NO163635B - Avstandsholder til bruk i forskalingssystem. - Google Patents

Description

Varmbearbeidbar aluminiumlegering på hvilken det ved anodisk oksydasjon kan dahhés ét oksydbelegg méd en forhåndsvalgt farvé.

Farvede metallprodukter har funnet utstrakt anvendelse ikke bare i arkitekturen, men

også på mange områder hvor fargen bedrer ut-séehdet av strukturen eller gjenstanden. Arten

av det farvede belegg, dets jevnhet og varighet

ér viktige faktorer ved valget av et farvet me-tallprodukt. Gruhnmetaliet er også viktig, da

det i høy grad bestemmer arten av belegget

som kan påføres metallet. Når det gjelder aluminium-légeringer var dét vanlig praksis å danne ét kunstig oksydbelegg på overflaten og å

anbringe et passende fårvemateriale på dette

belegg. Én annen praksis bestod i å bruke en

legering som etter en anodisk oksydasjon av

overflaten gir et farvet oksydbelegg. Denne praksis har fordeler med henblikk til lettheten av

påføringen og farvevarighetén, men valget av

forskj eiiige farver var begrenset, og særlig vanskelig var fremstillingen av en ekte sort farve.

Ved siden av å skaffe et passende grunn-

metall for det farvede belegg, må amminium-legeringen ofte bærer strukturelle belastninger;

og derfor trenges det legeringer soni hai" en større styrke enn styrken av kbmmérsiélt rent aluminium; eller av legeringer som ikke er forsterket ved en utskillingsherdningsbehandling. Por arki-tektoniske formål har aluminiumlegeringér in-neholderidé som hovedtilsétnihgef forholdsvis sniå mengder av magnesium og silicium en tilstrekkelig styrke når de er utskillingsherdet. Det er imidlertid funnet at den terhæfe legering av aluminium, magnesium og silicium ikke økonomisk skaffer de ønskede farver når den er anodisk oksydert. For eksempel er det meget vanskelig å fremstille én gul farve med dén ternære legering.

Andre faktorer som spiller én rolle ved valget av grunnmetallet, er lettheten med hvilken metallet lar seg bearbeide og jevnheten av produktet. Dét er klart at et métail som må underkastes mange bearbeidelsesoper as joner og som lett utvikler overflatefeil er et meget kostbart materiale! På den annen side er et metall som lett kan bearbeides og som gir et meget ens-artet pre dukt, økonomisk meget tiltrekkende. Når det gjelder aluminiumlegeringér, er lettheten med hvilken de kan ekstruderes en meget ønsket eglenskap, da ferdigprodukter fremstilles direkte fija ingots eller andre halvprodukter ved ekstruder^ng.

Oppfinnelsen har som formål å skaffe en lett bearbeidbar og utskillingsherdbar alumini-umlegerirjg som utvikler en farvet overflate når den er anodisk oksydert. Et særlig formål er å skaffe en legering av aluminium-magnesiumsilicid-typen som kan utvikle forskjellige farver når den blir anodisk oksydert under forskjellige betingelser, idet den særlige farve blir bestemt av betingelser av'den anodiske oksydasjon.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en varmbearbeidbar aluminiumlegering på hvilken det kan dannes et oksydbelegg, når 'den etter varmbearbeidelse, bråkjøling og eventuelt utskillelsesherding oksyderes anodisk i en sur elektrolytt, med en forhåndsvalgt farve som strekker seg fra gult med opp til 35 % gulaktighet til sort med 4% av både tilsynelatende ref Leksjonsevne og gulaktighet. Legeringen karakteriseres ved at den består av 0,4 til 1 % magnjesium, 0,25 til 0,6 % silicium, idet magnesium og silicium er tilstede i slike mengder at de danner fra 0,6 til 1,6 % magnesiumsilicid, 0,1 til 0,35 % krom, 0,35 til 1 % kobber, 0 til 0,4 % jern, og resten aluminium bortsett fra 0 til 0,1 % av de vanlige forurensninger.

