DE3724614A1

DE3724614A1 - Aluminiumverbundgegenstand und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3724614A1
Application number: DE19873724614
Authority: DE
Inventors: Charles Covino
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-07-24
Filing date: 1987-07-24
Publication date: 1988-01-28
Anticipated expiration: 2007-07-25
Also published as: US4784732A; DE3724614C2; GB8717204D0; GB2193974A; GB2193974B; CA1314834C

Description

Die Erfindung betrifft einen verbesserten Aluminiumgegen stand und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Aluminiumgegenstände mit behandelten oxidierten Oberflächen sind gut bekannt. Die niedrige Reibung und die hohe Korro sionsbeständigkeit ihrer Oberflächen haben solche Aluminium gegenstände für die Technik sehr gut geeignet gemacht. Alu miniumgegenstände mit einer dünnen Schicht aus porösem un regelmäßigem grobkristallinem Aluminiumoxid auf ihrer Ober fläche und mit einer dünnen Versiegelung von porösem Oxid sind von besonderer Eignung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Überzug sehr fest und zäh an dem Aluminiumsubstrat haftet und daher hoch abriebfest ist. Vergleiche z. B. US-PS 35 33 920 und 35 74 071.

Jedoch ist für viele Anwendungszwecke, bei denen es auf das geringe Gewicht und die Festigkeit von Aluminium und die niedrigen Reibungseigenschaften ankommt, die Festigkeit, die Härte und die Korrosionsbeständigkeit (z. B. die Salzwas serbeständigkeit) von solchen beschichteten Aluminiumober flächen nicht ausreichend. Dies trifft beispielsweise für Teile von Flugzeugen und Elektrizitätswerken zu. Es besteht daher ein Bedürfnis nach einer harten oxidierten Aluminium oberfläche, die eine erhöhte Festigkeit, eine erhöhte Härte und eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit aufweist, wobei diese Eigenschaften besser sein sollen wie bislang bekannt.

Durch die Erfindung wird nun ein verbesserter Aluminiumver bundgegenstand bzw. zusammengesetzter Aluminiumgegenstand zur Verfügung gestellt, der

a) eine Innenschicht aus Alu minium,
b) eine Zwischenschicht aus porösem grobkristallinem Aluminiumoxid, die mit der Innenschicht integral bzw. ein heitlich bzw. einteilig ist, und
c) gewünschtenfalls eine Außenoberfläche eines Schmiermittels, beispielsweise von Graphit, Siliconharz, Molybdänsdisulfid, Polymeren und Nylon und dergleichen, aufweist.

Obgleich die Oberfläche das End aussehen des Gegenstands verbessern kann und dessen Funktion verbessern kann, ist ihre Aufbringung auf den Gegenstand nicht erforderlich oder notwendig. Die erfindungsgemäße Verbesserung des Aluminiumverbundgegenstands umfaßt, daß:
mindestens ein Salz mit einem Anion, einem Kation oder beiden eines zweiwertigen oder dreiwertigen Metalls in dem Kristallgitter des Aluminiumoxids in der Zwischenschicht absorbiert ist und diese vorzugsweise sättigt, wodurch mit dem Aluminiumoxid ein Komplex gebildet wird, der eine er höhte Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit auf weist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindundg um faßt die Struktur des Aluminiumoxids in der Zwischenschicht hoch zellförmige, längsförmige Kristalle, die in der Form von hohlen rohrförmigen Dendriten vorliegen, welche dicht auf der Oberfläche der Innenschicht des Aluminiums gepackt sind. Sie werden in einem sauren Bad elektroytisch gebil et, indem man:
den angelegten Strom vom Beginn bis zum Ende des Ver fahrens von einer Spannung von etwa 5 bis 15 V mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 bis 3 V/min auf eine Spannung von etwa 65 bis 85 V erhöht.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Kristallgitter des Aluminiumoxids in der Zwischenschicht im wesentlichen mit mindestens einem Salz gesättigt, das ein Kation, ein Anion oder beide eines zweiwertigen oder dreiwertigen Metalls aufweist. Dies erfolgt durch ein Ver fahren mit den Stufen:
Entwässerung bzw. Dehydratisierung des Aluminiumoxids, um es hygroskopisch zu machen, und
anschließende Behandlung des Aluminiumoxids mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension, die das Salz enthält.

