DE3442591C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hart-Anodisation von im Vakuumdruckguß hergestellten Aluminium-Gußteilen mit einem Silicium-Gehalt von mehr als 5%, einem Strontium- Gehalt von 0,005-0,08% und/oder einem Natriumgehalt von 0,003-0,02%.

Aus der Zeitschrift "Gießerei", 1982, Heft 19, Seite 521 ff., ist es bekannt, vergütbare Aluminiumgußstücke durch Vakuum­ druckgießen herzustellen. Die dabei verwendeten AlSi-Legie­ rungen können auch aushärtende Zusatzelemente, wie Cu, Zn, Mg aufweisen. Durch die dort beschriebenen Maßnahmen wird erreicht, daß die Gasporosität der hergestellten Druckguß­ teile so gering ist, daß eine nachfolgende Lösungsglühbehand­ lung und Wärmeauslagerung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Gußstücke durchgeführt werden kann. In allen Fällen innere und äußere Blasenbildung und Gefügeauflockung sowie Rißbildung überstanden wurde.

Nach dieser Veröffentlichung ist es Ziel der Wärmebehandlung, eine möglichst hohe Festigkeit zu erreichen. Dies erfolgt erst bei längeren Glühzeiten und entsprechend hohen Tempera­ turen von etwa 500°C.

Aus der Zeitschrift "Aluminium 1978", Seite 396 ff., ist die Erzeugung und Anwendung von Hartoxidschichten an Konstruktions­ elementen aus Aluminium bekannt. Danach muß bei Legierungen mit hohem Anteil an Silicium oder Kupfer mit größeren Schwan­ kungsbreiten der Schichtdickentoleranz gerechnet werden (Bild 2, Seite 397).

Zwar lassen sich dabei Schichtdicken bis zu 100 µm erzeugen, die Schichten weisen aber selbst an mechanisch vorbearbei­ teten Flächen ein ungleichmäßiges Schichtwachstum auf (Bild 2, S. 397 der Veröffentlichung "Aluminium" 1978, S. 396 ff.). Hierdurch ergibt sich bei mechanischer Beanspru­ chung ein geringerer Verschleißwiderstand, da auch bei hoher Schichthärte die Verschleißfestigkeit von den Schwachstellen der Oxidschicht her begrenzt ist.

Insbesondere Druckgußlegierungen wie GD-AlSi12, GD-AlSi12(Cu) und GD-AlSi9Cu3 lassen sich nur mit Hilfe von Sonderverfahren hartanodisieren (Aluminium-Taschenbuch, 14. Auflage 1983, S. 725; R. Nissen, "Verschleißfeste Oberflächenschichten auf Aluminium - Hartanodisation", Metalloberfläche 36, (1982) 4, Seite 148-149; "Korrosions- und Verschleißschutz für Alumi­ nium-Druckgußlegierungen", Firmeninformation AHC Kerpen, Metall 37 (1983) 4, Seite 304).

Lediglich bei der Druckgußlegierung GD-AlMg9 ist nach dem bsiherigen Stand der Technik eine Hartanodisation nach dem Gleichstrom-Schwefelsäureverfahren (GS-Verfahren) bzw. dem Gleichstrom-Schwefelsäure-Oxalsäureverfahren (GSX-Verfahren) bei niedriger Temperatur (0-5°C) möglich. Si-haltige Druck­ gußlegierungen erfordern beim Hartanodisieren hingegen die Anwendung von aufwendigen Sonderverfahren mit bestimmten Elektrolytmischungen bzw. Stromformen wie Gleichstrom mit überlagertem Wechselstrom (H. Winterhager, R. Nissen, "Hart­ anodisation mit Wechselstromüberlagerung", DFBO-Mitteilungen (1973) 10, Seiten 174-182) sowie Pulsanodisation (DE- OS 32 44 217). Andererseits lassen sich insbesondere kompli­ ziert geformte Druckgußteile nur gießen, wenn Legierungen mit höheren Si-Gehalten verwendet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von gut anodisierbaren Druckgußteilen mit Si-Ge­ halten über 5%, ggf. unter Zusatz von 1-5% Cu, hergestellt durch Vakuumdruckgießen, anzugeben, das es ermöglicht, auf Guß­ stücken aus diesen Legierungen besonders wirtschaftlich nach dem GS- bzw. GSX-Verfahren eine verschleißfeste, gleichmäßig ausgebildete Hartoxidschicht herzustellen.

