, die vorzugsweise aus Beryllium, Magnesium,

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Zink, Aluminium, Titan und deren legierungen bestehen, anodisfert. Bei Einhaltung der oben erwähnten speziellen Strom- und Elektrolytbedingungen für die Abscheidung des Aluminiums wird eine dichte und vollwertige Eloxierung mit den in der Technik gebräuchlichen Verfahren erreicht. Die erhaltenenGrS-Eloxalschichten können nachfolgend eingefärbt und verdichtet werden.

Sofern nicht eingefärbt wird, wird mit siedendem Wasser oberhalb 95⁰C oder mit überhitztem Wasserdampf verdichtet.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen glasklaren Eloxalschiohten zeichnen sich insbesondere durch außergewöhnliche Härte (400 kp/mm² HV 4000 Uewton/mm HV) und Abriebfestigkeit aus. Sie sind farbklar einzufärben und bedruckbar. Ferner haben sie eine gute Wärmeleitfähigkeit bei hohem Isolationsvermögen und ein hohes Korrosionssehutzvermögen, und können leicht mechanisch poliert werden.

In manchen Fällen, wo ein Korrosionsschutz unabhängig von einem dekorativen Oberflächenaussehen gewünscht wird, können auch bei Galvanoaluminium durch die in der Technik üblichen chemischen Oxidationsverfahren,beispielsweise Ohromat ie rungs verfahren gelbliche oder grünliche Schutzschichten erzeugt werden. In anderen Fällen, beispielsweise bei Titan und Titanlegierungen kann durch Eindiffundieren der galvanisch aufgebrachten Aluminiums chi oht eine besonders harte Titanaluminid- §chicht erzeugt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung kann zum Beschichten bzw. zur Oberflächenveredlung von verschiedenen Formteilen aus unedlem sauerstoffaffine» Material verwendet werden. Es wird ein Oberflächenschutz mit dekorativ vorteilhaften Aussehen erreicht, was für Bauteile in der Dentaltechnik, in der Elektronik, der Automobilindustrie· sowie in der Luft- und Raumfahrt von besonderer Bedeutung ist. Aufgrund seiner hohen Duktilität kann das Galvanoalüminium auch als Gleit- und Schmierfilm verwendet

, _ ... , . _.._rt. . , beispielsweise durch Schwabbet werden. Darüber hinaus laßt es sich auf mechanischem Wege ,/wie

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auch durch Trommelpolieren, zu einem Oberflächenglanz bringen. Die glänzenden Flächen können durch anschließendes Eloxieren vor mechanischer Beschädigung geschützt werden. Ein weiterer Vorzug der hohen Duktilität ist auch bei der Verbindungstechnik des Ultraschallschweißens gegeben. Durch Galvanoaluminiumeloxalschichten können beispielsweise Griffteile, Frontplatten, Substrate und Druckgußteile in ihrer Oberfläche veredelt werden. Ferner bildet die Galvanoaluminiumeloxalschicht auf den Oberflächen der Iieichtmetallwerkstücke einen idealen Haftgrund für Lackierungen, Kunststoffbeschiehtungen, Klebungen und Imprägnierungen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1
Galvanische Aluminierung von Berylliumscheiben

2 mm dicke Be-Scheiben von 40 mm Durchmesser werden mit kleinen Schwalbenschwanzstiften über die Randkante fixiert und kontaktiert in einem Kathodenrahmen aus Titan angeordnet. Nach PER-Dampfentfetten und Trocknen kommt die Anordnung toluolfeucht in den Aluminierelektrolyten aus Trimethylbenzylammonium-hexaäthylmonochlorodialanat (0,2 molarer Al-triäthyl-Überschuß) in Toluol (1:3) und wird 15 min unter intensivem Rühren des Elektrolytmediums bei 80⁰O anodisch belastet. Sodann wird umgepolt und bei einer Stromdichte von 1,1 A/dm unter weiterer Elektrolytbewegung eine ca. 15 um dicke Galvanoaluminiumschicht in 90 min abgeschieden. Aus der Aluminierzeile genommen wird anhaftender Elektrolyt mit Toluol abgewaschen, kurz in TRJNORM¹¹Al" getaucht und in Wasser gewaschen, dann mit Aceton getrocknet. Aussehen: feinkristalliner heller Galvano-Aluminium-Oberzug.

