DE2207232B2 - Verfahren zur Herstellung von in sich gefärbten anodischen Oxidschichten auf Aluminiumlegierungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von in sich gefärbten anodischen Oxidschichten auf Aluminiumlegierungen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Vertagen ?ur Herstellung Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Ver
von in sich gefärbten anodischen Oxidschichten auf fahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ober Aluminiumlegierungen mit einem Gehalt an Mangan fläche von Druckspritzgußstücken aus einer Alu und Chrom, sowie einem Eisen- und Siliziumgehalt 35 miniumlegierung mit einem Gehalt an 0,1 bis 1,3 Ge von zusammen höchstens 0,35 Gewichtsprozent, durch wichtsprozent Chrom, 0,2 bis 3,4 Gewichtsprozen mechanische oder chemische Vorbehandlung und Oxi- Mangan, wobei Chrom und Mangac in Mengen inner dation in einer Schwefelsäurelösung. halb des Bereiches ABCD nach F i g. 1 enthalten sind
Wenn die üblichen Dmckspritzgußstücke aus einer neben bis zu 0,3 Gewichtsprozent Verunreinigung« Aluminiumlegierung der Anodisierungsbehandlung 4c einer Aufrauh- und einer Glänzbehandlung und an Unterworfen werden, bilden sich deutlich sichtbare, schließend einer anodischen Oxidation in einer 5 bi: Unregelmäßige Muster des Metallflusses, der Adern 20 Gewichtsprozent Schwefelsäure enthaltenden Lö Und der Kaltschweißstellen. Daher konnten solche sung unterzogen wird. Auf diese Weise erhält man au Produkte nicht für dekorative Zwecke verwendet den Spritzgußstücken eine zusammenhängende, ein Werden, die eine einheitliche Oberflächenfärbung er- 45 heitlich gefärbte Oxidschicht, die frei von unregel fordern. Zum Unterschied zu Sandformgußstücken mäßigen Metallfließmustern, Adern und Kaltschweiß Oder Kokillengußstücken wird bei der Herstellung der stellen ist.
Dmckspritzgußstücke die Schmelze der Aluminium- Wenn der Chromgehalt der Legierung geringer al
legierung unter Druck eingespritzt, d. h. unter hohem 0,1 Gewichtsprozent ist, so wird eine wirksame Fär Druck in turbulenter Strömung in die Form gegeben. 50 bung nicht erzielt. Mit der Erhöhung des Chromge Daher erfolgt beim Druckspritzgießen die Berührung haltes wird die Gelblichfärbung gesteigert, jedoch sol Zwischen Aluminiumlegieiungsschmelze und Luft in der Gehalt nicht größer als 1,3 Gewichtsprozent sein Viel stärkerem Maße als beim Sandformgießen und weil es dann erforderlich wird, die Schmelzt em peratu Kokillengießen. Das Aluminiumoxid bildet daher un- der Legierung beim Spritzgießen zu steigern. Dii tegelmäßige Metallfließmuster und -ädern in Richtung 55 Durchführung des Druckspritzgießens wird dadurcl des Schmelzflusses sowie Kaltschweißstellen an Punk- schwieriger und zwar wegen der Steigerung des Oxi ten, wo die Schmelzen aufeinanderstoßen. Da sich dationsverlustes der Aluminiumlegierung und wegei diese Fehlet auf der Oberfläche und im Inneren der der schwierigen Losung aus den Druckspritzgieß Spritzgußstücke befinden, führt die Aoodisierungsbe- formen.
