DE2244015B2 - Verfahren zur Erzielung glatter Oberflächen von Schmiedewerkstücken aus einer kupferhaltigen Aluminium-Legierung - Google Patents
Verfahren zur Erzielung glatter Oberflächen von Schmiedewerkstücken aus einer kupferhaltigen Aluminium-LegierungInfo
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung glatter Oberflächen von Schmiedewerkstükken
aus einer kupferhaltigen Aluminiumlegierung unter Säurebehandlung von Spülungen.
Ein Ätzen von aus Aluminiumlegierungen bestehenden Werkstücken zum Zwecke der Oberflächenabtragung
ist deshalb schwierig, weil die Aluminiumlegierung auf ihrer Oberfläche eine schwer angreifbare Schutzschicht
aus Aluminiumoxid bildet Zum Ätzen von Werkstücken aus Aluminiumlegierung werden
üblicherweise alkalische Ätzlösungen benutzt, die auf freien Metallhydroxiden basieren. Wenn jedoch die
Aluminiumlegierungen zum Beispiel Kupfer oder Zink enthalten, ergibt sich eine ungleichmäßige Oberfläche
mit hervorstehenden Buckeln, die einerseits eine unerwünscht rauhe Oberfläche ergeben und andererseits
zwischen den Erhebungen geschwächte Querschnitte ergeben können, die die Festigkeitseigenschaften
beeinträchtigen.
Man hat versucht, durch Hinzufügen verschiedener Schwefelverbindungen beispielsweise von Polysulfiden
und Thioharnstoff zur Ätzlösung eine glatte Oberfläche zu erhalten, jedoch sind diese Zusätze bisher nur in
Verbindung mit alkalischen Ätzlösungen benutzt worden, die nur relativ langsam an der Oberfläche angreifen
und daher für Tiefenätzungen zur Formgebung von Werkstücken ungeeignet sind.
Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Gattung, das in der DE-OS 19 15 405
beschrieben ist, erfolgt die Säurebehandlung durch eine Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure und Kupfersulfat enthaltende
Lösung. Der Zusatz von Kupfersulfat zu der Ätzlösung soll dabei eine Verminderung der Rauheit der
Oberfläche herbeiführen, da es sich gezeigt hat, daß die aus der Aluminiumlegierung bestehenden Gußstücke
nach Behandlung mit einer die Säuren allein enthaltenden Lösung sehr rauh sind, wobei der kristallinische
Aufbau des Werkstoffs hervortritt. Durch den Zusatz von Kupfersulfat soll ein Niederschlag von Kupfer auf
dem Gußstück erfolgen, weil Kupfer edler ist als Aluminium, während das Aluminium in Lösung geht.
Durch dieses einstufige Verfahren soll eine Rauheit erzielt werden, die der Ausgangsrauheit der Oberfläche
entspricht.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten
Gattung derart zu verbessern, daß bei gleichmäßiger und schneller Abtragung der Oberfläche nach Erreichen
der jeweils gewünschten Ätztiefe eine glatte im wesentlichen kupferfreie Oberfläche -erzeugt wird,
deren Rauheit geringer ist als die des Ausgangswerkstücks.
ίο Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch das im
Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegebene Dreistufenverfahren.