Der erfindungsgemäße Verbundgegenstand wird aus einem Alu miniumsubstrat hergestellt, das reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein kann und das geschmiedet, gegossen oder gehämmert sein kann. Nach Reinigung der Oberfläche des Aluminiumsubstrats wird in der Weise eine Aluminiumoxid schicht elektrolytisch auf der Oberfläche des Aluminiumsub strats gebildet, daß das Aluminiumoxid mit dem Grundalumi nium integral bzw. einheitlich bzw. einteilig ist und un regelmäßig, grobkristallin und hochporös ist. Dies gestat tet es, Oberflächen aus einem Material mit niedriger Rei bung auf die Aluminiumoxidschicht aufzubringen, um alle Zwischenräume und Poren des Aluminiumoxids im wesentlichen zu füllen und dieses fest und zäh gebunden an die Aluminium oxidschicht und dadurch auf die Oberfläche des Grundalumi niums zu binden, um einen Gegenstand mit verbesserter Funktion und verbessertem Aussehen zur Verfügung zu stellen.

Erfindungsgemäß wird, wie unten beschrieben, die Aluminium oxidschicht in der Weise gebildet, daß der angelegte Strom vom Beginn bis zum Ende des elektrolytischen Prozesses kon tinuierlich erhöht wird. Die resultierende einzigartige Struktur umfaßt hoch zellförmige, längsförmige Aluminium oxidkristalle in Form von hohlen rohrförmigen Dendriten, die dicht auf der Oberfläche des Aluminiumsubstrats gepackt sind.

Ebenfalls wird erfindungsgemäß die Aluminiumoxidschicht, wie unten beschrieben, dadurch modifiziert, daß sie einmal oder mehrmals mit einer Lösung oder Suspension behandelt wird, die ein oder mehrere Salze mit einem Anion, einem Kation oder beiden eines zweiwertigen oder dreiwertigen Metalls enthält, so daß jedes Salz bzw. alle Salze im Kristallgitter des Aluminiumoxids absorbiert wird bzw. werden. Vorzugsweise sättigt bzw. sättigen das absorbierte Salz bzw. die absorbierten Salze das Kristallgitter des Alu miniumoxids. Es wird angenommen, daß solche wäßrigen chemi schen Verbindungen auf diese Weise einen härteren, festeren und korrosionsbeständigeren Komplex mit dem Aluminiumoxid ergeben. Es wird auch angenommen, daß die Sättigung des Alu miniumoxidkristallgitters mit einem solchen Salz bzw. mit solchen Salzen bewirkt, daß die Zwischenräume und Poren des Aluminiumoxids mindestens zum Teil durch das Salz bzw. die Salze gefüllt werden. Auf diese Weise wird die Dichte der Aluminiumoxidschicht erhöht. Beispiele für Salze, die zur Modifizierung des Aluminiumoxids verwendet werden können, sind die niederen Alkanate (z. B. das Acetat oder Formiat) von Nickel, Kobalt, Blei, Zink und Kupfer und die Ammonium-, Alkalimetall- und Erdalkalimetalldichromate und -molybdate sowie andere herkömmliche Salze, die zum Versiegeln von Alu miniumoberflächen verwendet werden. Bei dieser Behandlung wird die Aluminiumoxidschicht vorzugsweise mit einem oder mehreren Salzen gesättigt, indem das Aluminiumoxid entwäs sert bzw. dehydratisiert bzw. getrocknet wird und sodann mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension jedes Salzes be handelt wird, so daß das Salz durch die hygroskopische Aluminiumoxidschicht absorbiert wird. Vorzugsweise wird die Modifizierung der Aluminiumoxidschicht mehr als einmal durchgeführt, wobei mehrere Salze verwendet werden, und das Aluminiumoxid zwischen jeder Behandlung mit einem verschie denen Salz entwässert wird, bis die Aluminiumoxidschicht im wesentlichen mit den mehreren Salzen gesättigt ist. Die resultierende modifizierte Aluminiumoxidschicht kann sodann mit einem äußeren Überzug oder Film behandelt werden, wie vorstehend beschrieben wurde.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen verbesserten Ver bundgegenstands kann zu Beginn die Oberfläche des Aluminium substrats in herkömmlicher Weise gereinigt werden, um Staub, Schmutz, Oxidüberzüge etc. zu entfernen. Das Reini gungsverfahren wird für verschiedene Aluminiumlegierungen variieren, doch können im allgemeinen herkömmliche Methoden zur Vorbereitung von Aluminium für die Anodisierung bei diesem Verfahren angewendet werden. In dieser Hinsicht kann Alkali (z. B. eine heiße wäßrige Natriumhydroxidlösung) da zu verwendet werden, um Fett und Oxidüberzüge zu entfernen. Säuren (z. B. warme wäßrige Chromsäure-Salpetersäure) können dazu verwendet werden, um Schmutz zu entfernen. Vorzugswei se wird das Aluminiumsubstrat in einer Stufe mit einem wäß rigen chelatisierten alkalischen Bad, das etwa 30 bis 67 g/l (4 bis 9 oz./gal.) Natriumhydroxid und Komplexierungs- und Sequestrierungsmittel, beispielsweise mit einem pH von etwa 9 bis 11, enthält und das eine Temperatur von etwa 51,7 bis 60,0°C (125 bis 140°F) aufweist, gereinigt.