Erfindungsgemäß wird dies durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.

Die Erfindung ermöglicht nun bei einer speziellen Wärmebe­ handlung der Gußstücke unter Zusatz von Natrium, Strontium, ggf. von Antimon, Calcium, Barium und Lanthan zur Legierung eine Anodisationsschicht auf dem Gußteil mit gleichmäßigem Schichtaufbau.

Die Zugabe von weiteren Legierungsbestandteilen, wie Anti­ mon, Calcium, Barium und/oder Lanthan sorgt für ein besonders glattes, dichtes Gefüge im Druckgußteil. Es sind keine Lunker oder Poren an der Gußoberfläche zu erkennen.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Aluminium-Gußteil zu­ sätzlich 1-5% Kupfer aufweist. Dann bildet sich eine gleichmäßige Hartoxidschicht mit hoher Schichtdicke aus. Bei einem Si-Gehalt zwischen 8 und 14% hat es sich gezeigt, daß die Oberflächenschicht nach der Hartanodisation besonders verschleißfest ist. Die in den Unteransprüchen 3-5 ange­ gebenen Zusatzelemente entfalten ihre Wirkung besonders gün­ stig bei Glühtemperaturen zwischen 430 und 480°C.

Die erfindungsgemäß angewandten Temperaturen ermöglichen nun bei einer speziellen Wärmebehandlung der Gußstücke unter Zu­ satz von Natrium, Strontium, ggf. von Antimon, Calcium, Barium und/oder Lanthan zur Legierung, daß eine Hartanodisations­ schicht auf den Gußteiloberflächen mit sehr gleichmäßigem Schichtaufbau erzeugt werden kann.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Glühbehandlung des Gußteils eine Einformung der Silicium-Partikel und eine homogene Verteilung be­ wirkt.

Bei der Hartanodisation hat dies zur Folge, daß im Unter­ schied zu nicht geglühten Gußteilen die relativen Unter­ schiede der Oxidschichten gering sind. Zudem steigt die Anodisationsspannung beim Hartanodisieren langsamer an, weshalb weniger Wärme erzeugt wird. Daraus folgt eine geringere chemische Rücklösung der Oxidschicht und damit eine größere Härte und höhere Verschleißfestigkeit. Auch das Aussehen der Oxidschicht wird dadurch einheitlicher.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs­ beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Ein Gußteil aus GD-AlSi10Mg (10% Si, 0,3% Fe, 0,25% Mg) mit einem Sr-Zusatz von 0,02%, hergestellt im Vakuum­ druckgießverfahren, wurde nach Abdrehen der Oberfläche ent­ fettet, kurz gebeizt und nach dem GSX-Verfahren mit einer Stromdichte von 2 A/dm² während 70 min bei 10°C anodisiert. Hierbei trat an der Oberfläche des Gußteiils eine deutliche Gasbildung auf. Die bei dem Stromdurchgang von 140 A min/dm² theoretisch mögliche Schichtdicke ("Aluminium" 41 (1965) 7, Seiten 417-422) von 46 µm wurde nicht erreicht. Im Quer­ schliff wurde eine Schichtdicke von 30 µm mit Einzelwerten bis herunter zu 20 µm gemessen.

Eine Parallelprobe wurde nach dem Gießen 15 min bei 480°C geglüht, in Wasser abgeschreckt und 2 Stunden bei 150°C warm ausgelagert. Bei Anwendung derselben Anodisationsbedingungen wurde an der Oberfläche dieses Teils nur eine schwache Gasbil­ dung beobachtet. Dabei konnte eine wesentlich dickere Oxid­ schicht von 40-45 µm entsprechend der theoretisch möglichen Schichtdicke ("Aluminium" 41 (1965) 7, Seiten 417-422) erzeugt werden. Die relative Schichtdickenschwankung war geringer als bei dem nicht wärmebehandelten Gußteil.