Legeringen bør inneholde magnesium og silicium i de mengder som er nødvendige for å danne fra 0,6 til 1,6 % magnesiumsilicid, Mg2Si. I praksis kan de ønskede egenskaper som skyldes nærværet] av magnesiumsilicid oppnås med et magnesiuminnhold på 0,4 til 1 % og et silicium-innhold p'å 0,25 til 0,6 %. Kobberinnholdet bør ligge innfor grensene 0,35 til 1 %, men fortrinnsvis 0,35 til 0,75 %, krominnholdet mellom 0,1 og 0,35 %. Jerninnholdet bør begrenses til høyst 0,4%, men fortrinnsvis mindre enn 0,3%. En liten mengde av andre metaller eller forurensninger kan tåles, f. eks. bør mangan, sink og titan ikke overskride 0,1 % hver, og de beste resultater lerholdes med høyst 0,05 %. Disse grenser er på yektbasis.

De nedre sammensetningsgrenser for både krom og kobber er basert på den kjensgjerning at man oppnår bare små fordeler av kommersiell verdi med| mindre mengder. Den øvre grense for krom er basert på den kjensgjerning at ingen eller bare liten fordel oppnås i farven av de anodisk b-lagte produkter som ellers er frem-stilt i samsvar med oppfinnelsen, men et større krominnhøld kan forårsake bearbeidelsespro-blemer. D^n øvre grense for kobber er også basert på den kjensgjerning at man oppnår ube-tydelige kommersielle fordeler med farven av de anodisk oksyderte produkter over 1 %. En annen faktor er at kobbermengder på over 1 % kan nedsette f astheten av det anodiske belegg som i disse tilfeller kan oppvise liten varighet og overdrever porositet. Derfor er det best at kobberinnholdet ifølge oppfinnelsen ikke betydelig overskrider 0,75'%.

Det er funnet at de ovenfor nevnte grenser må omhyggelig overholdes for å skaffe de ønskede egenskaper i produktene og i det anodisk dannete oksydbelegg. Ennvidere er hvert av de nevnte legeringselementer vesentlig for å erholde det ønskede farvede produkt. Skjønt den full-stendige virkning av hvert av dem ikke kan nøyaktig oppgis, tilveiebringer de i kombinasjon en tilstand som på særlig måte egner seg for anodisk oksydasjon. Det skjer antagelig her en viss samvirkning mellom kobberet og kromet, i det minste i at det oppnås med kombinasjon en viss innvirkning på farven av det anodiske belegg som ikke oppnås med hvert enkelt av dem. Farvestripedannelsen, som vanligvis forbindes med undertrykkelsen av oppløseligheten av krom i aluminiumlegeringér som inneholder betyde-lige mengder av magnesiumsilicid, minskes således uten noen spesielle forholdsregler, såsom spesielle forvarmningsbehandlinger eller lignende. En annen fordelaktig egenskap av legeringen er at den tåler jern som i mange tidligere legeringer som var bestemt for anodisering var kri-tisk begrenset, særlig når den tidligere legering inneholdt litt silicium.

Etter anodisk oksydasjon har legeringen i henhold til oppfinnelsen anodiske belegg hvis farve strekker seg fra gult, karakterisert ved opp til 35 % gulaktighet, til sort karakterisert ved et maksimum på 4 % både i gulaktighet og tilsynelatende lysrefleksjon, som bestemt i samsvar med United States National Bureau of Standards Circular nr. C429 av R. S. Hunter. Mellom-liggende sjatteringer omfattende bronsenyan-ser kan også fremstilles, hvis ønsket.

Legeringen kan smeltes og støpes i henhold til konvensjonelle metoder, men det foretrekkes at ingots støpes ved hjelp av en direkte kontinuerlig kjølestøpeprosess. Ingots kan opphetes til varmbearbeidelsestemperaturen på f. eks. 370° C til 480° C og deretter bearbeides. Hvis ønsket, kan de forvarmes f. eks. glødes ved 510° C til 560° C i opptil 16 timer, kjøles til varmbearbeidelsestemperaturen og bearbeides. Som kjent kan forvarmningen tjene til å skaffe en mere homogen innvendig struktur enn den som eksisterer i ingots i støpt tilstand. Generelt fin-nes det her imidlertid ikke noen spesielle be-grensninger av forvarmningsbetingelser, idet den konvensjonelle behandling ved 510°C—560°C er helt tilfredsstillende.