Der Berylliumwerkstoff ist haftfest mit Galvanoaluminium beschichtet. Die Galvanoaluminiumschicht kann eloxiert werden und weitere Oberflächenveredlungsmöglichkeiten wie Einfärben,

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Kennzeichnen, Bedrucken, Beschriften, Kleben usw. können vorgenommen werden.

Beispiel 2

Galvanische Aluminierung, Eloxierung und Einfärbung von Beryllium-Quadern

Im Ti-Kathodengestell werden vier Quader (6x6x16 mm) aus Be-Werkstoff mit Hilfe von jeweils zwei Titan-Spitzkontakten über die quadratischen Endflächen fixiert und mittels Druckstrahlen in Öl (Paraffinöl-Siliconöl-Gemisch 1:1) mit 70 μιη feinem Elektrokorund bei einem Strahldruck von 6 atü oberflächenbehandelt. Anschließend wird sofort im PER-Tauchbad gewaschen, im PER-Dampfbad entfettet und in Toluol gespült.

die
Toluolfeucht werden/eingespannten Be-Quader unter trockenem If₂-Gas in die Aluminierzelle eingesenkt, die mit dem Elektrolyten Ha ^(O₂Hg)₅AlFAl(D₂H₅)₃J · 3,4OgH₅CH₃ beschickt ist. Bei 95-10O⁰O Elektrolytbadtemperatur wird unter mechanischer Kathodenbewegung mit ca. 1,0 A/dm Stromdichte galvanisch aluminiert und in 3 Stunden bei einem Umpoltakt von 4:1 eine ca. 30 μπι dicke Galvano-Al-Schicht auf der Oberfläche des Be-Werkstoffes haftfest und homogen abgeschieden. Durch Waschen in Toluol, Trockenblasen und kurzzeitiges Eintauchen in TRIITORM¹¹Ai" wird anhaftender Elektrolyt entfernt.

Unmittelbar anschließend erfolgt unter Beibehaltung der Anordnung der Be-Teile im Ti-Gestell die Anodisierung im 18 ⁰O warmen GS-Eloxierbad (=Gleichstrom-Schwefelsäure-Bad). In 35 min wächst eine farblose, glasklare Galvano-Al-Eloxalschicht von ca. 12 μιη Dicke auf.

Vor dem Verdichten in siedendem entionisiertem Wasser (ca.30 min) wird ein beschichteter Be-Quader in einer Farblösung von 5 g/Liter Aluminium-Echt-Rot B3LW (SANDOZ AG/Basel) 10 min bei Raumtemperatur eingefärbt. Während die nicht beschichteten Be-Quader einen bleigrauen Oberflächenfarbton aufwiesen, zeigen die nicht eingefärbten, mit Galvanoaluminium-Eloxalschicht

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bedeckten Quader einen matt-silberhellen Farbton.

In gleicher Weise wie Reinberyllium lassen sich auch Formstücke aus Berylliumlegierungen, insbesondere auch hochprozentige Berylliumaluminiumlegierungen mit 48 bis 52 fi Berylliumgehalt beschichten und einfärben, bedrucken oder beschriften. Geeignete Farbstoffe sind z.B. die Aluprint-Farbstoffe der Firma SANDOZ AG/Basel.