Nach dem Waschen des Aluminiumsubstrats, um die Reinigungs lösung(en) zu entfernen, kann die Aluminiumoxidschicht auf dem Aluminiumsubstrat durch elektrolytische Behandlung in einem oxidierenden sauren Bad wachsen gelassen werden. Das Substrat kann als Anode dienen. Hohe Spannungen und Strom dichten können dazu verwendet werden, um in herkömmlicher Weise eine hochporöse Aluminiumoxidschicht zu bilden. Es kann ein nichtätzendes saures Bad für das elektrolytische Wachsenlassen von Aluminiumoxidkristallen verwendet werden, das etwa 4 bis 8 Vol.-% Schwefelsäure (60° Baum´), jeweils etwa 0,5 bis 3% einer oder mehrere Carbonsäuren, wie Oxal säure, Salicylsäure, Malonsäure, Gerbsäure oder Bernstein säure, wobei die bevorzugte Menge insgesamt bis etwa ¹/₅ der Konzentration der Schwefelsäure beträgt, und etwa 37 bis 187 g/l (5 bis 25 g/gal.) Zucker (z. B. Saccharose) ent hält. Vorzugsweise enthält das Bad auch etwa 30 bis 204 g/l (0,25 bis 1,7 lbs./gal.) sehr fein verteiltes Kohlepulver (z. B mit etwa 3 bis 6 µm), um die elektrische Leitfähig keit des Bades bei hohen Spannungen zu erhöhen. Ein bevor zugtes Bad enthält: etwa 112 bis 150 g/l (15 bis 20 oz./gal.) Schwefelsäure (66° Baum´), etwa 15 bis 22 g/l (2 bis 3 oz./ gal.) Malonsäure, etwa 15 bis 30 g/l (2 bis 4 oz./gal.) Oxalsäure, etwa 60 bis 120 g/l (0,5 bis 1 lbs./gal.) Koh lepulver und etwa 15 bis 30 g/l (2 bis 4 oz./gal.) Saccha rose.