handlung zu einer ungleichmäßig gefärbten Oxidschicht. 60 Weniger als 0,2 Gewichtsprozent Mangan ergebet Bei den bekannten Druckspritzguß-Aluminiumlegie- keine Wirkung auf die Färbung. Mit der Steigeruni rungen werden diese unregelmäßigen Metallfließ- des Mangangehaltes wird die anodische Oxidschich muster, Adern und Kaltschweißstellen — selbst wenn rötlich. Wenn jedoch der Gehalt 3,4 Gewichtsprozen «ie physikalisch bzw, mechanisch durch Schwabbeln überschreitet, so beginnt das Erscheinen unregel oder Abstrahlen vor der Anodisierungsbehandlung 65 mäßiger Muster des Metallflusses der Adern und de: tntfernt werden — erneut gebildet, wenn man die Kaltschweißstelleo und es wird schwierig, eine zu Spritzgußstücke chemisch poliert und dann der Anodi- sammenhängende und einheitliche anodisch gefärbti lievungsbehandlung unterwirft. Diese Erscheinung Schicht zu erzielen. Deshalb sollte der Mangangehal
nicht mehr els 2,2 Gewichtsprozent betragen, um eine besonders einheitliche, anodisch gefärbte Schicht zu erzielen,
Ferner soll Chrom und Mangan in den Mengen unterhalb der geraden Linie zwischen den Punkten A und B (F ί g. 1) enthalten sein. Wenn die Gehalte die durch Linie AB gezeigten Werte überschreiten, bildet sich eine Schicht mit ungleichmäßiger Färbung. Eine anodiüche Oxidschicht mit unterschiedlichen Farbtönen von Goldfärbung bis zu braunen und rötlich-braunen Färbungen wird erzielt, wenn man die Chrom- und Mangangehalte innerhalb dieses Bereiches geeignet steuert. Wenn das Gewichtsverhältnis von Mangan/ Chrom geringer als etwa 1,3 ist, so wird die Schicht gelblich-braun; wenn das Verhältnis etwa 1,3 bis 3 ist, so wird die Schicht in der Färbung golden oder braun; undwenndasVerhältnishöheralsetwa3 ist, rötlichbraun.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Legierung verwendet, deren Gehalt an Chrom und Mangan innerhalb des Bereiches DEFGH nach F i g. 1 hegt. Bei Einhaltung dieser Chrom- und Mangangehalte wird eine noch einhe.ilichere und dekorativer gefärbte anodische Oxidschicht erhalten. Wenn man außerdem das Eisen und Silizium betrachtet, die in der erfindungsgemäßen Legierung als Verunreinigung enthalten sind, so müssen Eisen unterhalb 0,2 Gewichtsprozent und Silizium unterhalb 0,1 Gewichtsprozent liegen, da sie sonst die Oxidschicht grau-schwarz machen und die Farbgebung durch die zugesetzten Legierungselemente verhindern.
Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß eine Legierung verwendet wird, die zusätzlich 0,005 bis 0,8 Gewichtsprozent Kobalt und/oder 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent Zink enthält. Durch diese Zusätze wird die mechanische Festigkeit und Gießbarkeit der Spritzguß-Aluminiumlegiening verbessert. Der Zusatz von 0,005 bis 0,8 Gewichtsprozent Kobalt verhindert das unerwünscht starke Haften des Gußstückes an der Druckspritzgußform und verhindert Wärmerisse am Gußstück. Es wird im allgemeinen durch Zusatz von 0,6 bis 1,0 Gewichtsprozent Eisen verhindert. Bei den erfindungsgemäß verwendeten Legierungen verursacht der Zusatz von mehr als 0,2 Gewichtsprozent Eisen jedoch eine grau-schwarze Färbung der anodischen Oxidschicht. Da das Entformen der Gußstücke durch den Kobaltzusatz erleichtert wird, ist es möglich, Körper mit komplizierterer Gestalt herzustellen. Der Kobaltzusatz steigert außerdem die mechanische Festigkeit des Produktes, ohne daß die gefärbte Schicht dadurch beeinträchtigt wird. Ferner reduziert der Kobaltzusatz die für die anodische Behandlung erforderliche Zeit, so daß der Arbeitswirkungsgrad verbessert wird. Wenn der Kobaltgehalt kleiner als 0,005 Gewichtsprozent ist, sind diese Wirkungen gering; wenn er 0,8 Gewichtsprozent übersteigt, wird die gefärbte Schicht grau, was unerwünscht ist.