Varmbearbeidelsen kan utføres ved hjelp av hvilken som helst vanlig metode av valsing, ek-strudering, smiing, pressing og lignende, men det er i hvert tilfelle nødvendig å kjøle drastisk det varmbearbeidete produkt, fortrinnsvis når det forlater varmbearbeidelsesapparatet, for å beholde i fast oppløsning en vesentlig del av legeringselementer som er oppløselige ved varmbearbeidelsestemperaturen. Dette kan lett oppnås i ekstruderingsprosessen fordi det ekstruderte produkt kan bråkjøles når det forlater ekstruderingspressen. Bråkjølingen bør minske temperaturen av det varmbearbeidete produkt til mindre enn ca. 93° C. Hvis nødvendig kan det bråkj ølte produkt utrettes med en liten mengde av kaldt materiale, f. eks. ved strekking, før man setter i gang den ønskede utskillingsherdningsbehandling.

For å oppnå en større styrke og en farvefor-bedring i sluttproduktet, kan det bråkjølte produkt utskillelsesherdes, vanligvis ved å opphete det til en temperatur mellom 149 og 246° C i en tid fra 1 til 24 timer. Dette bevirker en utfelling av MgSi2-bestanddelen, men ikke av kromet eller kobberet. Valget av temperaturen og lengden av behandlingen vil bli bestemt av styrkeverdien og i en viss utstrekning også av den ønskede farve. Ekstruderte produkter som f. eks. er behandlet ved 205 til 246° C i en tid fra 1 til 6 timer kan utvikle en strekkfasthet på 2292 kg/cm<2>, en flytegrense på 1870 kg/cm<2> og en forleng-else på 12 %, og de utvikler ofte bedre farve ved anodisk oksydasjon enn når herdningen skjer ved lavere temperaturer. Som kjent kan forskj ellige utskillelsesherdningssykluser skaffe forskjellige styrkeverdier. Styrken er i hvert tilfelle større enn styrken av den samme legering som ikke har en tilstrekkelig mengde av silicium for å danne minst 0,75 % av MgSi2, idet flytegrenseverdier på over 1546 kg/ . cm<2> resulterer fra utskillelsesherdningsbehandlingen som derved øker brukbarheten av legeringen. Det bør fremheves at utskillelsesbehand-lingen ikke bare virker forstyrrende på farven som erholdes ved den senere anodiske behandling, men ofte forbedrer den. Dannelsen av et utskillelsesherdet produkt, f. eks. et produkt som er behandlet ved 205° til 246° C, som kan utvikle en gul eller ekte sort farve sammen med forskjellige mellomnyanser av bronse, gir mange fordeler sammenlignet med produkter som bare har et begrenset område av farvemuligheter. Produktet kan kaldbearbeides, enten før eller etter utskillelsesherdningsbehandlingen hvis dette ønskes. Det kaldbearbeidete produkt kan til en viss grad innvirke på den diffuse og tilsynelatende farve av det anodiserte belegg.

Det bråkjølte eller utskillelsesherdete produkt kan underkastes en anodisk oksydasjon i en passende sur elektrolytt. Tykkelsen av det anodiske belegg utgjør vanligvis fra 0,0125 til 0,05 mm, men ofte ikke mere enn 0,02 mm. Valget av elektrolytt og styrken av strømmen virker på den erholdte farve. Således tilveiebringes i en 15 % svovelsur vandig oppløsning holdt ved 18—24° C og ved en strømtetthet på 1,2 ampere pr. dm<2> en jevn gul farve i løpet av 60 minutter. Når på den annen side den samme elektrolytt brukes ved en temperatur på — 3° til — 2° C og ved en strømtetthet på 3,6 ampere pr. dm<2>, ut-vikles en gråbrun, bronse- eller nesten sort farve avhengig av behandlingslengden. F. eks. tilveiebringer en 40 minutters behandling en middels bronsefarve, en kortere tid gir en lysere farve. Enda andre farver, deriblant sort, kan erholdes ved behandling i andre elektrolytter så som i elektrolytter inneholdende oksal- eller sulfoftalsyre eller oftere blandinger av disse syrer med svovelsyre.

Farven og strukturen utviklet av den anodiske behandling kan modifiseres ved behandling av overflaten av produktet før den anodiske oksydasjon. Således kan overflaten gis en anodisk glans kjemisk ved å utsette den for en oppløs-ning av fosfor- og salpetersyre. Overflaten kan også gis glans ved hjelp av elektrokjemiske mid-ler. Mekaniske behandlinger, f. eks. sliping, po-lering eller sandblåsing kan brukes for å endre strukturen av overflaten, hvilket på sin side kan forandre utseendet av sluttproduktet. Kjemisk etsing representerer en annen metod for å forandre strukturen av overflaten. De mekaniske og kjemiske behandlinger kan eventuelt kombine-res.