Während der Bildung der Aluminiumoxidschicht wird das sau re Bad hoch durchgeführt, und hohe Konzentrationen von ge löstem Sauerstoff werden in dem Bad aufrechterhalten, indem große Mengen [z. B. mindestens etwa 14,2 l, vorzugsweise et wa 28,3 bis 42,5 l (etwa 0,5, vorzugsweise etwa 1 bis 1,5 cubic foot) pro Minute pro 3,8 l (pro Gallone)] Luft durch das Bad hindurchgeleitet werden, um den Rühr- und Sauer stoffbedarf des Bades zu decken. Gewünschtenfalls kann auch ein herkömmliches Netzmittel zu dem Bad, z. B. ein Alkyl arylpolyetheralkohol-Netzmittel, wie es unter dem Warenzei chen Triton X-100 von Rohm and Haas Corp., Philadelphia, Pa., verfügbar ist, zugesetzt werden. Das Bad wird vorzugs weise bei einer Temperatur von etwa -3,8 bis 26,7°C (25 bis 80°F), insbesondere etwa -3,3 bis 2,2°C (26 bis 36°F), gehalten, und die Temperatur des Bades wird nicht wesent lich während der elektrolytischen Bildung der Oxidschicht, insbesondere bei Verwendung von hohen Stromdichten, anstei gen gelassen. Bei der Durchführung dieses Verfahrens kön nen eine Spannung von etwa 5 bis 130 V und eine Stromdichte von etwa 1,1 bis 16,5 A/dm² (10 bis 150 amps/sq. ft.) ver wendet werden. Weiterhin können herkömmliche Techniken zum elektrolytischen Wachsenlassen von Aluminiumoxdkristallen auf Aluminiumsubstraten angewendet werden. Um jedoch die einzigartige hoch zellförmige Struktur der erfindungsge mäßen Aluminiumoxidschicht mit länglichen Kristallen in Form von hohlen rohrförmigen Dendriten, die dicht auf der Oberfläche des Aluminiumsubstrats gepackt sind, zu erhalten, sollte der angelegte Strom zwischen die Anode und die Ka thode stetig und kontinuierlich vom Beginn bis zum Ende des Verfahrens erhöht werden. Vorzugsweise wird die Spannung von etwa 5 bis 15 V auf etwa 65 bis 85 V und die Stromdichte von etwa 1,1 bis 3,3 A/dm² (10 bis 30 amps/sq. ft.) auf et wa 6,6 bis 8,8 A/dm² (60 bis 80 amps/sq. ft.) erhöht. Die Spannung wird um etwa 1 bis 3, vorzugsweise 2 bis 3 V/min, erhöht, und die Stromdichte wird um etwa 0,11 bis 0,33 (1 bis 3), vorzugsweise 0,17 bis 0,28 A/dm² min (1,5 bis 2,5 amps/sq. ft./min), je nach der Zusammensetzung der Alu miniumlegierung, erhöht. Hierdurch wachsen kleine feine Aluminiumoxidkristalle mit hoher Dichte auf dem Aluminium substrat am Beginn, und die kleinen feinen Kristalle bilden hohle rohrförmige dendritische Kristalle, wenn der Strom während des Verfahrens zunimmt. In dieser Hinsicht wird die Anwendung von niedrigen Anfangsspannungen von etwa 5 bis 15 V, von hohen Endspannungen von etwa 65 bis 85 V und ei ner Spannungserhöhung mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 bis 3, vorzugsweise etwa 2 bis 3 V/min, als sehr wichtig angesehen.

Eine geeignete Aluminiumoxidkristallstruktur mit einer Dicke von mindestens etwa 0,0127 mm (0,0005 inch), vorzugs weise mindestens etwa 0,0254 mm (0,001 inch), bis zu etwa 0,127 mm (0,005 inch) für bestimmte Aluminiumlegierungszu sammensetzungen kann elektrolytisch innerhalb von etwa 30 min gebildet werden. Dieser Prozeß kann jedoch weniger Zeit oder mehr Zeit (z. B. bis zu etwa 90 min), je nach der gewünschten Dicke der Aluminiumoxidkristallstruktur und der Zusammensetzung der Aluminiumlegierung, in Anspruch nehmen. Es wird jedoch bevorzugt, daß der Prozeß nicht mehr als etwa 20 min in Anspruch nimmt. Vorzugsweise wird die Alu miniumoxidkristallstruktur gemäß der Erfindung nur bis zu einer Dicke wachsen gelassen, die ihre Starrheit und Härte nicht nachteilig beeinflußt, was im allgemeinen zwischen etwa 0,381 bis 0,064 mm (0,0015 bis 0,0025 inch) der Fall ist.