Beispiel 3

Galvanische Aluminierung von Zylinderstücken aus Magnesium-Legierung >

An einer Drehhalterung aus Ti-Gestänge werden zwei Zylinderstücke von 70 mm Durchmesser und 100 mm Höhe aus Magnesiumlegierung befestigt und ihre Oberflächen durch Druckstrahlen mit 80 μπι Glasstrahlperlen in PER bei einem Strahldruck von 6 atü oberflächenvorbehandelt. Nach Abbrausen mit heißem PER und schließlich PER-Dampf werden die noch heißen Teile mitsamt Drehhalterung sofort in das 10O⁰C heiße Aluminierbad eingesenkt und zwischen zwei Al-Anodenplatten (Abstand voneinander 15 cm) bei einer Kathodenbewegung von 10 cm/sec und Drehung der Teile aluminiert. Als Stromquelle dient ein Impulsgenerator, der bei einem kathodisch/anodischen Umpoltakt von 4s1 (Gleichrichtwert des Kathodenstroms 12 A, des Anodenstroms 3 A) und 50 Hz Abscheidungsfrequenz unter ca. ί 5 V Abseheidungsspannung (Amplitudenhöhe) eine mittlere Stromdichte von etwa 1,5 A/dm an den AluminierObjekten anliegen läßt. In zwei Stunden Abscheidungszeit wird auf der Mantelfläche ein ca. 30 μπι starker silberheller, porenfreier und festhaftender Galvano-Al-Überzug erreicht. Das in trockener Np-Gas-Atmosphäre aus dem Aluminierbad hochgefahrene Kathodengestell samt den beschichteten Mg-Zylindern wird mit Toluol abgespritzt und so von anhaftendem Elektrolyt gereinigt.

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In gleicher Weise können beliebige Magnesiumwerkstoffe, die aufgrund ihrer gießtechnischen Verformbarkeit vielfach eingesetzt werden, mit einer Aluminiumschicht versehen werden, wodurch die Anwendungsbreite dieser spezifisch leichten Werkstoffe noch vergrößert wird.

Beispiel 4

Galvanisches Aluminieren, Eloxieren und Einfärben von Profilstangen aus Elektronmetall; enthaltend 90 $> und mehr Magnesium und Zusätze von Aluminium, Zink, Mangan, Kupfer und Silizium

Im 300x500 mm messenden Ti-Kathodengestell der 80 Liter-Aluminierzelle werden 8 Stück Elektron-Profilstangen der Abmessungen 135x26x16 mm, mit Längsrillen von ca. 1 mm Breite und 0,5 mm liefe, in zwei Eeihen mittels Titan-Spitzkontakten über die Querschnittsflächen fixiert. Nach intensiver PER-Dampf-Entfettung und Spülen im Toluol gefüllten Ultraschallbad kommen die toluolfeuchten Teile unter Np-Schutzgas zur Oberflächenvorbehandlung in ein 90-100°0 heißes Schmelzelektrolytbad aus 50 <fi Na [Al(O₂H₅)J und 50 & KUl(O₂H₅) Λ. Bei durch Rühren umgewälztem Elektrolyt wird das Ti-G-estell mit den Elektron-

Profilstangen 15 min bei einer Stromdichte von 1,8 A/dm anodisch belastet und ein ca. 2 μχπ. dünner Mg-Oberflächenfilm samt der oxidischen Deckschicht abgelöst. Als Kathode dient ein Nickelnetz. Bei günstiger apparativer Anordnung des Vorbehandlungsbades unmittelbar neben dem Aluminierbad, kann das elektrolytfeuchte Ti-(Je st eil unmittelbar unter Ng-Schutzgas in die Aluminierzeile eingesenkt werden.Anderenfalls spült man das Ti-Gestell mit den nunmehr metallisch blanken Elektron-Teilen mit Toluol und überführt die toluolfeuchten Teile in das Aluminierbad.

Im Na Γ (C₂H₅KAlFAl(O₂H₅) Jl -4,0 O^OH^-Elektrolytbad von 8O⁰G werden die Teile bei einer Kathodenbewegung von 6 cm/sec

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und 1,2 A/dm Stromdichte mittels Impulsstrom (5:1) und 25 Hz in 2,5 Stunden mit einer ca. 25 /um dicken Galvano-Al-Schicht überzogen. Nach Abspritzen mit Toluol, Heißwasserspülen und wenigen Sekunden TRINORM"Al"-Tauchen, werden die aluminierten Elektron-Profilstangen im 18°0-GS-Bad 20 min eloxiert. Die ca. 8 /Um dicke völlig transparente Eloxalschicht wird im 60⁰O heißen SANDOZ-Färbebad Al-Echt-Gold l(-2 g/l) in 5 min goldfarben eingefärbt und im siedenden Wasser 30 min verdichtet.