Zusätzlich wurde das Abriebverhalten der beiden Proben mit Hil­ fe des Abriebgeräts "Typ 317 neu" von der Firma Erichsen unter­ sucht ("Aluminium" 54 (1978) 8, Seiten 510-514). Hierbei wird die Oberfläche der Oxidschicht mit Hilfe eines mit Schmirgelpapier belegten Reibrades, das auf einer Fläche von 12×30 mm hin- und herbewegt wird, abgerieben. Die Schichtdicken­ abnahme wird in Abhängigkeit von der Anzahl der Hin- und Her­ bewegungen ("Doppelschübe") bestimmt. Als Anpreßdruck werden 4 N gewählt. Das Ergebnis dieser Versuche für die beschriebenen Proben ist in Fig. 1 dargestellt. Während die Oxidschicht der ersten Probe (unbehandelt) nach 2000 Doppelschüben um 16 µm ab­ genommen hatte, betrug der Abtrag bei der zweiten Probe (wärme­ behandelt) nur 6 µm. Außerdem war die Schichtdickenabnahme im oberflächennahen Bereich (bis zu 800 Doppelschüben) bei der un­ behandelten Probe wesentlich höher; d. h., die äußere Oberfläche der Oxidschicht, die in der Praxis zuerst beansprucht wird, war relativ weich.

Beispiel 2

Ein Gußteil aus GD-AlSi12Su (11% Si, 0,9% Fe, 1% Cu, 0,4% Mg), veredelt mit 0,01% Na, wurde im Vergleich zu einem Gußteil der­ selben Art aus GD-AlMg9 (8,4% Mg, 1,1% Si, 0,6% Fe) untersucht. Die Wärmebehandlung wurde gemäß der folgenden Tabelle durchge­ führt. Anodisiert wurde 120 min nach dem GSX-Verfahren mit einer Stromdichte von 3 A/dm², wobei theoretisch eine Oxidschichtdicke von 120 µm zu erwarten war. An ebenen, vor der anodischen Oxi­ dation mechanisch bearbeiteten Oberflächen wurde mit Hilfe des nach dem Wirbelstromverfahren arbeitenden Meßgeräts "Permascope" (DIN 50 984) die Schichtdicke gemessen.

Die Meßergebnisse waren wie folgt:

Wie die Aufstellung zeigt, waren die Schwankungen der Oxid­ schichtdicke bei GD-AlSi12Cu im Zustand "Guß unbehandelt" sehr groß, während bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens (veredelte Schmelze und Wärmebehandlung des Gußteiles) eine für Druckgußlegie­ rungen bei der anodischen Oxidation sehr gleichmäßige Schichtdicke erzielt wurde. Bei der bekannt gut anodisierbaren Legierung GD-AlMg9 waren hingegen - unabhängig von den in derselben Weise durchgeführten Wärmebehand­ lungen - die Schichten annähernd gleich. Auf Grund dieses Befunds war das andersartige Verhalten der Druckgußlegierung GD-AlSi12Cu nicht zu erwarten.

Das Abriebverhalten der anodisierten Proben wurde in derselben Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, geprüft.

Hierbei ergaben sich die folgenden Abriebfestigkeiten:

Die anodisierten Proben aus GD-AlSi12Cu zeigten eine erheb­ liche Verbesserung der Abriebfestigkeit bei Anwendung der auf­ geführten Wärmebehandlung vor der anodischen Oxidation, während dieselbe Wärmebehandlung bei GD-AlMg9 sich auf die Abriebfestigkeit nicht auswirkte.

Claims (6)

1. Verfahren zur Hart-Anodisation von im Vakuumdruckguß hergestellten Aluminium-Gußteilen mit einem Silicium- Gehalt von mehr als 5%, einem Strontium-Gehalt von 0,005-0,08% und/oder einem Natriumgehalt von 0,003- 0,02%, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile vor der Anodisation nach dem GS- oder GSX-Verfahren einer Glühung bei Temperaturen von mindestens 400°C für die Dauer von 3-20 Minuten unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vergossene Schmelze 0,001-0,1% Antimon, Calcium, Barium und/oder Lanthan enthält.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Aluminiumgußteil zusätzlich 1-5% Kupfer aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Silicium-Gehalt zwischen 8 und 14% liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühtemperatur zwischen 430 und 480°C liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartanodisation bei Temperaturen von 0-15°C durchgeführt wird.