Der resultierende Verbundkörper aus der Aluminiumoxid schicht auf dem Aluminiumsubstrat wird sodann gründlich mit entionisiertem, vorzugsweise destilliertem, Wasser gespült, um irgendwelche Rückstände auf den Oberflächen aus dem sau ren Bad zu entfernen. Der Verbundkörper wird sodann ge trocknet und entwässert, um Hydratationswasser, das an dem Kristallgitter der Aluminiumoxidschicht gebunden ist, zu entfernen. Dieser Trocknungsprozeß kann in herkömmlicher Weise bei Temperaturen von etwa 100°C (212°F) oder höher und etwa 15 bis 25 min lang durchgeführt werden. Vorzugs weise wird dieser Trocknungsprozeß mittels eines Zwangsum luft-Trockenofens bei einer Temperatur von etwa 107 bis 149°C (225 bis 300°F) durchgeführt, so daß eine rasche und vollständige Entwässerung des Aluminiumoxids erfolgt.

Vorzugsweise wird die resultierende hygroskopische Alumi niumoxidschicht sodann erfindungsgemäß durch eine erste Be handlung mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension modifi ziert, welche ein oder mehrere der Salze mit einem Anion, einem Kation oder beiden eines zweiwertigen oder dreiwerti gen Metalls enthält. Bei der ersten Behandlung wird das Salz mit dem wäßrigen Medium in dem hygroskopischen Kristallgit ter des Aluminiumoxids absorbiert. Wenn dann, wie unten be schrieben, die Oxidschicht getrocknet wird, bilden die absorbierten Metallanionen, -kationen oder beide aus dem Salz bzw. den Salzen einen härteren, festeren und korrosions beständigeren Komplex mit dem Aluminiumoxid. Bei der Durch führung dieser ersten Behandlung wird die Verwendung einer wäßrigen kolloidalen Suspension bevorzugt, die mindestens zwei Metallsalze, z. B. Kobalt- und Nickelsalze (wie Kobalt acetat und Nickelacetat), enthält. Der pH-Wert der Suspen sion wird vorzugsweise mit einer schwachen Säure, z. B. ei ner niederen Alkansäure (z. B. Essigsäure), so eingestellt, daß er leicht sauer ist (z. B. etwa 5 bis 6 beträgt), um die Salze in Suspension zu halten. Die Anwendung von enthioni siertem, vorzugsweise destilliertem, Wasser in der Suspen sion wird als sehr wichtig angesehen, um eine Verunreini gung des Aluminiumoxids durch im Wasser aufgelöste Verun reinigungen zu verhindern. Die Konzentrationen des zwei wertigen und dreiwertigen Metallsalzes bzw. der Metallsalze in der Suspension sind nicht kritisch, doch wird die An wendung von etwa 2 bis 10 g/l jedes Salzes bevorzugt. Ins besondere wird die Verwendung von beispielsweise etwa 3 bis 8 g/l Nickelacetat zusammen mit etwa 2 bis 5 g/l Kobaltace tat in Betracht gezogen. Bei dieser Behandlung ist die Temperatur der wäßrigen Salzsuspension ebenfalls nicht kri tisch, doch werden erhöhte Temperaturen von etwa 82 bis 99°C (180 bis 210°F) bevorzugt. Auch die Art und Weise der Behandlung der Aluminiumoxidschicht mit der Salzsuspension ist nicht kritisch, und diese erste Behandlung kann geeig neterweise so durchgeführt werden, daß man einfach die Aluminiumoxidschicht zusammen mit ihrem Substrat in die Suspension, beispielsweise etwa 10 bis 40 min lang, ein taucht. Vorzugsweise wird die Eintauchzeit so eingestellt, daß die Menge des Salzes, die durch das Aluminiumoxid wäh rend dieser ersten Behandlung absorbiert wird, kontrolliert wird. In dieser Hinsicht sollte, wenn nur eine einzige solche Behandlung durchgeführt werden soll, das Aluminium oxid in die wäßrige Lösung oder Suspension des Salzes oder der Salze so lange eingetaucht werden, bis es im wesent lichen mit dem Salz bzw. den Salzen gesättigt ist. Wenn aber mehr als eine solche Behandlung durchgeführt werden soll, dann sollte das Aluminiumoxid während der ersten Be handlung nur lang genug eingetaucht werden, um die gewünsch te Menge von Salz(en) von der ersten Behandlung zu absorbieren.

