DE4303339C2 - Verfahren zur Behandlung von Aluminiumdruckgußteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Aluminiumdruckgußteilen vor dem Aufbringen poröser katalytischer Überzüge.

Aluminiumdruckgußteile mit derartigen Beschichtungen werden beispielsweise im Haushaltsbereich eingesetzt. Es handelt sich dabei um selbstreinigende Beschichtungssysteme, die den Vorteil haben, beim Brat- oder Backvorgang abgegebene Fettspritzer aufzusaugen und ohne nachfolgende Erhöhung der Betriebstemperatur während des Brat- und Backvorganges zu verbrennen. Die porösen Beschichtungssysteme weisen außerordentlich große Oberflächen auf, wobei als Oxidationskatalysator eine Mischung von Katalysator- und Binderfeststoffen mit Natrium-Silikat als Binder verwendet wird.

Die bekannten Verfahrensweisen haben nicht zu dauerhaften Beschichtungen geführt, da insbesondere bei offenporigen Überzügen Luftsauerstoff oder Wasserdämpfe mit der Gußoberfläche in Kontakt treten und durch Korrosionsvorgänge die Haftung beeinträchtigen.

In der DE-PS 9 65 715 sind Versuche an Reinaluminiumblechabschnitten beschrieben, die mit einer kristallinen Böhmitschicht versehen und dann lackiert wurden. Zur Lackierung wurden organische Lacke auf der Basis von Methylenchlorid verwendet, die niedrigviskos sind und die Oberfläche vollständig abdecken.

Die kristalline Oxidschicht dient gemäß DE-PS 9 65 715 zur Verankerung des Lackes auf der Aluminiumblechoberfläche. Die Oxidschicht bildet selbst keine vollständig dichte Oberflächenschicht aus, sondern ergibt nur in Kombination mit dem Lack einen ausgezeichneten Korrosionsschutz für das Aluminium.

Aus den Versuchen gemäß der DE-PS 9 65 715 ist ferner zu entnehmen, daß die Aluminiumoberfläche vor dem Aufbringen der Böhmitschicht entfettet oder gebeizt werden kann. Zur Erzeugung einer Böhmitschicht wird vorzugsweise destilliertes Wasser benutzt, wobei die Temperatur über 80°C und die Behandlungszeit vorzugsweise 10 Minuten beträgt. Dabei entstehen leichtlösliche, poröse Böhmitschichten mit einer Dicke von 0,3 µm.

Im Aluminiumtaschenbuch 13. Auflage, 1974, Seite 661 wird anhand einer schematischen Darstellung die Korrosionsschutzwirkung von Böhmitschichten auf Reinaluminium erläutert. Danach sollen die Böhmitschichten weitgehend gegen Angriffe von kochendem Leitungswasser, Fruchtsäuren, Milchsäure und leicht aggressiven Nahrungsgütern schützen. Als Werkstoffe werden Reinstaluminium, Reinaluminium sowie kupferfreie Kneutlegierungen angegeben, die für Behälter, Wärmertauscher und Leitungssysteme eingesetzt wurden.

Demgegenüber wird in einem Aufsatz von Altenpohl, erschienen in "Aluminium" 31, 1955, Seite 62 über die Korrosionsbeständigkeit von Böhmitschichten auf Reinaluminium, Raffinal und Reflektal berichtet, daß bei einer Schichtdicke von 0,5 und 0,9 µm die Zeit, nach der das Grundmetall angegriffen wird, nur einen halben Tag beträgt. Nur solche Böhmitschichten, die im Anschluß an die bei PH9 aufgebauten Schichten noch 4 Stunden in destilliertem Wasser gekocht wurden, zeigten eine Haltbarkeitsdauer von 18 Tagen und mehr.

Die Widerstandsfähigkeit der Böhmitschichten hängt daher maßgeblich von der Art der Erzeugung und den dabei entstehenden Schichttypen ab. Eine aus γ_L bestehende Böhmitschicht, die im alkalischen Bereich aufgebaut wurde, zeigt eine recht gute Beständigkeit, während eine im sauren Bereich erzeugte Böhmitschicht vom Typ γ_S keine dichtschließende Schicht ergibt.

Die beschriebenen Untersuchungen erfolgten an Materialproben, die aus gewalzten Blechen von Reinaluminium, Reinstaluminium oder korrosionsfesten Aluminiumlegierungen bestanden. Derartige Werkstoffe werden schon seit längerem für die Herstellung von Geschirren und Behältern im Lebensmittelbereich eingesetzt. Auch korrosionsfeste Aluminiumlegierungen vom Typ AlMn, AlMg und AlMgSi sind dabei untersucht worden, siehe beispielsweise in "Metalloberfläche" 9, 1955, Seite 118 bis 121.

Die bekannten Verfahren wurden bisher nicht zur Behandlung von Aluminiumdruckgußteilen eingesetzt. Diese haben aufgrund der großen Abkühlgeschwindigkeit beim Auftreffen des flüssigen Metalls auf die Gußform häufig ein inhomogenes Gefüge mit feinverteilten Luftporen. Daher lassen sich Druckgußteile im allgemeinen nicht wärmebehandeln (siehe Aluminium-Taschenbuch, 13. Auflage, Seite 413).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Behandlung von Aluminiumdruckgußteilen vor dem Aufbringen poröser, katalytischer Beschichtungen zu entwickeln, mit dem die Haftungseigenschaften der Aluminiumdruckgußteile derart verbessert werden, daß offenporige Überzüge auch unter korrosiven Umgebungsbedingungen dauerhaft auf der Oberfläche anhaften. Weiterhin sollten zu diesen Verfahren Druckgußlegierungen angegeben werden, die sich unter den Bedingungen der erfindungsgemäßen Vorbehandlung für Großserienteile eignen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

In Fig. 1 ist der Verfahrensablauf schematisch darge­ stellt. Ausgehend von einem direkt der Gußform entnommenen Aluminiumgußteil erfolgt zunächst ein Entfetten und Strah­ len der Gußoberfläche, wobei zur Vermeidung von störenden Verunreinigungen insbesondere Edelkorund für die Strahlbe­ handlung verwendet wird.