Beispiel 5

Galvanische Aluminierung, Eloxierung, Bedrucken und Einfärben von Artikeln aus Zink-Druckguß

Spielzeugauto (ca.60x28x20 mm) aus Zn-Druckgußlegierung, etwa DGZnA14 oder DGZnAl40u1, werden mit einem gegenseitigen Abstand von 20 mm längs in das Ti-Gestell mit jeweils zwei Spitzbügeln aus Titan eingespannt und durch Druckstrahlen mit Elektrokorund (70 /um) in dünnflüssigem Paraffinöl bei einem Strahldruck von 5 atü oberflächenbehandelt. Nach dem Waschen in PER und Entfetten in PER-Dampf wird in Toluol gespült und das toluolfeuchte Ti-Gestell mit den Teilen unter Ng-Gas in den Aluminierelektrolyten übergeführt. Bei einer Kathodenbewegung von 10 cm/sec werden die Zn-Druckgußteile auf ihren Außenflächen unter den im Beispiel 3 angegebenen Strombedingungen mit einer ca. 30 /um starken Galvano-Al-Schicht überzogen.

Die eine Stückzahlhälfte der aluminierten Zn-Druckgußteile wird durch Trommelpolieren mit Stahlkugeln von 2 mm Durchmesser in einer rotierenden Polyäthylentrommel geglänzt und dann im GS-Bad von 15⁰O eloxiert, die andere Hälfte unmittelbar eloxiert.

Für das Eloxieren werden die Innenflächen des Spielzeugautos mit einem schwefelsäurebeständigen Abdecklack bedeckt und dann die Außenfläche mit einer 15-20 /um dicken Eloxalschicht

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überzogen. Sodann werden die gut auagewaschenen Eloxaloberflachen mittels Aluprint"Schwarz"-Farbpaste (SAJSTDOZ AG/Basel) mit Kennzeichen und Aufschriften bedruckt und hernach im SAM)OZ-Färbebad Al-Blau-IiLW(3,5 g/l) bei Raumtemperatur 5 min eingefärbt. Anschließend wird 30 min in siedendem Wasser von pH 5,5 verdichtet.

Auf diese Weise lassen sich sowohl glänzende als auch blendfreimatte, abriebfeste, bedruckte und eingefärbte Galvano-Al-Eloxalschichtoberflächen erzielen.

Beispiel 6

Galvanische Aluminierung und Eloxierung von Hohlzylindern aus Al-Knetlegierung

Mit Schraubteilen aus Titan werden im (Di-Gestell der 80 Liter-Aluminierzelle 5 Säulen mit je 8 Stück Hohlzylindern (20 mm Außendurchmesser, 54 mm lang, 1,5 mm stark) aus AlZnOu 1,5 F53 übereinander fixiert und zugleich kontaktiert. COm Druckstrahlgerät werden die Teile unter Drehen der Säulen mit 120 μία-Korund pulver im 6 at.ü beschleunigten Paraffin-Siliconölstrahl oberflächenbehandelt. Die Teile siril frisch gefertigt, ölbenetzt angeliefert und können sofort eingespannt werden, so daß nur eine μηι-αϋηηβ Oberflächenschicht abgenommen werden muß.

Nach PER-Wäsche, PER-Dampf-Entfettung und Spülen in Toluol unter Ultraschalleinwirkung (ca. 6 min insgesamt) werden die eingespannten, toluolfeuchten Teile über die Inertgasschleuse in das Aluminierbad eingebracht. Bei einer Kathodenbewegung von 13 cm/sec wird unter Anwendung eines Impulsstromes von der mittleren Stromdichte 1,2 A/dm und einem Umpoltakt von 4:1 bei 50 Hz 1,5 Stunden aluminiert. Die Galvano-Al-Schichtdicke beträgt ca. 15 μπι und hat ein feinkörniges silberhelles Aussehen.

