DE2124107A1

DE2124107A1 - Herstellung gefärbter anodisierter Teile

Info

Publication number: DE2124107A1
Application number: DE19712124107
Authority: DE
Inventors: William Albert; Franz Edmund Clarence; Pittsburgh Pa. Anderson (V.StA.). P
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1970-05-14
Filing date: 1971-05-14
Publication date: 1972-01-27
Also published as: FR2091651A5; US3818566A

Description

Aluminum Company of America, Pittsburgh, Pa./ U.S.A.

Herstellung gefärbter anodisierter Teile

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Legierung sur Herstellung gefärbter anodisierter Teile.

Aluminiumlegierungen haben für Bauzwecke weite Anwendung gefunden, weil sie dauerhaft und attraktiv sind und außerdem leicht auf die Gebäude aufbringbar sind. Eine übliche Arbeits-

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weise besteht darin, daß man eine Legierung verwendet, die nach der anodischen Oxidation der Oberfläche einen gefärbten Oxidüberzug liefert. Dieses Vorgehen bringt Vorteile hinsichtlich einer leichteren Anwendbarkeit und einer besseren Dauer der Färbung mit sich. Jedoch ist die Verschiedenheit dieser integralen Farben zusammen mit der Gleichförmigkeit .einer gegebenen Farbe begrenzt. Bei Bauzwecken sollte der anodische Überzug eine Stärke von etwa 1,8 χ 10~-^ cm besitzen, Oftmals sollte die Stärke sogar noch größer sein, um einen -~3-nügend dauerhaften Oxidüberzug zu erzeugen. Bei Überzügen dieser Sbärke ist es nach den derzeitigen Arbeitsverfahren ohne weiteres möglich^ reiche oder dunkle Farben zu erhalten. So werden beispielsweise goldfarbene, bronzefarbene, graue oder sogar schwarze Schattierungen ohne große Anstrengungen erreicht;<> Delikate oder subtile Farben und Schattierungen sind jedoch bei dicken architektonischen Überzügen ziemlich schwer zu beherrschen.

Gemäß der Erfindung wird nun eine spezielle Legierung ν er".; on .'^t; welche bei geeigneter Anodisierung einen integralen beigeuc.-'L". V; :-n Oxidüberzug liefert, der sehr delikat ist und der einen attraktiven metallischen Ton besitzt. Die beige Farbe ist extrem attraktiv wenn sie in Form einer großen Oberfläche, beispielsweise auf einem großen Gebäude, betrachtet wird. Zusätzlich zu der Fähigkeit, die beige Farbe auszubilden, kann das verbesserte Matari.:.! gemäß der Erfindung auch reichere bronzefarbige oder schwärze Färbungen ausbilden, wodurch sie zu einer Vielzwecklegierung gemacht wird, welche die Hersteller von der Notwendigkeit befrait, eine große Anzahl von Legierungsmaterialien auf Lager zu haltan.. Ein weiterer Vorteil des verbesserten Materials ist die leicht Herstellungsweise. Das Material kann ohne weiteres als Bisch gewalzt werden. Es kann auch als eine Platierung auf ein Blecäkern-Material aufgebracht werden. Schließlich kann es zu dor gewünschten Form extrudiert, geschmiedet oder sonstwie verarbeitet werden.

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Die verbesserte Legierung besteht im v:e sent liehen aus 0,05 '''■>■"* 0,15 Gewichts-^ Cu, 0,5 bis 0,7 Gewichts-^ Pe, 0,15 bis 0,3 Gewichts-^ Si, 0,3 bis 0,6 Gewichts-^ Mn, Rest Aluminium und verschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Eine bevorzugte Zusammensetzung enthält 0,35 bis 0,5 Gewichts-^ Mn. Die Legierunc kann geringe Mengen von zufälligen Elementen wie bis zu 0,01 Gewichts-^ B und 0,05 Gewichts-# Ti enthalten, welche beim Gießen zum Zwecke der Kornverfeinerung zugegeben werden könnoru Die Legierung kann auch uie gewöhnlichen Verunreinigungen enthalten, die mit Aluminium einhergehen. Zink ist eine unschädlich. Verunreinigung und kann in Mengen bis zu 0,5 % vorhanden sein.