Durch die erste Bearbeitungsstufe wird ein schnelles und im wesentlichen gleichmäßiges Abtragen der
is Werkstückoberfläche gewährleistet Die dafür benutzte
wäßrige Ätzlösung ist aus der DE-OS 20 50 499 bekannt Bei dem in dieser Offenlegungsschrift beschriebenen
Verfahren wird diese Ätzlösung benutzt, um Druckplatten, insbesondere Halbtonplatten, Namensschilder,
Schablonen oder dergleichen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen im Photogravierverfahren herzustellen,
durch das die nicht zu ätzende Oberfläche mit einer Schutzabdeckung versehen wird. Bei diesen
Ätzverfahren wird ein differentielles Anätzen der Oberfläche mit einer geringen Tiefe angestrebt, um
entweder direkt oder nach einem Abdruck eine optische Unterscheidung gegenüber der nicht geätzten Oberfläche
zu erreichen. Die Rauhigkeit der geätzten Fläche ist dabei im allgemeinen geringer ais die Rauhigkeit der
nicht behandelten Oberfläche. Zur Werkstückformgebung und Oberflächenglättung ist dieses bekannte
Verfahren jedoch genausowenig geeignet wie das in der GB-PS 12 23 310 beschriebene Verfahren, welches
unter Anwendung ähnlicher Ätzlösungen die Herstellung von HHbtonpIatten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen
durch Ätzen beinhaltet
Die im ersten Verfahrensschritt durch Ätzen formgebend bearbeitete Werkstückoberfläche wird durch den
in der dritten Stufe folgenden Ätz Vorgang mittels
alkalischer Ätzlösung geglättet, wobei die optimale Glättung dadurch zustande kommt, daß in dem zweiten
Verfahrensschritt das abgelagerte Kupfer durch die wäßrige verdünnte Salpeterlösung entfernt wird, so daß
die durch Oberflächenkupferteilchen bewirkte Buckelbildung vermieden und eine durchgehend glatte
Oberfläche erlangt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich beim Bau von Gasturbinenstrahltriebwerken für Flugzeuge als
besonders vorteilhaft erwiesen. Hierbei besteht die allgemeine Forderung, alle Teile gewichtsmäßig so
leicht wie möglich herzustellen, so daß sich die Verwendung von Aluminium-Legierungen überall dort
anbietet wo dies die auftretenden Temperaturen zulassen, d. h. insbesondere im Kompressorteil bzw. mit
dem dem Kompressor vorgeschalteten Gebläse. Dabei besteht für die der Luftströmung ausgesetzten Oberflächen
die zusätzliche Forderung eines strömungstechnisch optimalen und geglätteten Oberflächenaufbaus,
um die Strömungsreibung und damit verknüfte Wirbelbildung weitgehend zu vermindern.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung hat die Erfindung beispielsweise bei der Bearbeitung des
Strömungsteilerrings erfahren, der bei einem von der Anmelderin hergestellten Frontgebläsetriebwerk An-
f>5 wendung findet, um den äußeren ringförmigen Gebläseluftstrom
von der das Kerntriebwerk und ihre Kompressoren durchsetzende Strömung zu trennen.
Hier ist des crfindun^s^emaBe Verfahren besonders
Hier ist des crfindun^s^emaBe Verfahren besonders
zweckmäßig in der Anwendung, weil durch das Ätzfräsen der ersten Stufe schnell die strömungstechnisch
optimale Oberflächengestalt erhalten werden kann, die dann ohne weitere Formveränderung
geglättet wird.
Vorzugsweise wird in der zweiten Verfahrensstufe zur Entfernung des abgelagerten Kupfers eine 10%ige
wäßrige Salpetersäurelösung benutzt Die für die dritte Verfahrensstufe benutzte Ätzlösung besteht vorzugsweise
aus einer 15%igen wäßrigen Natriumhydroxidlösung, durch welche die Glättung gewährleistet wird.
Die für die erste Verfahrensstufe benutzten Nitrationen
können aus Salpetersäure, jedoch aus einem ihrer Salze, z. B. auf Kupfernitrat gewonnen werden.
Nachstehend werden einige Verfahrensbeispiele erläutert:
Eine wäßrige Ätzlösung für die Verfahrensstufe 1 wurde dadurch hergestellt, daß Kupferchlorid in einer
Mischung von Salzsäure, Salpetersäure und Wasser gelöst wurde, bis die Lösung die folgende Zusammensetzung
hatte:
H+ -2n
NO3- -In
Ein Werkstück aus einer geschmiedeten Aluminiumlegierung (2,4% Kupfer, 1,5% Mg, 1,2% Ni, 1% Fe und
der Rest Aluminium und Verunreinigungen) wurde in dieser Lösung eine Stunde lang geätzt, während die
Lösung mit Luft in Bewegung gesetzt wurde und die Temper., .ur auf 45° C gehalten wurde. Dann wurde das
Werkstück aus der Lösung entnommen und mit Wasser abgespült Anschließend wurde das abgelagerte Kupfer
in einer zweiten Verfahrensstufe durch Eintauchen in eine 10%ige wäßrige Lösung von Salpetersäure
entfernt Nach einer weiteren Wasserspülung wurde das Werkstück in einer dritten Verfahrensstufe 3 Minuten
lang in einer 15%igen wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid geätzt und dabei auf einer Temperatur von 80° C
gehalten. Hierdurch wurde die Oberfläche glatt bei einer gleichmäßigen Ätztiefe.
Ein gleiches Ergebnis kann erhalten werden, wenn die
vorstehend gekennzeichnete Legierung in der ersten Verfahrensstufe mit einer wäßrigen Ätzlösung behandelt
wird, die eine größere Menge von Kupferionen, nämlich 29 g/l aufweist.