Nach Waschen mit Toluol, Tauchen in TRINORM"Al" und Wasserspülen wird im GS-Bad von 18⁰C 20 min (17,5 V, 1,5 A/dm²)

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anodisiert und eine glasklare Eloxalschicht von ca. 6 \im erhalten. Die Teile werden 20 min im überhitzten Wasserdampf von 11O⁰C verdichtet. ^

Reinstaluminium und Raffinal, die üblicherweise reinsten, technisch verfügbaren Aluminiumsorten, sind für die meisten technisch-konstruktiven Anwendungen zu weich und zu wenig mechanisch fest. Beim Versuch, sie mechanisch durch Botelan, Fräsen, Schleifen etc. zu bearbeiten, "schmieren" sie und verziehen sie sich. Außer für Drücken, Stanzen und Walzen sind sie als Werkstoff nur beschränkt einsetzbar. Bei den Aluminiumlegierungen, beispielsweise Al-Mgj Al-Ou-, Al-Si- und Al-Zn-Legierungen, die ihrer hohen Festigkeit, guten mechanischen Bearbeitbarkeit und Verformbarkeit durch Warmpressen, ™ Schmieden und Gießen wegen im Fahrzeug-, Schiffs- und Flugzeugbau und praktisch allen anderen Bereichen der Technik außerordentlich große Bedeutung erlangt haben, sind" es die Legierungspartner und Verunreinigungen insbesondere Si, Mn, Ou, Fe, Pb, die sich beim Anodisieren des Al-Werkstückes störend bemerkbar machen, beispielsweise durch reduzierte Härte oder Eigenfarbe. Es läßt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren stets das gleiche, hochreine Galvanoaluminium mit seinen wertvollen Eigenschaften auf diese Werkstoffe aufbringen. Die Anwendungstechnik des Aluminiums wird wesentlich bereichert.

Beispiel 7 ^

Galvanische Aluminierung von '

Al-Druckguß-Lochplatten

Im Ti-Gestell werden 3 Lochplatten in der Größe von 110x60x3 mm aus DG Al Si12 mit Ti-Spitzkontakten über die Schmalseiten fixiert und im Druckstrahlgerät bei einem Strahldruck von 5 atü mit einer Elektrokorund (SN120)-Öl-Suspension oberflächenbehandelt. Wäsche und Entfettung wie im Beispiel 6 angegeben. Die toluolfeuchten Teile werden dann im 100⁰C heißen Aluminierbad aus Triäthylphenylammoniumchlorid und 2,2 Al-triäthyl, gelöst im gleichen Volumen Toluol, bei einer

P 3 8 Mi / L- 3 \ 3

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Kathoden!) ewe gung von 15 cm/sec und beidseitig 5 cm Al-Anodenabstand mit 1,0 A/dm Stromdichte 3 Stunden aluminiert.

Beispiel 8

Galvanische Aluminierung und partielle Eloxierung und Einfärbung von Al-BIechen

Sechs Bleche mit den Abmessungen 100x50x2 mm aus Beinaluminium, 99»5 i» Al, werden im isolierten Ti-Gestell über die Kanten in zwei Reihen übereinander mit Ti-Spitzkontakten fixiert und gleichzeitig kontäktiert. Die Oberflächen werden durch Ätzen mit verdünnter Natronlauge entfettet und vorgereinigt. Nach kräftigem Spülen in Wasser wird durch lauchen in Aceton und schließlich Toluol das Wasser verdrängt und das Ti-Gestell mit den Blechen unter N₂-Gas in den Elektrolyten Na J] O₂H₅) ^AlPAl (C₂H₅ )₅"j *3,0 Toluol eingesenkt.

Zur Entfernung der oxidisch-hydroxidischen Deckschicht, die durch die Berührung des Aluminiums mit Wasser entstanden ist, werden die Bleche unter Hin- und Herbewegung des Ti-Gestells (15 cm/sec) und mechanischem Umwälzen des 90° heißen Elektro-Iyten 10 min mit 3 A/dm anodisch belastet und die Deckschicht samt einem dünnen Aluminiumfilm abgelöst.