Nach der Strahlbehandlung wird das Aluminiumgußteil in entionisiertes Wasser eingetaucht und bei Temperaturen von 90 bis 100°C für 30 bis 60 Minuten behandelt, bis eine Böhmitschicht von 0,5 bis 1,0 µm auf der Gußteiloberfläche aufgewachsen ist. Das Gußteil wird dann dem Bad entnommen und vorzugsweise unter Nutzung der Restwärme getrocknet.

In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens kann zwischen der Aufbringung der Böhmitschicht und der Aufbringung des Überzuges eine Zwischenlagerung von mehr als 24 Stunden liegen. In dieser Zeit stabili­ siert sich die Böhmitschicht. Dies wird noch beschleunigt, sofern die Zwischenlagerung bei einer Luftfeuchtigkeit von mehr als 85% erfolgt.

Im praktischen Einsatz hat sich gezeigt, daß die Beschich­ tung mit dem katalytischen Selbstreinigungssystem nach einer Zwischenlagerung von 48-72 h eine besonders gün­ stige Haftung aufweist. Nach der Aufbringung der Böhmit­ schicht erfolgt die Trocknung unter Nutzung der Eigenwärme und danach die Beschichtung mit dem katalytischen Reini­ gungssystem.

Es ist möglich, dies in einem Spritz- oder Tauchvorgang durchzuführen, so daß auch große Stückzahlen kontinuier­ lich bearbeitet werden können.

Fig. 2 zeigt ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her­ gestelltes Lüfterrad in Seitenansicht, wobei dem äußeren Flügelende eine Gefügeprobe entnommen wurde. Diese ist in Fig. 3 vergrößert dargestellt, so daß anhand eines Trenn­ schnittes I der Aufbau des Überzuges erläutert werden kann.

Der Gußteilabschnitt besteht gemäß Fig. 3 aus einem metal­ lischem Kernteil 1, auf dem eine dünne Böhmitschicht 2 aufgewachsen ist. Die Böhmitschicht 2 ist wiederum mit einem Überzug 3 aus anorganischer Beschichtung versehen, wobei die jeweiligen Schichtdicken nicht maßstäblich ge­ zeichnet sind.

Als Überzüge im Sinne der vorliegenden Erfin­ dung, können selbstreinigende Pulverbeschichtungen verwen­ det werden, beispielsweise Vyloc®-Beschichtungen der Firma DuPont.

Zur Verbesserung der Haftung wird das Strahlen unter Ver­ wendung von Edelkorund durchgeführt, der frei von ungebun­ denem Eisen ist. Die Schichtdicke des Überzuges beträgt vorzugsweise 200 bis 300 µm bei einer Böhmitschichtdicke von vorzugsweise 0,5 bis 1,0 µm.

Als Gußlegierungen haben sich insbesondere die Legierungen GD-AlSi 7 und GD-AlSi 12 bewährt, wobei die Gehalte für Magnesium und Kupfer vorzugsweise niedriger als 0,05 Gewichtsprozent sind.

Die Lagerung der mit einer Böhmitschicht versehenen Guß­ teile hat den Vorteil, daß die Schicht stabilisiert und gehärtet wird. Durch die Lagerung bei hoher Luftfeuchtig­ keit können die Poren der Zwischenschicht geschlossen und die Oberfläche geglättet werden.

Bei längeren Versuchen hat es sich gezeigt, daß die erfin­ dungsgemäß vorbehandelten Gußteile auch unter extremen Korrosionsbedingungen keine Ablösung oder Abplatzung der Beschichtung zeigen und somit stets ihre volle Funktions­ fähigkeit behalten. Die Haftfestigkeit der Beschichtung ist selbst dann gegeben, wenn Spuren von Fremdmetallen wie z. B. Eisen oder Kupfer und seine Legierungen während der Beschichtung anwesend sind.

Claims (7)

1. Verfahren zur Behandlung von Aluminiumdruckgußteilen vor dem Aufbringen eines porösen, katalytischen Überzugs, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußteile
a) entfettet
b) einer Strahlbehandlung unterzogen werden und
c) in entionisiertem Wasser bei Temperaturen zwischen 90 und 100°C in 0,5 bis 1 Stunde mit einer 0,5 bis 1 µm dicken Böhmitschicht versehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Aufbringung der Böhmitschicht und der Aufbringung des Überzuges eine Zwischenlagerung von mehr als 24 Stunden erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlagerung bei einer Luftfeuchtigkeit von mehr als 85% erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Überzug eine anorganische Beschichtung ausgewählt wird, die in wäßriger Umgebung einen pH-Wert von < als 9 aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlbehandlung mit Edelkorund durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Böhmitbeschichtung eine Trocknung für mindestens 2 Stunden durchgeführt wird und anschließend die anorganische Beschichtung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Gußlegierungen die Legierung GD-AlSi7 und GD-AlSi12 verwendet werden, wobei die Gehalte für Magnesium und Kupfer unterhalb von 0,05 Gew.-% liegen.