Die Herstellung von Produkten aus der verbesserten Aluminiumlegierung bringt keine besonderen Probleme mit sich. Tatsäohii"-.": ist die Legierung ausgesprochen leicht zu verwalzen, zu extrudieren oder auf sonstige Art und V/eise zu einem Artikel zu verformen. Typischerweise wird die Legierung gegossen, beispielsweise durch ein 'kontinuierliches Gießen, um ein Yovro'-.zmaterial für die nachfolgenden Verfahrensiraßnahmon zu liefen::. Das Vorratsmaterial wird homogenisiert, indem es genügend l:.i"j: auf eine Temperatur von mindestens 510⁰C erhitzt wird, um die löslichen Bestandteile zur Auflösung zu bringen. Ein typische-· Zeitraum ist 2h Stunden. Zu diesem Zeitpunkt wird das Vorrats material heiß gewalzt, um ein plattenartiges Produkt zu erhalten.· Wenn es erforderlich oder zweckmäßig ist, dann kann eine Wioc-;:.··· erhitzung durchgeführt werden. Die Platten werden dann sodann kalt gewalzt, um ein Blech mit einer mäßigen Festigkeit ai erhalten. Die Leichtigkeit der Herstellungsweise ist ein attra::.i. Merkmal der vorliegenden Erfindung, da hierdurch die Walz- ui:.d anderen I-abrikationsprobleme auf einen Minimalwert zuriickgc.LU ":'-werden. Das Material kann unter Verwendung der gleichen ArLv..:. weisen verarbeitet werden, wie es z.B. bei der Herstellung der wirtschaftlichen spannungshartenden Aluminiumlegierungen der Fall ist, die als Legierungen 1100 und 3003 bekannt sind.

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Die Festigkeit der Legierung ist nicht besonders frappieren-:" Die kaltgewalzten Bleche zeigen typischerweise Festigkeiten vc:\

1050 bis 2110 kg/cm . Obgleich diese Festigkeiten nicht sehr hoch sind, reichen sie doch für architektonische Zwecke, z.B. als Vorhängewände für große Gebäude, aus.

• Gewünschtenfalls kann die Legierung auch als Platierung ai:.: einer Kernschicht einer unterschiedlichen Legierung zur Verfügung gestellt werden. Diese Arbeitsweise ist für mehrere Anwendungszwecke üblich, bei welchen die Festigkeit oder eine andere erwünschte Qualität eines Kernmaterials benutzt werden kann und wobei die Vorteile des Aussehens der Korrosionsbeständigkeit und dgl. des aufplatierten Materials benutzt wer el-.:?. Demgemäß kann das verbesserte Material auf ein Kernmaterial heiß aufgewalzt werden, wodurch eine laminierte Platte erhalten wird, welche auf die oben beschriebene Weise zu Blech verarbeitet wird. Ein typisches Kernmaterial könnte die Legierung 3005 darstellen, die einen Nominalwert von 1,2 Gewichts-^ Iin und 0,12 Gewichts-^ Cu enthält, wobei der Rest Aluminium und Verunreinigungen sind. Es können aber auch andere Kernmater 1"C-verwendet werden, wenn sie spezielle Vorteile mit sich bringen.

Obgleich die vorstehenden Ausführungen sich auf die Herstellung von Blechen und dgl. richteten, ist die Erfindung auch auf extrudierte, geschmiedete und andere Produkte anwendbar. Die in Blechform vorliegenden Produkte werden jedoch als bevorzugt erachtet, da bei diesen großen Oberflächen die attraktive beigo Farbe am besten zum Vorschein kommt. Die für Architekturzwecke verwendeten Blechprodukte haben eine Dicke im allgemeinen von etwa 63,5 χ 10 cm bis 5.08 χ 10~^cm. Unter die Bezeichnung Blech sollen aber auch dickere und dünnere Produkte fallen, wobei es nicht beabsichtigt ist,eine Einschiäikung aufgrund der oftmals vorgenommenen Unterscheidunger, zwischen Platten und Blechen vorzunehmen.