Der resultierende Verbundkörper mit der modifizierten Alu miniumoxidschicht auf dem Aluminiumsubstrat wird sodann gründlich mit entionisiertem Wasser gespült und sodann in der oben beschriebenen Weise getrocknet und entwässert. Vorzugsweise wird sodann die resultierende hygroskopische Aluminiumoxidschicht erfindungsgemäß durch eine zweite Be handlung weiter modifiziert. Bei der zweiten Behandlung wird eine wäßrige Lösung oder Suspension verwendet, die ein oder mehrere Salze mit einem Anion, einem Kation oder beiden eines zweiwertigen oder dreiwertigen Metalls enthält. Bei dieser zweiten Behandlung wird das Salz wiederum mit der Lösung oder Suspension in dem hygroskopischen Kristallgitter des Aluminiumoxids absorbiert. Wenn die Oxidschicht dann, wie unten beschrieben, getrocknet wird, dann bilden die ab sorbierten Metallanionen, -kationen oder beide des Salzes bzw. der Salze einen härteren, festeren und korrosionsbe ständigeren kristallinen Komplex mit dem Aluminiumoxid. Bei dieser zweiten Behandlung wird die Verwendung eines Alkali metalldichromats als einziges Salz bevorzugt. Der pH-Wert der wäßrigen Salzlösung wird vorzugsweise mit einer starken Base, z. B. einem Alkalimetall- oder Erdalkalimetallhydroxid, so eingestellt, daß die Lösung nur leicht sauer ist (z. B. auf einen pH-Wert von etwa 4,5 bis 7). Die Verwendung von entionisiertem Wasser in der Salzlösung wird als sehr wich tig angesehen, um eine Verunreinigung des Aluminiumoxids zu verhindern. Die Konzentrationen der starken Säure, des Salzes und der starken Base in dieser Lösung sind nicht kritisch, doch werden z. B. etwa 75 bis 125 g/l Kaliumdi chromat und etwa 15 bis 25 g/l Kaliumhydroxid bevorzugt. Bei dieser Behandlung ist die Temperatur der wäßrigen Salz lösung ebenfalls nicht kritisch, doch wird eine Temperatur von etwa 90,6 bis 96,1°C (195 bis 205°F) bevorzugt. Die Art und Weise der Behandlung der Aluminiumoxidschicht mit die ser Salzlösung ist gleichfalls nicht kritisch. Diese zweite Behandlung kann geeigneterweise in der Weise durchgeführt werden, daß man einfach die Aluminiumoxidschicht mit ihrem Substrat in die Lösung, beispielsweise etwa 20 bis 40 min lang, eintaucht. Wiederum wird die Eintauchzeit vorzugs weise so eingestellt, daß die Menge Salz, die an dem Alumi niumoxid während der zweiten Behandlung absorbiert ist, kontrolliert wird.

Vorzugsweise stellt die zweite Behandlung die letzte sol che Behandlung zur Modifizierung des Aluminiumoxids dar. Die Eintauchzeit ist genügend, daß das Aluminiumoxid im we sentlichen mit dem kombinierten Salz bzw. den kombinierten Salzen von der ersten und von der zweiten Behandlung ge sättigt wird. Naturgemäß kann die Reihenfolge der Durchfüh rung der ersten und der zweiten Behandlung umgekehrt werden. Gewünschtenfalls können auch weitere Behandlungen mit wäß rigen Lösungen oder Suspensionen anderer Salze, die Anionen, Kationen oder beide von zweiwertigen und dreiwertigen Metal len haben, durchgeführt werden, solange die letzte die ser Behandlungen in einem Aluminiumoxidkristallgitter re sultiert, das im wesentlichen mit den Salzen von den Behand lungen gesättigt ist.

Der resultierende Verbundkörper wird sodann gründlich mit entionisiertem Wasser gespült und sodann, wie oben beschrie ben, getrocknet und rasch entwässert. Auf die hierdurch ge bildete versiegelte Aluminiumoxidschicht kann eines der oben beschriebenen Schmiermittel auf herkömmliche Weise aufge bracht werden.