Unmittelbar anschließend werden die nunmehr metallisch blanken Oberflächen im selben Elektrolyten durch Umpolen mit 2 A/dm mittlerer Stromdichte und den üblichen Impulsstrombedingungen (siehe Beispiel 6) in 55 min mit einer ca. 20 μπι dicken Galvano-Al-Schicht haftfest beschichtet. Nach Toluolwäsche, TRINORM¹¹Al" -Tauchung und Spülen in Wasser wird mit Aceton getrocknet.

Zur partiellen Eloxierung werden die Rechteckflächen der aluminierten Bleche mit selbstklebender säurefester Kunststofffolie beklebt, die in Form eines Mäandermusters mit 5 mm breiten Stegen geschnitten ist. Nun wird im 15⁰C warmen GX-Bad (= Gleiohstrom-Oxalsäure-Bad) 30 min anodisiert und

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eine ca. 12-15 μΐη dicke Eloxal schicht auf den frei gebliebenen Flächenteilen und Kanten erzeugt. Nach intensivem Spülen in Wasser wird die Klebefolie abgezogen, nachgewaschen und die GX-Eloxalschicht im SANDOZ-Färbebad Al-Schwarz-MLW (10 g/l) bei 60⁰O etwa 5 min eingefärbt. Schließlich werden die schwarz eingefärbten Eloxalschichten im siedenden Wasser 30 min lang verdichtet.

Da Eloxalschichten bei anodischer Belastung der Mäanderbleche im Aluminierelektrolyten nicht angegriffen werden, wohl aber ein Oberflächenfilm des Galvano-Al abgetragen werden kann, läßt sich die eingangs beschriebene Oberflächenbehandlung im Elektrolyt wiederholen und dann durch Umpolen die Galvano-Al-Mäanderfläche bis zum Niveau der GX-Eloxalfläche aufdicken bzw·· verstärken, usw.

Beispiel 9

Galvanische Aluminierung von Titan-Blechband und Oberflächenveredlung durch Al-Diffusion

Titan-Blechband, etwa der Sorte CONTIMET 30 oder 35» von 160 mm Breite und 0,5 mm Dicke läuft zur Oberflächenvorbehandlung und beidseitigen Aluminierung durch eine kontinuierlich arbeitende Band-Aluminieranlage.

Die Oberflächenvorbehandlung des einlaufenden Ti-Bandes kann durch Druckstrahlen mit 100 μια feinen Siliciumcarbid-Partikeln, suspendiert in Trichlortrifluoräthan (FEIGEN 113) oder einem höher siedenden Fluorkohlenstoff, bei einem Strahldruck von 10 atü mit beidseitig angeordneten Strahldüsen unter Np-Gas vorgenommen werden oder durch Flüssigkeitstropfen-Prallerosion mit FHIGEN 113 (spezif.Gewicht 1,58 g/ml) oder einem spezifisch noch schweren flüssigen Perfluorkohlenstoff erfolgen. Im ersteren Falle wird das Band nach der Oberflächenvorbehandlung mit FEIGEN 113 von Partikeln freigewaschen und in beiden Fällen - unter N₂-Gas getrocknet. Das blanke, deckschichtfreie Ti-Band läuft dann in die Aluminierzelle und den Elektrolyten ein und wird bei max. 6 A/dm Stromdichte in 10 min Durchlaufzeit mit beidseitig ca. 10 μΏ Galvano-Al

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beschichtet. Um diese relativ hohe Abscheidungsrate zu ermöglichen, sind die Kathoden/Anoden-Abstände auf 10 mm redu- ■ ziert worden und die Elektrolytflüssigkeit wird im Gegenstrom zwischen Blechkathode und den beiden Al-Anoden rasch umgepumpt.

Das beschichtete Blechband wird mit Toluol abgespült und getrocknet und im lose aufgespulten Zustand das G-alvano-Al bei 600°0 in 2 Stunden 5-10 μπι tief eindiffundiert.

Die Oberflächenvorbehandlung, Aluminierung und Diffusion werden hierbei völlig frei von Wasserstoff vorgenommen.