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GewUnschtenfalls kann das erhaltene Blech oder das andere Produkt geglüht, stabilisiert oder auf sonstige V/eise thermisch behandelt werden, ohne daß die Farbausbildung bei der nachfolgenden anodischen Überzugsbehandlung beeinträchtigt wird. Wena beispielsweise die verbesserte Legierung als eine Platierung auf einen wärmebehandelbaren Kern aufgebracht wird, dann kann der zusammengesetzte Körper wärmebehandelt werden, um die Eigenschaften in dem Kern auszubilden. Dieses ist für sich sigtxil:r\nb, da viele bekannte Legierungei hinsichtlich ihrer Parbausbilduno gegenüber einer thermischen Behandlung empfindlich sind. ■

Das Legierungsprodukt wird sodann anodisiert, um einen integralen verbundenen Oxidüberzug auszubilden, wobei die üblichen Säureelektrolyten verwendet werden. Mehrere Bleche aus der erfindungsgemäß verwendeten Legierung mit etwa 0,1 Gewichts-?? Cu, 0,6 Gewichts-^ Fe, 0,2 Gewichts-^ Si und 0,4 Gewichts-^ Kn mit einer Dicke von ungefähr 203 x 10 cm wurden in einem wässerigen Bad mit etwa 15 % Schwefelsäure anodisch oxidiert. Das Bad wurde auf einer Temperatur von 26,7 ⁰C aufrecht erhalten. Die Anodisierung erfolgte mit einer konstanten Stromdichte von 24 Amp. pro 0,09 m und über einen Zeitraum von etwa 33 Minuten. Auf diese V/eise wurde ein Oxidüberzug mit einer Stärke von etv/a 2,54 χ 10""^cm erhalten. Der Überzug zeigte eine integrale beige Färbung mit einem metallischen Glanz. Vielleicht der beste V/eg zur Beschreibung der Farbe ist es, auf den Munsell-Wert hinzuweisen, welcher gemäß der ASTM-Methode D 1535-68, ASTM-Standard-Part II 1969 S. 285 verwendet wird. Die Munsell-Werte für diese beige Farbe betrugen ungefähr 5Y für den Farbton, 7,05 für den Wert und 0,90 für die Farbenreinheit. Die beige Farbe kann von diesem Wert variiert werden, z.B. indem der Mangangehalt leicht erhöht wird oder indem die Anodisierungsbedingungen verändert v/erden, wobei die Temperatur erniedrigt und die Zeitspanne erhöht wird, um reichere Färbungen auszubilden. Innerhalb dieser

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allgemeinen Richtlinien kann die beige Farbe für die verbesserte Legierung in der Weise variiert werden, daß sich typische Munsell-Werte zwischen 2Y bis 8y für den Farbton, zwischen 6,5 und 7,2 für den Wert und /0,65 bis /1,2 für die Farbenreinheit für hellere bis dunklere, beige Färbungen bewegen. Typische Stärken des Überzugs betragen etwa 2,54 bis 3,05 cm χ 10*"·^ cm, wobei immer noch die delikate beige Farbe gezeigt wird. Die Anodisierungsbedingungen können ziemlich weit modifiziert werden. Das wässerige Bad kann unter 130 bis 200 g/l H₀SO₂, enthalten. Die Temperatur kann von 21,1 bis 32,2 ⁰C

2 variieren und die Stromdichte kann von 6 bis 36 Amp./0,09 m variieren. Die Zeit kann von etwa 20 bis 60 Minuten und die Stärke des Überzugs von 1,8 bis 3*0 χ 10~^em variieren. Innerhalb dieser variierenden Anodisierungsbedingungen kann das verbesserte Material ohne weiteres anodische Oxidüberzüge ausbilden, die eine integrale beige Färbung besitzen.

Es ist gewöhnlich zweckmäßig, den anodischen Überzug in herkömmlicher Weise abzudichten, beispielsweise durch Eintauchen in heisses Wasser (93*9°C) oder in andere geeignete Losungen. Die Färbung und die durch die anodische Behandlung entwickelte Textur kann durch die Behandlung der Oberfläche des Metallprodukts vor der anodischen Oxidation modifiziert werden. Die Oberfläche kann chemisch glänzend gemacht werden, indem sie mit einer Lösung von Phosphor- und Salpetersäure gewaschen wird oder indem sie elektrochemisch behandelt wird. Zur Veränderung der Textur der Oberfläche kann auch eine mechanische Behandlung, z.B. eine Polierung,Sandstrahlung und dgl. verwendet werden.