Det er vanligvis fordelaktig å forsegle de anodiske belegg på konvensjonell måte, f. eks. ved å neddyppe det belagte produkt i vann ved 98—100° C i en tid fra 5 til 20 minutter, eller i varme vandige oppløsninger som er kjent i teknikken.

Det tvil forstås at skjønt hovedformålet av oppfinnelsen er å skaffe en overflatefarve ved hjelp av anodisk behandling, kan disse farver modifiseres ved impregnering av oksydhinnen med kjente substanser av organisk eller anorga-nisk karakter. Slike modifiserte farvete belegg er selvsagt utsatt under bruken for kjente be-grensninger.

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen når det gjelder fremstilling av gul- og sortfarvete gjenstander.

Eksempel 1:

En legering med en sammensetning i vekt-prosenter av 0,49 % Mg, 0,48 % Si, 0,17% Cr, 0,54 % Cu og resten aluminium og forurensninger, deriblant ca. 0,27 % Fe, ble støpt til en ingot ved hjelp av en direkte kontinuerlig kjøle-støpeprosess. Ingots i form av 22,5 cm-sylindrer ble kuttet i seksjoner og opphetet til ca. 525° C og ekstrudert til strimler med en tykkelse på ca. 3 mm og en bredde på ca. 10 cm. Det ekstruderte produkt ble bråkjølt i en luft-blest når det forlot ekstruderingspressen. Fast-hetsegenskaper av en del av de ekstruderte stykker ble bestemt i denne tilstand, og en annen del ble utsatt for en anodisk behandling i et 15 % svovelsyrebad holdt ved 21° C med en strømtett-het på 1,2 ampere/dm<2>. Behandlingen varte i ca.

60 minutter og dannet en oksydhinne med en

tykkelse på ca. 0,02 mm. En annen gruppe av de bråkjølte ekstruderte produkter ble utsatt for en høytemperatur utskillelsesherdningsbehandling ved opphetning i 1 time til 238—245° C. En-da en annen gruppe ble utsatt for en lavtempe-ratur utskillelsesherdningsbehandling ved opphetning av de bråkjølte ekstruderte stykker i 3 timer til 190—200° C eller i ca. 8 timer til 177° C. Partier av begge de utskillelsesherdede grupper ble anodisk behandlet på den beskrevne måte og ytterligere partier ble undersøkt på deres fast-hetsegenskaper.

I hvert tilfelle hadde de anodisk belagte produkter en jevn gul farge. For å bestemme den spesifikke grad av den erholdte farve ble prøver undersøkt med en fotoelektrisk tristimulus kolo-rimeter av den art som er beskrevet i U.S. National Bureau of Standards Circular nr. C429 av R. S. Hunter. Gulaktighetmålingene er uttrykt i prosenter, idet jo høyere verdien er desto mere intensiv er farven. Fasthetségénskåpéne og prosenter av gulaktighetén utviklet av den anodiske behandling ér angitt i tabell I. For sammenlig-ningen skyld ble lignende forsøk utført med en legering som hadde en sammensetning i vekt-prosenter av 0,65 % magnesium, 0,35 % silicium, 0,35 % Cr, resten aluminium og forurensninger. Denne legering betraktes som en légerihg som gir en meget god jf arve ved anodisk belégging, og den har av denne grunn funnet en utstrakt kommersiell anvendelse og er derfor et meget godt sammenligningsbbjekt. ingots av denne sammeh-lignlngslegering ble støpt, ekstrudert; bråkjølt, eldet og anodisert på i det vesentlige samme måte som er beskrevet ovenfor for iegeringen ifølge oppfinnelsen, unntatt at det bruktes en høytemperatur forvarmningsbehandling ved ca. 595° C i 16 timer før ekstruderitigeh for å hindre stripedannelsen i den gule farve av det anodiske belegg.

Det kan sees at de anbdiserté gjenstander iføige oppfinnelsen er tiideis forsterket ved ut-skillelsesherdihgsbehandlihgeri, mén åt deniie behandling ikke minsker deres guifarveihténsi-tet som er like god eller bedre enn i sammenligningslegeringen, hvilken legering déssuten ble utsatt for en høytemperatur forvarmningsbehandling for å unngå striper i gulfarven. Som tidligere nevnt i beskrivelsen béhøver den beskrevne legering ikke underkastés noen forvarmningsbehandling for å hindre stripedannelsen.