Zink steigert die mechanische Festigkeit der Gußstücke ohne Beeinträchtigung des Farbtons des Oxid' films. Beispielsweise beträgt die Brinellhärte einer Aluffiinromlegieiiuiig mit 0,5 % Mn und 0,3 % Cr Hß 27, doch wenn die Legierung 5 % Zink enthält, so wird die Brinellhärte der Legierung HB 31. Wie oben erwähnt, kann mit der Steigerung der mechanischen Festigkeit der Spritzgußlegierung die Verformung der Spritzguß' stücke bei Entformen und bei ihrer Handhabung verhindert werden. Wenn der 7inkgehalt weniger als 0,1 Gewichtsprozent beträgt, erreicht man keine derartiee Wirkung, und wenn er 5,0 Gewichtsprozent Überschreitet, so erscheinen in der anodischen Oxidschicht unregelmäßige Metallgießrouster, Adern und KalUcbweißstelUsa.
Die nach der Erfindung ssu verwendende Legierung
kann nach der üblichen Methode des Druckspritzgießens spritzgegossen werden. Das Aufrauhen der Oberfläche der Spritzgußstücke kann nach den allgemein bekannten Methoden bewirkt werden. Die Schleifmittel für die Strahlblasbehandlung, die Be-
xo handlungszeit usw. können je nach dem gewünschten Oberflächenzustand des Produktes optimal bestimmt werden. Die chemische Glänzbehandlung ist eine wesentliche Behandlung und kann durch allgemein bekannte Methoden bewirkt werden. Die anodische Oxidschicht der Spritzgußstücke, welche solch einer Behandlung nicht unterworfen wurden, besitzt eine grau-schwarze Färbung und die gewünschte Schicht mit hellem, einheitlich goldenen, gelblich-braunen, braunen und rötlich-braunen Farbton, kann nicht
ao erzielt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Spritzgußstücke sind ausgezeichnet hinsichtlich Witterungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit und sie können für Baumaterialien, Ornamente usw. erfolgreich verwendet werden. Sogar solche Produkte, welche komplizierten, dreidimensionalen Aufbau besitzen, können nach der Spritzgußmethode mit geringen Kosten als Massenprodukte hergestellt werden. Daher kann erwartet werden, daß die Produkte für Baustofftafeln, Häuser, Möbelausstattungen, Gebrauchsgegenstände, Fahrzeuge usw. in hohem Maße benutzt werden.
In F i g. 1 zeigt der Bezirk des Rechtecks ABCD die Zusammensetzungsbereiche an Chrom und Mangan in der erfindungsgemäß verwendeten Legierung und der Bezirk des Fünfecks DEFGH zeigt die optimalen Zusammensetzungsbereiche von Chrom und Mangan.
F i g. 2a ist eine fotografische Aufnahme, welche eine spritzgegossene Tafel der Legierung ASTM C114A zeigt und welche erhalten wurde, indem man das Spritzgußprodukt dem Strahlblasen mit Aluminiumpartikeln, dem chemischen Polieren und der anodischen Behandlung in einem Bad mit 15% H2SO4 unterwarf. F i g. 2 b ist eine fotografische Aufnahme, welche eine spritzgegossene Tafel einer Aluminiumlegierung mit 1,9% Mn und 1,2% Cr zeigt und welche erhalten wurde, indem man das spritzgegossene Produkt dem Strahlblasen mit Aluminiumpartikeln, dem chemischen Polieren und der anodischen Behandlung in einem Bad mit 15% H1SO4 unterwarf. Fig. 2c ist eine fotografische Aufnahme, welche eine spritzgegoss?ne T afeJ einer Aluminiumlegierung mit 0,5 % Mn und 0,3 % Cr zeigt und welche erhalten wurde, indem man das spritzgegossene Produkt dem Strahlblasen mit Aluminiumpartikeln, dem chemischen Polieren
SS und der anodischen Behandlung in einem Bad mit 15% H8SO4 gemäß de- Erfindung unterwarf.