Die Oberfläche des bei diesem Verfahren hergestellten Ver bundkörpers hat eine einzigartige Kombination von verbes serten Eigenschaften. Die Oberfläche mit niedriger Reibung des Verbundkörpers hat eine Härte von mehr als 64 auf der Rockwell-C-Skala. Mit einem Verbundkörper aus einer Alumi niumlegierung, wie 6061-T6, kann eine Oberflächenhärte von Rc 68 erhalten werden. Der Verbundkörper hat eine Korrosions beständigkeit gegenüber dem Salzspray, gemessen nach der ASTM-Norm B 117-73, die um mindestens etwa 500% über alle derzeit anwendbaren Standards hinausgeht. Die Oberfläche des Verbundkörpers hat eine Abriebbeständigkeit, gemessen nach der ASTM-Norm D 658-81, unter Verwendung eines CS-17- Rades und einer Last von 1000 mg bei 70 Upm, so daß der Ver bundkörper 10 000 Zyklen bei einem Gewichtsverlust von nur 4 bis 6 mg widersteht. Die Lichtechtheit der Oberfläche des Verbundkörpers, gemessen nach der ASTM-Norm 141, Methode 6192, und nach der ASTM-Norm D 2244, ohne Wasserspray geht über 200 Stunden gegenüber dem Licht hinaus. Die Verbund körperoberfläche zeigt beim Test nach der ASTM-Norm B 136-77 keine Verfleckung. Die Impedanz des Verbundkörpers, gemes sen nach der ASTM-Norm B 457-67, geht über 100 kΩ hinaus. Die Impedanz/Admittanz, gemessen nach der ISO-Norm 2931, ist ein Minimum von 20 Mikrosiemens. Die Oberfläche des Ver bundkörpers hat eine Schlagfestigkeit, die etwa 12- bis 20mal größer ist als diejenige ihres Aluminiumsubstrats. Die Oberfläche des Verbundkörpers hat einen effektiven Tem peraturbetriebsbereich von etwa -212°C (-350°F) bis +343,3°C (+650°F) ohne signifikante Veränderungen der Festigkeit, der Zähigkeit oder der selbstschmierenden Eigenschaften.

Claims

1. Aluminiumverbundgegenstand mit

a) einer Innenschicht aus Aluminium und
b) einer Zwischenschicht aus porösem grobkristallinem Aluminiumoxid, die mit der Innenschicht integral bzw. einheitlich ist,

dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kristall gitter des Aluminiumoxids in der Zwischenschicht mindestens ein Salz mit einem Anion und/oder einem Kation eines zwei wertigen oder dreiwertigen Metalls absorbiert ist, um mit dem Aluminiumoxid einen Komplex mit erhöhter Festigkeit, Härte und Korrosionsbeständigkeit zu bilden.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Salz das Kristallgitter des Alu miniumoxids in der Zwischenschicht im wesentlichen sättigt.

3. Gegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Salz ein Nickel-, Kobalt- oder Chromsalz ist.

4. Gegenstand nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Nickelsalz, ein Kobaltsalz und ein Chromsalz in dem Kristallgitter des Aluminmiumoxids ab sorbiert sind.

5. Gegenstand nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß Nickelacetat, Kobaltacetat und Ka liumdichromat in dem Kristallgitter des Aluminiumoxids ab sorbiert sind.

6. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumverbundge genstands durch

a) elektrolytische Bildung einer Zwischenschicht von porösem grobkristallinem Aluminiumoxid auf einer Innenschicht aus Aluminium, die mit der Innen schicht integral bzw. einheitlich ist, um eine resultierende Oberfläche zu bilden, und
b) darauf erfolgendes Beschichten der Zwischenschicht mit einer Außenschicht aus einem Material mit nied riger Reibung, welche an der resultierenden Ober fläche des Aluminiumoxids der Zwischenschicht haftet,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Zwischen schicht in einem sauren Bad bildet und daß man den angeleg ten Strom vom Beginn bis zum Ende des Verfahrens von einer Spannung von etwa 5 bis 15 V mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 bis 3 V/min auf eine Spannung von etwa 65 bis 85 V erhöht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stromdichte sich vom Beginn bis zum Ende des Verfahrens von etwa 1,1 bis 3,3 A/dm² (10 bis 30 amps/sq. ft.) bis etwa 6,6 bis 8,8 A/dm² (60 bis 80 amps/ sq. ft.) mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,11 bis 0,33 A/dm² min (1 bis 3 amps/sq. ft. min) erhöht.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Spannung mit einer Geschwin digkeit von etwa 2 bis 3 V/min erhöht und daß sich die Stromdichte mit einer Geschwindigkeit von 0,17 bis 0,28 A/dm² min (1,5 bis 2,5 amps/sq. ft. min) erhöht.