Zusätzlich zu der oben beschriebenen beigen Färbung kann das verbesserte Blechmaterial auch herkömmlichere Färbungen ausbilden. Wenn man beispielsweise das oben im Zusammenhang mit der beigen Farbe beschriebene wässerige Bad mit 15 % Schwefelsäure verwendet,

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ρ aber eine Stromdichte von 12 Amp. pro 0,09 m über einen Zeitraum von etwa 6o Minuten verwendet, dann wird ein anodischer Überzug mit einer Stärke von 2,3 χ 10"^ cm erhalten, der relativ klar ist. Das bedeutet, daß die Farbe derjenigen des natürlichen Aluminiums gleichkommt. Bei Verwendung eines wässerigen Bades mit 95 g Sulfophtalsäure und 5 g Schwefelsäure per Liter erhält man bei einer Temperatur von 23,9 C beim Eintauchen des Bleches in den Elektrolyten und bei einer Stromstärke von 24 Amp. pro 0,09 m ,um eine Plateau-Spannung von 75,0 Volt aufrechtzuerhalten und bei 75,0 Volt für eine Gesamtanodisierungszeit von 30 bis 6o Minuten aufrechtzuerhalten, einen anodischen Überzug, der eine schwarze Färbung zeigt. In ähnlicher Weise können bronzefarbige Schattierungen im gleichen Elektrolyten erhalten werden, indem man die Zeit-Temperatur- und Stromstärkebedingungen variiert.

Obgleich die Erzielung der beigen Färbung ein einzigartiges Kennzeichen des verbesserten Materials ist, wird doch dessen technische Eignung durch die Fähigkeit,schwarze und bronzefarbene Schattierungen zu erzeugen, noch gesteigert, wodurch eine Vielzwecklegierung erhalten wird, die für architektonische Zwecke sehr gut geeignet ist. Es ist fernerhin auch signifikant, daß die verbesserten Legierungsprodukte, wenn sie anodisiert werden, von dem Streifenbildungsproblem frei sind, welches bei vielen bekannten Materialien auftritt. Eine solche strukturelle Streifenbildung ist nämlich ein nicht attraktiver Effekt, den einige Aluminiumlegierungen im Endprodukt zeigen und der durch Endbehandlungen, beispielsweise durch Ätzen oder durch chemische Glänzverfahren, aufgehoben werden muß.

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Claims

Patentansprüche

1. Verwendung einer Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,05 bis 0,15 Gewichts-^ Cu, 0,5 bis 0,7 Gewichts-^ Fe, 0.15 bis 0,3 Gewichts-^ Si, 0,3 bis 0,6 Gewichts-^ Kn, Rest Aluminium und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen zur Herstellung vo^ gefärbten, anodisierten Teilen .

2. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, ™ dadurch gekennzeichnet , daß Fin in Mengen

von 0,35 bis 0,5 Gewichts-^ vorhanden ist.

3. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne t , daß sie in Form eines Blechs vorliegt.

4. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Legierung in Form einer Platierung vorliegt, die auf ein Kernmaterial aus einer unterschiedlichen Aluminiumlegierung metallurgisch aufgebunden ist.

5. Verwendung einer Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von beige gefärbten, anodisier ten Überzügen.

6. Verwendung der Aluminiumlegierung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet , daß die Stärke des Überzugs 2,5 bis 3,0 χ 10™·^ cm beträgt.

7. Verfahren zur Herstellung eines Produkts mit einer bei;:-/.':. · Farbe, das einen metallischen Glanz hat, dadurch g e k e η η ^;-zeichnet , daß man

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-o.

1. Einen Formkörper aus einer Aluminiumgrundlegiorung aus im wesentlichen 0,05 bis 0,15 Gewichts-^ Cu, 0,5 bis 0,7 Gewichts-^ Fe, 0,15 bis 0,3 Gewichts-?» J. 0,3 bis 0,6 Gewichts-^ Mn, Rest im vies entlichen Aluminium und erschmelzungsbedingte Verunreinigung ι herstellt und

2. daß man den Körper in einem wässerigen Elektrolyt mit 130 bis 200 g Schwefelsäure pro Liter bei Temperaturen von 21,1 bis 32,2°C, Stromstärken von etwa 6 bis 36 Amp. pro 0,09 m 20 bis 60 Minuten anodisch oxidiert, um einen anodischen Überzug mit einer Stärke von 1,8 bis 3,0 x 10"-⁵Cm und mit einer in dem Überzug integral entwickelten beigen Farbe herzustellen.

8. Verfahren nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet , daß der Formkörper in Form eines gewalztem Blechs vorliegt.

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