Beispiel 1
Es wird ein Spritzgußprodukt erzeugt durch Spritz» gießen einer Aluminiumlegierung aus 0,3 Gewichtsprozent Chrom, 0,5 Gewichtsprozent Mangan, 0,12 Gewichtsprozent Eisen, 0,07 Gewichtsprozent Silicium, Rest Aluminium, Dieses Produkt unterwirft man der Blasbehandlung mit Sand, wodurch die Oberfläche vollständig aventurinartig wird. Das so behandelte Produkt taucht man in eine chemische Polierlösung aus 70 Gewichtsprozent Phosphorsäure, 3 Gewichtsprozent Salpetersäure, Rest Wasser, bei einer Tempera·
tür Von 95° C für 90 Sekunden ein und danach spült man mit Wasser. Dann unterwirft man das Produkt 30 Minuten der anodischen Behandlung in einer lO%igen wlßrigjen Schwefelsäurelösung bei 200C mit einef Stromdichte von 2 A/dm», wobei man eine einheitlich golden gefärbte Schicht auf der Oberfläche des Söftegtiflpröduktes erhält, weiche frei von unreg£1mäßigen Mustern des Metallflusses, der Adern und Kaltschweißstellen ist. Das so erhaltene Spritzgußptodukt besitzt eine Britteilhärte von HB 27.
Beispiel 2
Es wird ein SpritzguBprodukt erzeugt durch das SpritzgieBen einer Aluminiumlegierung aus 0,2 Ge-
wichtsprozent Chrom, 2,1 Gewichtsprozent Mangan, 0,14 Gewichtsprozent Eisen, 0,06 Gewichtsprozent Silicium, Rest Aluminium. Dieses Produkt unterwirft man der Strahtblasbehandlung mit Aluminiumpartikeln, wobei die Oberfläche des Produktes vollständig aventurinartig wird. Das so behandelte Produkt unter* wirft man dem elektrolytischen Polieren und dann einer 40 Minuten dauernden anodischen Behandlung in einer 15%igen wäßrigen Schwefelsäurelösung bei 200C mit einer Stromdichte von 2,0 A/dm1. Es bildet sich auf dem Spritzgußprodukt eine einheitliche, rötlich-braune anodische Oxidschicht, welche frei von unregelmäßigen Mustern des Metallflusses, der Adern und der Kaltschweißstellen ist.
Cr Mn Tabelle 1 Zn Fe Si Al Brinellhärte
der
Spritzgußstücke
Beispiel 0,7 0,3 Zusammensetzung der Legierung
(Gewichtsprozent)		 _ 0,13 0,07 Rest (HB)
Nr. 1,1 0,7 Co — 0.09 0,07 Rest _
3 0,3 0,5 _ — 0,11 0,08 Rest —
4 0,5 0,9 — — 0,10 0,10 Rest 35
5 0,2 1,9 0,5 — 0,10 0,05 Rest —
6 0,3 0,5 0,8 5,0 0,12 0,07 Rest —
7 0,9 . 1,1 0,6 3,0 0,10 0,05 Rest 31
8 0,7 1,2 — 2,0 0,11 0,08 Rest —
9 0,2 2,0 — 1,0 0,09 0,07 Rest —
10 0,2 0,6 0,3 2,0 0,10 0,06 Rest
11 0,6 0,3 0,3 — 0,10 0,08 Rest 38
12 0,5 —
13 0,5
Tabelle I (Fortsetzung)
Glänzen Anodische Behandlune Stromdichte Elektrolyse
zeit		 Farbton der
anodischen
Oxidschicht		 Schichtdicke
chemisches Elektrolyt (A/dm*) (Min.) (μ)
Vorbehandlung Polieren 2,0 30 gelblichbraun 20
Aufrauhen chemisches 15%
Flüssigschleifen Polieren H1SO4 1,0 30 gelblichbraun 10
chemisches 15%
Strahlblasen mit Alu Polieren H1SO4 2,0 20 golden 13
miniumpartikeln chemisches 10%
Stahlstrahlblasen Polieren H1SO4 1,5 30 golden 15
chemisches 10%
StahbtrahlWasen Polieren H1SO4 2,0 40 rötlichbraun 27
chemisches 15%
TI Cf^
Strahlblasen mit AIu- Polieren H1SO4 2,0 30 golden 20
UlUUtUUUiu U&eiD Elektrolytisches 15%
Sandstrahlblasen Polieren H1SO4 3,0 10 gelblichbraun 9
chemisches 15%
Strahlblasen mit AIu- Polieren H1SO4 2,0 15 braun 10
minnnnpartikeln chemisches 15%
Stahlstrahlblasen Polieren H1SO4 2,0 40 rötlichbraun 28
chemisches 15%
StahlstrahlWasen Polieren H1SO4 2,0 20 golden 14
I zur Erzielung 15%
Strahlblaseii nut AIn- ι UberHacne H1SO4 2,0 15 gelblichbraun 10
iiiiniuiiipButikeln 15%
TTJT C/%
»chemische« Behandlung H1SO4
Clttvi A T Wit Ut tUttl UJgClJ
Beispiele 3 bis 13
Die vorstehende Tabelle I zeigt Ausführungsbcispiele, welche den Beispielen 1 und 2 ähnlich sind.