9. Verbundgegenstand, dadurch gekennzeich net, daß er eine Zwischenschicht, gebildet nach dem Ver fahren nach Anspruch 6, und eine Aluminiumoxidstruktur auf weist, welche längliche Kristalle umfaßt, die in der Form von hohlen rohrförmigen Dendriten vorliegen, welche auf der Oberfläche der Innenschicht von Aluminium dicht gepackt sind.

10. Verbundgegenstand nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die Aluminiumoxidkristall struktur der Zwischenschicht eine Dicke von 0,0381 bis 0,064 mm (0,0015 bis 0,0025 inch) hat.

11. Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumverbundgegen stands durch

a) elektrolytische Bildung auf einer Innenschicht aus Aluminium, einer Zwischenschicht von porösem grobkristallinem Aluminiumoxid, die mit der Innen schicht integral bzw. einheitlich ist, und
b) darauffolgende Beschichtung der Zwischenschicht mit einer Außenschicht aus einem Material mit nied riger Reibung, welche an der resultierenden Ober fläche des Aluminiumoxids der Zwischenschicht haftet,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Zwi schenschicht aus Aluminiumoxid mit einer Lösung oder Suspen sion, die mindestens ein Salz mit einem Anion und/oder mit einem Kation eines zweiwertigen oder dreiwertigen Metalls enthält, vor der Anheftung des Materials mit niedriger Rei bung behandelt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß das Salz im wesentlichen das Kri stallgitter des Aluminiumoxids sättigt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeich net durch die Stufen

- Entwässerung des Aluminiumoxids in der Zwischen schicht, um es hygroskopisch zu machen, und
- darauffolgende Behandlung des hygroskopischen Aluminiumoxids mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension des Salzes.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das Salz ein Nickel- oder Kobaltsalz ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß das Aluminiumoxid mit einer wäßri gen Suspension von Nickelacetat und Kobaltacetat behandelt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß man nach der Anfangsentwässerung und Behandlung des Aluminiumoxids mit einem Salz das Aluminium oxid in der Zwischenschicht erneut entwässert, um es hygroskopisch zu machen, und daß man sodann das hygrosko pische Aluminiumoxid einer zweiten Behandlung mit einer wäßrigen Lösung oder Suspension des Salzes unterwirft.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß das Salz der Anfangsbehandlung sich von dem Salz der zweiten Behandlung unterscheidet.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekenn zeichnet, daß man das Aluminiumoxid bei der An fangsbehandlung mit einer wäßrigen Suspension von Nickel acetat und Kobaltacetat und bei der zweiten Behandlung mit einer wäßrigen Lösung von Kaliumdichromat behandelt.

19. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Zwischenschicht aus Alumi niumoxid elektrolytisch in einem sauren Bad bildet, indem man den angelegten Strom vom Beginn bis zum Ende des Ver fahrens zur Bildung der Aluminiumoxidschicht von einer Spannung von etwa 5 bis 15 V mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 bis 3 V/min auf eine Spannung von etwa 65 bis 85 V erhöht.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stromdichte sich vom Beginn bis zum Ende des Verfahrens von etwa 1,1 bis 3,3 A/dm² (10 bis 30 amps/sq. ft.) bis etwa 6,6 bis 8,8 A/dm² (60 bis 80 amps/ sq. ft.) mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,11 bis 0,33 A/dm² min (1 bis 3 amps/sq. ft. min) erhöht.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß man die Spannung mit einer Geschwin digkeit von etwa 2 bis 3 V/min erhöht und daß sich die Strom dichte mit einer Geschwindigkeit von 0,17 bis 0,28 A/dm² min (1,5 bis 2,5 amps/sq. ft. min) erhöht.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekenn zeichnet, daß das Salz das Kristallgitter des Alu miniumoxids im wesentlichen sättigt.

23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeich net durch die Stufen