Analog werden Titanlegierungen, die in Turbinen- und Motorenbau, in der Raketen- und Seaktorteehnik wie auch im Flugzeugbau eine noch ständig zunehmende Bedeutung erlangen, oberfläohenveredelt werden. Bei den technisch wichtigen Ti-Legierungen ist Aluminium der mengenmäßig stärkste Legierungspartner, beispielsweise bei

Ti Al Mo 8-1-1 7,5-8,5 $ Al,

Ti Al Mo 74 · β,5-7,3 $ " ,

Ti Al 64 5,75-6,75 $ Al,

Ti Al Sn Zr Mo 6-2-4-2 5,5-6,5 # Al,

weil Aluminium die Festigkeit des Titans steigert. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können nun die meist noch gut verformbaren unlegierten Titansorten mit G-alvano-Al beschichtet werden. Durch Eindiffundieren des Al in die Werkstückoberfläche werden besonders harte Ti-Al-Legierungen erzeugt. Für den Behälterbau und bei Flugzeugbeplankungen verwendete Ti-Bleche können so mit einer härteren, thermisch beständigeren und abriebfesteren Oberfläche versehen werden. Galvano-Al- und Galvano-Al-Eloxalschichten auf Ti-W_erkstückoberflachen erhöhen den Korrosionsschutz, insbesondere gegenüber Salzwasser, und ermöglichen eine technische und dekorative Oberflächenveredlung des stahlharten Leichtmetalls.

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Bei's'iel 10 ⁷^ ^71/7538

Galvanisches Aluminieren, Eloxieren und Einfärben von Kupplungszapfen aus Ti-Legierung

Im Ti-Drehgestell werden die mit einer Längsbohrung von 7 mm !Durchmesser versehenen zylindrischen Kupplungszapfen aus TiAlV64 in 4 Säulen zu je 8 Stück angeordnet und durch Druckstrahlen mit Siliciumcarbid (100 μιη) in PRIGEN 113 mit 8 atii Strahldruck oberflächenvorbehandelt.

Hach PER-Wäsche und Toluolspülen kommen die Teile in das Aluminierbad und werden unter Hin- und Herbewegung des Ti-Gestelles und Drehen der Säulen mit einer oa. 15 μπι dicken Galvano-Al-Schicht überzogen.

Anschließend werden sie im GS-Bad ca. 7 μια stark eloxiert (Bedingungen wie oben angegeben) und im SANDOZ-Färbebad Al-Blau-IiLW (2 g/l) bei Raumtemperatur 2,5 min lang eingefärbt. Die 30 min in siedendem Wasser verdichtete Galvano-Al-Eloxalschicht oberfläche sieht homogen, hellblau und blendfrei aus.

Dies ist besonders wichtig, wenn ein einheitliches, dekoratives Oberflächenbild bei einem aus Aluminiumlegierung, Messing und Titanwerkstoff gefertigtem Kombinationsteil gefordert wird·

11 Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Beschichtung und Oberflächenveredelung von Formstücken aus Leichtmetallen und -legierungen durch galvanisches Aluminieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Formstücke und Bauteile zunächst in einer wasserfreien inerten aprotischen Flüssigkeit vorbehandelt, anschließend in einem sauerstoff- und wasserfreien aprotischen metallorganischen Elektrolyten galvanisch aluminiert und gegebenenfalls nachbehandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung durch Druckstrahlen mit Hartstoffpartikeln in inerten wasserfreien aprotischen Medien durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstrahlen in Öl durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstrahlen in reinen und halogenierten Kohlenwasserstoffen sowie in Perhalogenkohlenstoffen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung durch Flüssigkeitstropfen-Prallerosion mit wasserfreien inerten aprotischen Flüssigkeiten erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung in einem sauerstoff- und wasserfreien aprotischen metallorganischen Elektrolyten durch anodische Belastung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung eines Impulsstromes mit Umpolcyclen im Frequenzbereich von 10 bis 200 Hz aluminiert wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anodisierung nachbehandelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch chemische Oxidation nachbehandelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Diffusion nachbehandelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erhaltene Eloxalschicht eingefärbt und verdichtet wird.

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