Eksempel 2:

Ytterligere prøver av dé ekstruderte stykker behandlet i eksempel i ble anodisert ved ned-dypping i 30 minutter i et vandig elektrolyttbad inneholdende 95 g av sulfoftalsyre og 5 g av svovelsyre pr. liter og holdt ved 24° C ved en strømtetthet på 2,4 amp/dm<3>. Meningen her var å oppnå en sortfarvet anodisk hinne som hadde et 4 % maksimum av både lysrefleksjons-evnen og gulfarveintensiteten målt ved hjelp av de standardundersøkelser nevnt i eksempel 1. Det var tidligere meget vanskelig å oppnå en i det vesentlige ekte sort anodisk hinne som oppfylte disse kriteria, ben samme sammenlignings-legering som ble brukt i eksempel 1 bie brukt også her og anodisert i et sulfoftalsyrebad som nettopp beskrevet. Forsøksresultatene er angitt i tabell Ili og IV.

Det kan lett sees at når det gjelder den tilsynelatende lysrefleksjonsevne, oppfylte ikke sammenligningslegeringen kravet med 4 % maksimum som ble tilfredsstillende oppfylt av ekstruderte stykker i henhold til oppfinnelsen. Når det gjelder gulaktighetsprosenter, kan det sees at de ekstruderte stykker ifølge oppfinnelsen gir meget bedre resultater enn sammenligningslegeringen. Det kan videre sees at i ektru-derte stykker ifølge oppfinnelsen kan gulaktig-hetsprosenten betydelig påvirkes av herdningen eller tilstanden av produktet. Under de i eksemp-lene angitte anodiseringsbetingelser hadde de bråkjølte prøver en gulaktighetsverdi på 14,5, mens de utskillelsesherdete prøver hadde be-standig under 4 %. Således består en foretrukket utførelsesform av fremgangsmåten i dannelsen av en sort farve på et utskillelsesherdet produkt. Sulfoftalsyreelektrolytten gir utmerke-de resultater i det henseende. Det er særlig be-merkelsesverdig at prøvene beskrevet i tabell III hadde et sort belegg med en tykkelse på litt over 0,02 mm, og at dette ble oppnådd med bare 30 minutters anodiseringstid. Dette står i mot-setning til andre prosesser for å oppnå et sort belegg av dårlig kvalitet som ofte krever en anodiseringstid på 50 eller 60 minutter eller mere. I teknikken av aluminiumanodiseringen er det kjent at omkostningene er direkte avhengig av anodiseringstiden, og derfor representerer en nedskjæring av denne tid til nesten halvparten en betydelig besparelse. En foretrukket utførel-sesform av oppfinnelsen angår derfor anbrin-gelse på et utskillelsesherdet produkt av legeringen et belegg ved anodisk oksydasjon i en vandig elektrolytt inneholdende i et forhold på ca.

20 : 1 ca. 50—150 g av 4-sulfoftalsyre og ca. 2—8

g av svovelsyre pr. liter av elektrolytten, ved en temperatur på ca. 18—29° C, mens det opprett-holdes en anodisk strømtetthet på ca. 2 til 4 amp/dm<2> i en tid mellom ca. 20 og 40 minutter for å danne et sortfarvet belegg med et 4 %-maksimum av både den tilsynelatende reflek-sjon og gulaktighet.

Claims (3)

1. Varmbearbeidbar aluminiumlegering på hvilken det kan dannes et oksydbelegg, når den etter varmbearbeidelse, bråkjøling og eventuelt utskillelsesherding oksyderes anodisk i en sur elektrolytt, med en forhåndsvalgt farve som strekker seg fra gult med opp til 35 % gulaktighet til sort med 4 % av både tilsynelatende re-fleksjonsevne og gulaktighet, karakterisert ved at legeringen består av 0,4 til 1 % magnesium, 0,25 til 0,6 % silisium, idet magnesium og silisium er tilstede i slike mengder at de danner fra 0,6 til 1,6 % magnesiumsilisid, 0,1 til 0,35 % krom, 0,35 til 1 % kobber, 0 til 0,4% jern, og resten aluminium bortsett fra 0 til 0,1 % av de vanlige forurensninger.

2. Aluminiumlegering som angitt i krav 1, karakterisert ved at den inneholder ikke mere enn 0,75 % kobber.

3. Aluminiumlegering som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at den varmebe-handlede, bråkjølte legering er utskillelsesherdet ved opphetning til en temperatur fra 149° C til 246° C i en tid fra 1 til 24 timer.