Die in den obigen Beispielen erhaltenen anodischen Oxidschichten sind sämtlich gefärbt und von unregelib«äigen Metallfluß-, Ader- und Kaltschweißstellenmustern frei.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

  1. erkennt roan besonders deutlich bei Legierungen mil Patentansprüche: ejner ^αν hell gefärbten anodischen Oxidschicht.
    VMM«.«Mh«vo»ι»Mg- _*-*sKiz»2;tnssss^a
    (SSSineÄn- und SiliziumgehSt von bekannt. ^ zusammen höchstens 0,35 Gewichtsprozent, durch gußforrastflckezeig.sieb, mechanische oder chemische Vorbehandlung und typischen Ouerflachenunregelraaß.gkeiten trotz B,l· Oxidation in einer Schwefelsäurelosung, da- dung der gefärbten Oxidschicht wenigstens tulweisc durch gekennzeichnet, daß die Ober- i° sichtbar bleiben. Fur Spntzgußformkorpei-,bei denet fläche von Druckspritzgußstöcken aus einer Alu- auf eine gleichmäßig gefärbte Oberflache Wert gelegi miniumlegierung mit einem Gehalt an 0,1 bis wird, ist das Verfahren^nicht geeignet. 1,3 Gewichtsprozent Chrom, 0,2 bis 3,4 Gewichts- Die CH-PS 380 483 beschreibt ebenfalls die elektro prozeot Mangan, wobei Chrom und Mangan in lyucbe Erzeugung gefärbter Oxiduberzuge auf Alu Mengen innerhalb des Bereiches ABCD nach 15 mmiumlegierungen. Dabei wird ein Elektrolyt ver F i g. 1 enthalten sind, neben bis zu 0,3 Gewichts- wendet, der Sulfosalizylsäure und mindestens em Me Prozent Verunreinigungen einer Aufrauh- und tallsulfat und/oder Schwefelsäure enthält. Bei diesen einer Glänzbehandlung und anschließend einei Verfahren nehmen die Oxiduberzuge wegen ü« hoher anodischen Oxidation in einer 5 bis 20 Gewichts- Si-Gehaltes der Legierung leicht sehr dunkle Färbun Prozent Schwefelsäure enthaltenden Lösung unter- 20 gen an. Außerdem können die für Spritzgußstücki zogen wird. spezifischen Oberflächendefekte nicht vollständig zurr
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Verschwinden gebracht werden.
    zeichnet, daß eine Legierung verwendet wird, deren Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gefärbte
    Gehalt an Chrom und Mangan innerhalb des Be- anodische Oxidschichten auf der Oberfläche vor reiches DEFGH nach F i g. 1 liegt. 25 Spritzgußstücken aus Aluminiumlegierungen zu er
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeugen und dabei dit für Spritzgußstücke aus Alu zeichnet, daß eine Legierung verwendet wird, die miniumlegierungen typischen Oberflächenfehler un zusätzlich 0,005 bis 0,8 Gewichtsprozent Kobalt sichtbar zu machen, so daß diese Werkstücke eiru und/oder 0,1 bis i,0 Gewichtsprozent Zink enthält. dekorative Oberfläche zeigen. Insbesondere sollen di<
    30 oberflächlichen Fehlstellen auch bei relativ helle
    Einfärbung der Oxidschicht unsichtbar sein.
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