Es hat sich gezeigt daß auf die vorstehend geschilderte Weise auch eine Aluminiumlegierung mit
Vorteil behandelt werden kann, die 4% Cu, 0,6% Mg, 0,8% Si, 0,8% Mn mit dem Rest Aluminium und
Verunreinigungen enthält
Es wurde eine wäßrige Ätzlösung für die erste
Verfahrensstufe dadurch hergestellt daß Kupferchlorid in einer Mischung von Salzsäure, Schwefelsäure und
Wasser gelöst wurde, bis sich die folgende Zusammensetzung ergab:
H+ -24 η
NO3- -13 η
Ein Werkstück aus einer geschmiedeten Aluminiumlegierung (Zusammensetzung: 6% Cu, 0,2% Mg, 0,2%
Si, 0,25% Mn, 1,5% Ti; Rest Aluminium und
Verreinigungen) wurde bis auf eine Tiefe von etwa
to 5 mm geätzt und die Ätzlösung wurde dabei mit Luft bewegt und auf einer Temperatur von 45° C gehalten.
Nach einer Behandlung durch Eintauchen in eine 10%ige wäßrige Lösung von Salpetersäure wurde eine
weitere Schicht von einer Dicke von 0,075 mm durch
is Ätzen in einer 15%igen Lösung von Natriumhydroxid
entfernt die auf einer Temperatur von 80° C gehalten wurde. Die Oberfläche war glatt und maximale
erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt durchgeführt: Ein Versuchswerkstück der gleichen Legierungszusammensetzung
wurde in eine übliche 5%ige wäßrige Ätzlösung eingetaucht die 97 Teile Natriumhydroxid
und 3 Teile Natriumsulfid enthielt Die Lösung wurde auf einer Temperatur von 90° C gehalten, und die freie
Oberfläche wurde bis auf eine Tiefe von eiwa 5 mm geätzt Danach wurde das Werkstück abgewaschen und
getrocknet wobei sich eine rauhe Ätzoberfläche ergab, die Tiefenunterschiede bis zu 2 mm aufwies, d. h.
gegenüber der Oberfläche, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt war, Tiefenunterschiede
der 6fachen Größe.
Eine wäßrige Ätzlösung wurde durch Lösung von Kupferchlorid in Salzsäure, Salpetersäure und Wasser
hergestellt und zwar mit der folgenden Zusammensetzung:
H+ -4n
NO3- -3 η
Ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung (Zusammensetzung: 2,4% Cu, 1,5% Mg, 1,2% Ni, 1% Fe
und der Rest Aluminium und Verunreinigungen) wurde in dieser Lösung geätzt, wobei die Lösung durch Luft in
Bewegung gesetzt und auf einer Temperatur von 15° C gehalten wurde. Die freie Oberfläche wurde in einer
Tiefe von 3,7 mm geätzt. Dann wurde das Werkstück
aus der Ätzlösung entnommen und unter Wasser abgespült Dann wurde es in eine 10%ige wäßrige
Lösung von Salpetersäure eingetaucht, um das abgelagerte Kupfer zu entfernen. Dann wurde das Werkstück
wiederum in Wasser abgewaschen und es wurden weitere 0,075 mm der freien Oberfläche abgetragen,
indem das Werkstück in einer wäßrigen Lösung von Natriumhydroxid geätzt wurde, die eine Temperatur
von 80° C besaß. Die sich hierbei ergebende Oberfläche war glatt mit Tiefenunterschieden von nur 0,25 mm.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Errelung glatter Oberflächen von Schmiedewerkstücken aus einer kupferhaltigen Aluminium-Legierung, unter Säurebehandlung und Spülungen, gekennzeichnet durch die Behandlung mit einer an sich bekannten wäßrigen Ätzlösung, die 5 bis 10OgA Kupferionen, WasserstofHonen in einer Menge zwischen 1,5 η und 6,0 η und Nitrationen in einer Konzentration zwischen 0,5 η und 0,5 η enthält, wobei die Normalität der Nitrationen niedriger eingestellt ist als die Normalität der Wasserstoffionen, Spülung der Werkstücke, gefolgt von einer Behandlung mit einer wäßrigen verdünnten Salpetersäurelösung zur Entfernung des abgelagerten Kupfers, nochmalige Spülung der Werkstücke und durch nachfolgende Behandlung mit einer verdünnten wäßrigen Natriumhydroxidlösung zur Glättung der Oberfläche.
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OGA | New person/name/address of the applicant | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |