DE69912966T2

DE69912966T2 - Verfahren zur oberflächenbehandlung von gegenständen aus aluminium

Info

Publication number: DE69912966T2
Application number: DE69912966T
Authority: DE
Inventors: F. Luis VEGA; M. Kevin ROBARE; A Mark HOLTZ; R. John GRASSI; Neal R. Dando
Original assignee: Alcoa Inc
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-27
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2019-08-28
Also published as: HUP0103437A2; CN1267584C; CN1555429A; ES2209502T3; WO2000012781A3; KR100605537B1; AU744563B2; ATE254680T1; JP2002523635A; JP3971106B2; CA2341885C; HU225911B1; AU5795499A; DK1114208T3; NZ510227A; BRPI9917680B1; US6440290B1; EP1114208B1; KR20010074884A; PT1114208E

Description

Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht den Nutzen aus der Provisorischen US-Patentanmeldung mit Aktenzeichen Nr. 60/098 320, eingereicht am 28. August, 1998.
Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Verfahren zum Reinigen und Obertlächenbehandeln von Aluminiumprodukten zur Verbesserung ihres Glanzes. Spezieller betrifft die Erfindung ein verbessertes, wirksameres Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Aluminium-Raderzeugnissen, die mit Hilfe des Schmiedens, Gießens und/oder mit Hilfe von Verbindungstechniken hergestellt werden. Derartige Räder sind geeignet für Kraftfahrzeuge, Kleinlaster, Schwerlastwagen und Busse. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls zur Oberflächenbehandlung von Rädern für die Raumfahrt und von anderen Bauteilen für die Raumfahrt zur Anwendung gebracht werden.
Die gegenwärtigen Oberflächenbehandlungen für Produkte aus Blankaluminium umfassen eine Vielzahl separater Schritte, einschließlich: Reinigen, Desoxidieren, Passivieren und Auftragsverfahren. Bei einigen der vorgenannten Verfahrensschritte sind typischerweise oberflächenaktive Substanzen und/oder Korrosionsinhibitoren beteiligt. Der abschließende Auftragsschritt bei zahlreichen Aluminiumprodukten ist ein Polymer-Klarlack, der entweder in flüssiger Form oder in Pulverform aufgetragen wird. Alle diese Prozesse beruhen auf der Verfügbarkeit von blanken Aluminiumoberflächen als Ausgangszustand. Der Gesamterfolg dieser Oberflächenbehandlungen dreht sich zum Teil darum, dass die Beeinträchtigung des Anfangsglanzes während der Anwendung bekannter chemischer Behandlungen, wie sie nachfolgend detaillierter beschrieben werden, auf ein Minimum herabgesetzt wird.
Nachteile derartiger Prozesse bekannter Ausführung schließen ein:

1. Sie erforderten eine glänzende Aluminiumoberfläche als Ausgangszustand. Die Prozesse führten von sich aus keinerlei Glanz ein.
2. Die chemische Behandlung (d. h. Reinigen, Desoxidieren und Passivieren) und die Auftragsschritte verringerten typischerweise den Glanz dieser Aluminiumoberflächen. Dieses wiederum beeinträchtige in schädlicher Weise die Anfangseigenschaften der dadurch erzeugten Aluminiumprodukte.
3. Viele chemische Behandlungs- und Auftragsprozesse wurden aufgebracht, um folgendes zu verbessern: (a) die Haftung der anschließenden Aufträge an diesen Aluminiumprodukten; und (b) deren Stärke der Korrosionsbeständigkeit. Für jedes vorgegebene Produkt musste ein Kompromiss zwischen einem besseren Glanz und einer besseren Haltbarkeit erreicht werden.
4. Vom Standpunkt der Fertigung waren bei den früheren Prozessen eine große Zahl von Schritten beteiligt, die die Einbeziehung einer relativ hohen Zahl von Arbeitskräften erforderten, um Haltbarkeit und Qualität zu gewährleisten. Dieses wirkt sich in hohen Betriebs- und Herstellungskosten aus.
5. Obgleich eine maximale Korrosionsbeständigkeit mit 6-wertigem Chrom erzielt werden kann, sollte dieser Bestandteil wegen seiner umweltschädlichen Auswirkung und Gesundheitsrisiken vermieden werden.

Es sind zahlreiche Prozesse zum Reinigen, Ätzen, Beschichten und/oder Oberflächenbehandeln von Aluminiumprodukten bekannt. Diese schließen ein: Die US-P-4 440 606, 4 601 796, 4 793 903, 5 290 424, 5 486 283, 5 538 600, 5 554 231, 5 587 209, 5 643 434 und 5 693 710.
In der US-P-5 290 424 wurde die Bildklarheit eines speziellen Produktes, dekoratives, reflektierendes Blech, das aus Aluminiumlegierungen der Reihen 5000 oder 6000 hergestellt wurde, verbessert. Die vorliegende Erfindung ist im Gegensatz dazu nicht nur auf Blecherzeugnisse beschränkt. Sie lässt sich ebenfalls auf die Oberflächenbehandlung von Strangpresserzeugnissen, Schmiedeerzeugnissen und Gusserzeugnissen aus Aluminium und speziell solchen anwenden, die aus Al-Mg-Legierungen, Al-Mg-Si-Legierungen, Al-Si-Mg-Legierungen und/oder Kupfer enthaltenden Varianten der letzten zwei Legierungen hergestellt sind.
Die vorliegende Erfindung vermittelt der Oberfläche von Aluminiumprodukten und speziell von Rädern für Fahrzeuge Glanz, während gleichzeitig die Haftung, der Anschmutzwiderstand und die Korrosionsbeständigkeit derartiger Produkte verbessert werden. Die vorliegende Erfindung erzielt die vorgenannten Eigenschaftsmerkmale durch einen Fertigungsablauf, bei dem 25% weniger Verfahrensschritte beteiligt sind, wodurch die Gesamtkosten der Herstellung herabgesetzt werden. In der Erfindung werden 2 der kostspieligsten bekannten Schritte der Oberflächenbehandlung zu einem Schritt vereint, nämlich den der Oberflächenaufhellung und Reinigung. Gleichzeitig werden in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzerfreundliche Komponenten eingesetzt, die keine unmittelbaren oder langfristigen Gefährdungen für Bedienungspersonal oder Umgebung mit sich bringen. Schließlich zeigen die resultierenden Endprodukte aufgrund der chemischen Natur dieses Prozesses eine höhere Abriebfestigkeit.
Das neue Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht aus den folgenden Schritten:
Hauptschritt 1. Bei einer einzigen chemischen Behandlung werden die Zusammensetzung und Betriebsparameter in Abhängigkeit davon eingestellt, ob die bevorzugten Produkte, die behandelt werden sollen, aus Al-Mg-, Al-Mg-Si-oder einer Al-Si-Mg-Legierung hergestellt sind. Dieser chemische Behandlungsschritt vermittelt dem zu behandelnden Aluminium Glanz, während gleichzeitig eine chemisch reine äußere Oberfläche erzielt wird, die zur nachfolgenden Bearbeitung bereit ist. Dieser Schritt ersetzt die früheren mehrstufigen Polier- und chemischen Reinigungsoperationen. Auf einer bevorzugten Grundlage wird bei diesem Schritt des chemischen Aufhellens ein Elektrolyt mit einem Gehalt an Salpetersäure zwischen etwa 0,05% bis 2,7 Gew.-% verwendet. Es ist festgestellt worden, dass oberhalb von 2,7 Gew.-% Salpetersäure bei Al-Mg-Si-Cu-Legierungen ein gewünschtes Helligkeitsmaß nicht erzielt werden kann. Auf einer bevorzugten Grundlage ist der Elektrolyt bei diesem Schritt auf Phosphorsäurebasis, allein oder in Kombination mit etwas Schwefelsäure, die hinzugesetzt wird, sowie dem Rest Wasser.
Hauptschritt 2. Der zweite Hauptschritt ist das Desoxidieren der Oberflächenschicht des Aluminiumproduktes, indem es einem Bad ausgesetzt wird, das Salpetersäure bevorzugt in einer 1 : 1-Verdünnung aus konzentrierter Salpetersäure enthält. Dieser erforderliche Schritt "prep's", d. h. breitet die Oberfläche für die dann folgenden Schritte der Oxidmodifikation und Siloxan-Beschichtung vor.
Hauptschritt 3. Der dritte Hauptschritt der vorliegenden Erfindung ist eine Modifikation von Oberflächenoxid, die konzipiert ist, um in die äußere Oxid-Filmschicht der Oberfläche Porosität einzuführen. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften, die aus dieser Modifikation resultieren, haben auf die Helligkeit des Endproduktes (oder Substrats) keinen nachteiligen Einfluss. Wie beim Hauptschritt 1, lassen sich die einzelnen Parameter dieses Schrittes der Oxidmodifikation chemisch für Al-Mg-Si- gegen Al-Si-Mg-Legierungen unter Anwendung einer oxidierenden Umgebung einstellen, die mit Hilfe von Gas oder Flüssigkeit in Verbindung mit einem elektromotorischen Potential herbeigeführt wird: Die Oberflächenchemie und Topographie dieses Oxidfilms sind entscheidend, um Bildklarheit und Haftung einer anschließend aufgebrachten Polymerbeschichtung zu bewahren. Eine Oberflächenchemie, die bei diesem Schritt bevorzugt wird, besteht aus einer Mischung von Aluminiumoxid und Aluminiumphosphat mit vernetzten Porentiefen im Bereich von etwa 0,01 bis 0,1 Mikrometer und mehr bevorzugt weniger als etwa 0,05 Mikrometer.
Hauptschritt 4. Viertens, wird auf das Aluminiumprodukt eine abriebfeste Schicht auf Silicat- oder Siloxan-Basis aufgebracht, diese Schicht mit dem darunter liegenden porösen Oxidfilm aus dem vorgenannten Schritt 3 unter Erzeugung einer chemisch und physikalisch damit stabilen Bindung umgesetzt. Bevorzugt wird diese Silicat-Siloxan-Beschichtung auf das Substrat unter Anwendung konventioneller Methoden aufgesprüht, bei denen der Luftgehalt der aufgesprühten Mischung auf ein Minimum herabgesetzt ist (oder nahezu bei Null gehalten wird). Um die Übertragung auf das Aluminiumteil zu optimieren, lassen sich Viskosität und Flüchtigkeit dieser aufgetragenen flüssigen Beschichtung mit geringfügigen Mengen von Butanol einstellen, der dazu hinzugefügt wird.
Die voranstehend ausgeführten Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung eliminieren die Fadenkorrosion, während gleichzeitig eine Anfangshelligkeit des Aluminiumprodukts bewahrt wird, auf die sie angewendet wurden. In einigen Fällen vermittelt die Erfindung dem Produkt außerdem Helligkeit, während eine chemisch saubere Oberfläche in weniger Schritten erzielt wird, wodurch die Gesamtkosten der Herstellung reduziert werden. Schließlich vermittelt die vorliegende Erfindung einen gewissen Grad der Abriebfestigkeit, was eine der Hauptforderungen bei verschiedenen Aluminiumprodukten ist, wie beispielsweise Fahrzeugräder, die durch Schmieden, Gießen oder andere bekannte oder danach entwickelte Herstellungsverfahren erzeugt werden. Die vorgenannten Ziele werden insgesamt ohne Verwendung von ökologisch gefährlichen oder gesundheitsgefährdenden Komponenten erzielt.
Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform verständlicher, die unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen ausgeführt wird und worin sind:
1 ist ein Fließschema, das die detaillierten Hauptschritte und damit zusammenhängende Nebenschritte darstellt und eine der bevorzugten Behandlungsmethoden nach der vorliegenden Erfindung umfassen, wobei die Schritte nach dem typischen Reinigen (alkalisch und/oder sauer) und Spülen der Aluminiumprodukte ausgeführt wurden; und
2a und 2b Darstellungen einer schematischen Seitenansicht, die die Aluminiumlegierungsoberflächen eines konventionellen, mit Klarlack beschichteten Produktes (2a) gegenüber einer vergrößerten Ansicht des Schichtenaufbaus eines nach der vorliegenden Erfindung behandelten Aluminiumproduktes zeigen (2b).
Sofern nicht anders angegeben, sind bei der gesamten Beschreibung der bevorzugten Legierungszusammensetzungen und/oder der Komponenten des Behandlungsverfahrens hierin alle Angaben auf Gewichtsprozent (Gew.-%) bezogen. Außerdem sind bei der Angabe irgendwelcher numerischer Wertebereiche hierin diese Bereiche unter Einbeziehung jeder und aller Zahlen und/oder gebrochenen Zahlen zwischen der angegebenen unteren und oberen Grenze des Bereichs zu verstehen. Ein Bereich des Magnesiumgehalts von etwa 0,8% bis 1,2 Gew.-% würde beispielsweise ausdrücklich alle Zwischenwerte von etwa 0,81, 0,82, 0,83 und 0,9% bis zu schließlich 1,17, 1,18 und 1,19% Mg einbeziehen.
Das gleiche gilt für alle anderen Elementar- und/oder Funktionsbereiche, die nachfolgend bekannt gemacht werden.
Bei der Bezeichnung von Aluminiumlegierungen beziehen sich Begriffe, wie beispielsweise Legierungen der Serien 5000 und 6000 insgesamt auf Standards der Aluminum Association.
Vor der vorliegenden Erfindung waren in die bekannten Ausführungsformen zum Reinigen und Beschichten von hellen Raderzeugnissen aus Aluminium typischerweise die folgenden Einzelschritte einbezogen (oder charakteristischen Aktivitäten): 1. ein mehrstufiges Polieren; 2. Reinigen; 3. Spülen; 4. Desoxidieren; 5. Spülen; 6. Passivieren; 7. Spülen; 8. Versiegeln; 9. Spülen; 10. Ofentrocknen; 11. Pulverspritzen; und 12. Ofenhärten. Im Gegensatz dazu sind in die vergleichsweisen Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung für das gleiche Raderzeugnis einbezogen: 1. Aufhellen; 2. Spülen; 3. Desoxidieren; 4. Spülen; 5. Oxidmodifikation; 6. Spülen; 7. Trocknen; 8. Silicat oder Siloxan; und 9. Härten. Mit insgesamt 25% weniger Verfahrensschritten ist die vorliegende Erfindung in der Lage, eine bessere Aufhellung, Korrosionsbeständigkeit und erstmalig eine in gewissem Umfang verbesserte Abriebfestigkeit zu erzielen.
Einzelheiten der Verfahrensschritte
Hauptschritt 1: Die bevorzugten Bedingungen für das chemische Aufhellen für diesen Schritt erfolgen auf Phosphorsäure-Basis mit einem spezifischen Gewicht von mindestens etwa 1,65, gemessen bei 27°C (80°F). Mehr bevorzugt sollten die speziellen spezifischen Gewichte für diesen ersten Hauptschritt des Verfahrens im Bereich zwischen etwa 1,69 und 1,73 bei der vorgenannten Temperatur betragen. Der Zusatz von Salpetersäure für ein derartiges chemisches Aufhellen sollte so eingestellt sein, dass eine Auflösung von Bestandteilen und dispersen Phasen auf bestimmten Al-Mg-Si-Cu-Legierungsprodukten und speziell Strangpressstücken und Schmiedestücken der Reihe 6000 auf ein Minimum herabgesetztsind. Diese Salpetersäurekonzentrationen diktieren die Gleichförmigkeit von lokalisierten chemischen Angriffen zwischen Mg₂Si und Matrixphasen auf diesen Aluminiumlegierungen der 6000er Reihe. Als Ergebnis wird die Aufhellung des Endprodukfes sowohl hinsichtlich des Prozesselektrolyten als auch während des Überganges vom Prozesselektrolyten zu dem ersten Nebenschritt des Spülens positiv beeinflusst. Auf einer bevorzugten Basis sollten die Konzentrationen der Salpetersäure des Hauptschrittes 1 des Verfahrens etwa 2,7 Gew.-% oder weniger betragen, wobei mehr bevorzugte Zugaben von HNO₃ zu diesem Bad im Bereich zwischen etwa 1,2% und 2,2 Gew.-% liegen.
Für ein optimales Aufhellen sollte das erfindungsgemäße Verfahren der Oberflächenbehandlung auf Aluminiumlegierungen der 6000er Reihe ausgeführt werden, deren Eisenkonzentrationen unterhalb von etwa 0,35% gehalten werden, um eine bevorzugte Auflösung von Al-Fe-Si-Grundphasen zu vermeiden. Mehr bevorzugt sollte der Fe-Gehalt dieser Legierungen unterhalb von etwa 0,15 Gew.-% Eisen gehalten werden. Bei den vorgenannten spezifischen Gewichten sollten die Konzentrationen an aufgelöstem Aluminium-Ion in diesen Bädern der chemischen Aufhellung etwa 35 g/l nicht überschreiten. Die Konzentrationen an Kupfer-Ion sollten darin etwa 150 ppm nicht überschreiten.
Hauptschritt 2: Als nächstes wird ein chemisch aufgehelltes Produkt einer zweckdienlichen Desoxidation unterzogen. Eines der bevorzugten Desoxidationsmittel, die für Raderzeugnisse geeignet sind, die aus Aluminiumlegierungen der Reihen 5000 oder 6000 gefertigt sind, ist ein Bad auf der Basis von Salpetersäure, obgleich es als selbstverständlich gilt, dass andere bekannte oder danach entwickelte Zusammensetzungen zum Desoxidieren daher ersetzt werden können. Bei dem Salpetersäurebad hat sich eine Verdünnung von 1 : 1 aus einem Konzentrat als zufriedenstellend erwiesen.
Nach dem chemischen Aufhellen sollten die zurückbleibenden Konzentrationen an Cu aus der Produktoberfläche entfernt werden, um die Gesamthaltbarkeit zu verlängern. Eine der Möglichkeiten dieses zu erzielen besteht darin, die Salpetersäuremengen so einzustellen, dass die Cu-Konzentrationen auf der Legierungsoberfläche etwa 0,3 Gew.-% nicht überschreiten.
Hauptschritt 3: Nach der Desoxidation wird ein Schritt der Oxidmodifikation ausgeführt, der vorgesehen ist, um einen Aluminiumphosphat- und/oder -phosphonat-Film mit den morphologischen und chemischen Merkmalen zu erzeugen, die erforderlich sind, um ein Binden mit dem polymeren Silicat- oder Siloxan-Überzug zu erhalten. Dieser Schritt der Oxidmodifikation sollte eine Überzugsdicke von etwa 1.000 Angström oder weniger und mehr bevorzugt etwa eine Dicke von 75 bis 200 Angström abscheiden. Ein elektrochemischer Auftrag kann in einem Bad ausgeführt werden, das etwa 2% bis 15 Vol.% Phosphor- oder Phosphonsäure enthält.
Hauptschritt 4: Die resultierenden Eigenschaften der Aluminiumoberflächen, die nach der vorliegenden Erfindung behandelt wurden, hängen von der Gleichförmigkeit, von der Glätte und der Haftfestigkeit der abschließend darauf aufgebrachten Siloxan-Filmschicht ab. Auf die oxidmodifizierten Schichten des vorangegangenen Schrittes 3 wird die Silicat- oder Siloxan-basierte Chemie angewendet. Sowohl die Anfangs- als auch die Langzeithaltbarkeit derartig behandelter Produkte hängt von der richtigen Oberflächenaktivierung dieser Metalle, gefolgt von einer Polymerisation auf Siloxan-Basis ab. Die Abriebfestigkeit des resultierenden Produktes wird durch den relativen Vernetzungsgrad der zur Anwendung gelangenden Siloxan-Chemikalien bestimmt, d. h. je stärker die Fähigkeiten zu ihrer Vernetzung sind, um so geringer wird die resultierende Filmflexibilität sein. Andererseits werden geringere Mengen an Siloxan-Vernetzung die Verfügbarkeit funktioneller Gruppen zum Binden mit den darunter liegenden, modifizierten Al-Oberflächen erhöhen, wodurch die Anfangs-Adhäsionsfestigkeit verbessert werden. Unter den letzteren Bedingungen werden jedoch die Dicken zunehmen und die Abriebfestigkeiten abnehmen, was zu einer geringeren Klarheit bzw. Haltbarkeitseigenschaften führt.
Insgesamt wird jedoch bei Fahrzeugrädern aus Aluminium der Legierungen der 6000er Reihen die Anwendung einer Chemie für hartes Siloxan bevorzugt. Geeignete Siloxan-Zusammensetzungen zur Verwendung in Hauptschritt 4 schließen solche ein, wie sie kommerziell von SDC Coatings Inc. unter ihrem Warenzeichen Silvue^® vertrieben werden. Andere geeignete Hersteller von Siloxan-Beschichtungen schließen Ameron International Inc. und PPG Industries, Inc. ein. Vorzugsweise werden solche Polymerisationen des Produktes bei Außendruck ausgeführt, um einen etwaigen negativen Einfluss auf die Mikrostruktur der Metalloberfläche auf ein Minimum herabzusetzen.
Für jede vorgegebene Zusammensetzung einer Aluminiumlegierung und einer Produktform werden die Kompatibilität der Oberflächenbehandlungen von Hauptschritt 1 mit den Siloxan-Polymerisationen von Hauptschritt 4 die abschliessenden Leistungsmerkmale diktieren. Aufgrund der strengen Anforderungen an die Oberflächeneigenschaft, die erforderlich sind, um hochvernetztes Siloxan mit chemischer Haftung auf den Metalloberflächen zu erzielen, kommen im typischen Fall stark kontrollierte Oberflächenvorbereitungen und eine Polymerisation unter Vakuumbedingungen zur Anwendung. Am meisten bevorzugt wird Siloxan-Chemie eher unter Anwendung fein dispergierter Tröpfchen als einer Ionisation in einem Vakuum angewendet. Die Kontrolle und Verteilung dieser Tröpfchen über eine luftfreie Sprühzerstäubung, setzt die Exponierung an Luft bei konventionellen Methoden des Lackspritzens auf ein Minimum herab und erzielt eine bevorzugte Verteilung von Siloxan-Dispersionen in dem Lösemittel. Das Endergebnis ist eine dünne, hoch transparente Beschichtung ohne "Orangenschalen"-Effekt.
Bezugnehmend nun auf 2a und 2b wird schematisch eine Seitenansicht gezeigt, bei der die Niederschläge aus einem konventionellen Klarlackprozess bekannter Ausführung (2a) mit den Oberflächenbehandlungsschichten verglichen werden, die nach der vorliegenden Erfindung abgeschieden werden (2b). Bei Fahrzeugrädern ist das am weitesten verbreitete System zur Passivierung der Auftrag von Pulverschichten unter Anwendung konventioneller Acryl- oder Polyester-Chemie. Eine solche Lack-Chemie liefert verfügbare funktionelle Gruppen für die Haftung an der Metalloberfläche, wobei jedoch deren Adhäsionsfestigkeiten und Haltbarkeiten von den Grenzflächeneigenschaften des Metalllegierung/Passivierung/Lack-Systems abhängen, das zum Einsatz gelangt.
Für die vorliegende Erfindung ist eine diffuse Grenzfläche gefordert worden, die die Wahrscheinlichkeit der Abschichtung des Überzuges von der behandelten Metalloberfläche auf ein Minimum herabsetzt. Dieses wird durch replizieren hoch kontrollierter Prozesse der Oberflächenmodifikation erreicht, um ein Aluminiumphosphat oder -phosphonat mit geeigneter Mikrostruktur und Morphologie derart zu erzielen, dass Haftungen der Siloxan-Chemie bei Umgebungsdruck erreicht werden. Die vorstehend beschriebenen bevorzugten Chemikalien auf Silicat- oder Siloxan-Basis führen auch zu einer Schichtdicke von näherungsweise einer Größenordnung kleiner als solche, die unter Anwendung von Acrylharz- oder Polyesterpulvern abgeschieden werden. Es wird angenommen, dass diese sorgfältig ausgewählte und bevorzugt auf Kundenwunsch zugeschnittene Chemie zu einer Beschichtung höherer Gleichförmigkeit und Transparenz (d. h. Klarheit) führt, als dies bisher möglich war. Was die Hydrophobie und Durchlässigkeit betrifft, so liefert die Chemie auf Siloxan-Basis stärker wasserabweisende Eigenschaften und eine geringere Wasserdurchlässigkeit als ihre Acrylharz- und Polyesterbeschichtungen als Gegenspieler. Dieses führt zu einer leichter zu reinigenden, haltbaren beschichteten Aluminiumoberfläche in zahlreichen Produktformen.
Versuchsergebnisse
Unter Anwendung dreier verschiedener Standards für das Korrosionsverhalten, nämlich die von General Motors, von Ford und nach dem ASTM-Standard G85 aufgestellten, auf deren Einzelheiten hierin insgesamt Bezug genommen wird, schnitten erfindungsgemäß behandelte Raderzeugnisse aus Aluminium vorteilhaft gut im Vergleich zu einem zweiten Rad (der gleichen Legierungszusammensetzung) ab, das nach dem vorstehend beschriebenen 12-stufigen Verfahren bekannter Ausführung behandelt wurde.
Es wurden Hochleistungs-Fahrzeugräder versuchsweise nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung behandelt und über verschiedene Jahreszeiten Standard-Straßenbedingungen ausgesetzt sowie rauheren Geländebedingungen hinsichtlich des Konstruktionstyps. In beiden Fällen wurden diese Räder regelmäßig (ungefähr monatlich) unter Verwendung von Druckwasserstrahlen mit und ohne Seifen gereinigt, um wiederholt die glänzenden, transparenten und immer noch schmutzabweisenden Aluminiumoberflächen darunter zu ergeben.
Nachdem die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurden, gilt als selbstverständlich, dass die Erfindung ansonsten von dem Schutzumfang der beigefügten Patentansprüche verkörpert wird.

Claims

Verfahren für die Oberflächenbehandlung eines Aluminiumproduktes zur Verbesserung seines Glanzes, welches Verfahren die Hauptschritt umfasst: (a) Aufbringen einer Zusammensetzung zum chemischen Aufhellen auf das Produkt; (b) Desoxidieren der Produktoberfläche; (c) elektrochemisches Erzeugen eines porösen Oxids auf dieser Produktoberfläche durch Kontaktieren mit einem Elektrolytbad, das Phosphor- oder Phosphonsäure enthält; und (d) Aufbringen einer äußeren Schicht auf Silicat- oder Siloxan-Basis auf das poröse Oxid.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Aluminiumprodukt aus einer Aluminiumlegierung der Reihen 5000 oder 6000 erzeugt ist (Bezeichnung der Aluminum Association).
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Aluminiumlegierung eine Legierung der Reihe 5000 ist und ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium 5454, 5182 und 5052.
Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem die Aluminiumlegierung eine Legierung der Reihe 6000 ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium 6061, 6063 und 6005.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Legierung weniger als etwa 0,35 Gew.-% Eisen enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Legierung weniger als etwa 0,15 Gew.-% Eisen enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Aluminiumprodukt ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Strangpresserzeugnis, einem Schmiedestück und einem Gussstück.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Aluminiumprodukt ein Fahrzeugrad ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Aluminiumprodukt vor dem Schritt (a) einem Reinigen und Spülen unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Vorbereitungsschritt (a) des Reinigens auf Alkali-Basis erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei welchem der Vorbereitungsschritt (a) des Reinigens auf Säure-Basis erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Aluminiumprodukt nach einem oder mehreren Schritten (a), (b) oder (c) einem Spül-Nebenschritt unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Zusammensetzung zum chemischen Aufhellen von Schritt (a) einschließt: etwa 2,7 Gew.-% oder weniger Salpetersäure, etwa 70% bis 90 Gew.-% Phosphorsäure und Rest Wasser und Verunreinigungen.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem die Zusammensetzung zum chemischen Aufhellen etwa 1,2% bis 2,2 Gew.-% Salpetersäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt (c) zum Erzeugen von Oxid das Kontaktieren des Produktes mit einem Elektrolytbad einschließt, das etwa 2% bis 15 Vol.% Phosphor- oder Phosphonsäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem das Oxid, das erzeugt wird, eine Dicke von etwa 1.000 Angström oder weniger beträgt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem das Oxid eine Dicke von etwa 75 bis 200 Angström hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Film auf Siloxan-Basis mit Hilfe des Sprühbeschichtens aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Aluminiumprodukt nach Schritt (d) einer Lufttrocknung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem der Film auf Siloxan-Basis nach dem Lufttrocknen thermisch gehärtet wird.
Verfahren für die Oberflächenbehandlung von Raderzeugnissen aus Aluminium zur Verbesserung ihres Glanzes und der Abriebfestigkeit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: (a) Aufbringen einer Zusammensetzung zum chemischen Aufhellen auf die Raderzeugnisse; (b) Desoxidieren der Oberfläche der Raderzeugnisse; (c) elektrochemisches Erzeugen eines porösen Oxids auf der Oberfläche durch Kontaktieren mit einem Elektrolytbad, das Phosphor- oder Phosphonsäure enthält; (d) Aufbringen eines Films auf Silicat- oder Siloxan-Basis auf das poröse Oxid; und (e) thermisches Härten des Films auf Silicat- oder Siloxan-Basis auf der Oberfläche.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Raderzeugnisse aus einer Aluminiumlegierung der Reihen 5000 oder 6000 erzeugt sind (Bezeichnung der Aluminum Association).
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Aluminiumlegierung der Reihe 5000 ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium 5454, 5182 und 5052.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Aluminiumlegierung eine Legierung der Reihe 6000 ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminium 6061, 6063 und 6005.
Verfahren nach Anspruch 22, bei welchem die Aluminiumlegierung weniger als etwa 0,35 Gew.-% Eisen enthält.
Verfahren nach Anspruch 25, bei welchem die Aluminiumlegierung weniger als etwa 0,15% enthält.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Raderzeugnisse vor dem Schritt (a) einem Reinigen und Spülen unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 27, bei welchem das Reinigen im Vorbereitungsschritt (a) auf Alkali-Basis erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 27, bei welchem der Vorbereitungsschritt (a) des Reinigens auf Säure-Basis erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Raderzeugnisse nach einem oder mehreren der Schritte (a), (b) oder (c) einem Nebenschritt des Spülens unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Zusammensetzung zum chemischen Aufhellen von Schritt (a) einschließt: etwa 2,7 Gew.-% oder weniger Salpetersäure, etwa 70% bis 90 Gew.-% Phosphonsäure, Rest Wasser und Verunreinigungen.
Verfahren nach Anspruch 31, bei welchem die Zusammensetzung zum chemischen Aufhellen etwa 1,2% bis 2,2 Gew.-% Salpetersäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 23, bei welchem der Schritt (c) zum Erzeugen des Oxids das Kontaktieren der Raderzeugnisse mit einem Elektrolyt einschließt, der etwa 2% bis 15 Vol.% Phosphor- oder Phosphonsäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 33, bei welchem das erzeugte Oxid eine Dicke von etwa 1000 Angström oder weniger hat.
Verfahren nach Anspruch 34, bei welchem das Oxid eine Dicke von etwa 75 bis 200 Angström hat.
Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem der Film auf Siloxan-Basis mit Hilfe des Sprühbeschichtens aufgetragen wird.
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von gereinigten und gespülten Raderzeugnissen aus Aluminium der Reihe 6000 zur Verbesserung ihres Glanzes, ihres Anschmutzwiderstandes und der Abriebfestigkeit, welches Verfahren die Schritte umfasst: (a) chemisches Aufhellen der Raderzeugnisse mit einer Zusammensetzung, in die Phosphorsäure und Salpetersäure einbezogen ist; (b) Spülen der Raderzeugnisse; (c) Desoxidieren der Oberfläche der Raderzeugnisse; (d) Spülen der Raderzeugnisse; (e) elektrolytisches Erzeugen eines porösen Oxids auf der Oberfläche durch Kontaktieren mit einem Elektrolytbad, das Phosphor- oder Phosphonsäure enthält; (f) Spülen der Raderzeugnisse; (g) Aufbringen eines Films auf Silicat- oder Siloxan-Basis auf das Oxid; und (h) thermisches Härten des Films auf Silicat- oder Siloxan-Basis auf den Raderzeugnissen.
Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem das Aluminium der Reihe 6000 ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Legierungen 6061, 6063 und 6005.
Verfahren nach Anspruch 38, bei welchem die Legierung weniger als etwa 0,35 Gew.-% Eisen enthält.
Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem die Legierung weniger als etwa 0,15% Eisen enthält.
Verfahren nach Anspruch 38, bei welchem die Raderzeugnisse vor dem Schritt (a) gereinigt und gespült werden.
Verfahren nach Anspruch 41, bei welchem der Vorbereitungsschritt (a) des Reinigens auf Alkali-Basis erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 41, bei welchem der Vorbereitungsschritt (a) des Reinigens auf Säure-Basis erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem die Zusammensetzung von Schritt (a) einschließt: etwa 2,7 Gew.-% oder weniger Salpetersäure, etwa 70% bis 90 Gew.-% Phosphonsäure, Rest Wasser und Verunreinigungen.
Verfahren nach Anspruch 44, bei welchem die Zusammensetzung zum chemischen Aufhellen etwa 1,2% bis 2,2 Gew.-% Salpetersäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 38, bei welchem der Schritt (c) zum Erzeugen des Oxids das Kontaktieren der Raderzeugnisse mit einem Elektrolytbad einschließt, das etwa 2% bis 15 Vol.% Phosphor- oder Phosphonsäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 46, bei welchem das erzeugte Oxid eine Dicke von etwa 1000 Angström oder weniger hat.
Verfahren nach Anspruch 47, bei welchem das Oxid eine Dicke von etwa 75 bis 200 Angström hat.
Verfahren nach Anspruch 37, bei welchem das Aluminiumprodukt nach Schritt (g) luftgetrocknet wird.