DE10049579B4

DE10049579B4 - Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberfläche

Info

Publication number: DE10049579B4
Application number: DE2000149579
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. Klose; Peter Dipl.-Ing. Wetzel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-10-07
Also published as: DE10049579A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberfläche, wobei ein submikroskopisch dünne Oxidschichten ausbildendes metallenes Grundmaterial, insbesondere Aluminium, eines Bauteiles nach einer Vorbehandlung seiner Oberfläche durch Ätzen bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ätzen ein Umformen sowie eine gezielte Wärmebehandlung zum Herbeiführen eines spezifischen Rekristallisationsverhaltens mit entsprechendem Kornwachstum vorausgehen, wobei entlang der Oberfläche (6) Bereiche ausgewählt werden, die einer Wärmebehandlung von anderer Intensität und einer Umformung mit anderem Umformgrad als die übrigen Oberflächenbereiche ausgesetzt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberfläche gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine solche Verfahrensweise ist z. B. als Tiefätzverfahren mit Bildvorgabe durch die DE 38 43 435 C2 bekannt geworden. Darin wird ein Verfahren zur Herstellung eines dekorativen Reliefs, insbesondere für die Innenausstattung von Flugzeugkabinen, beschrieben, wobei ein aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehendes Grundmaterial durch Ätzen gestaltet wird, und wobei das Verfahren ferner verschiedene weitere Schritte umfasst, wie Vorbehandeln der Oberfläche, Aufbringen einer Motivs mittels eines Schutzlackes, Ätzen der nicht durch Schutzlack abgedeckten Bereiche und Nachbehandlung der Oberfläche. Für Materialabträge bis ca. 0,2 mm bzw. 0,5 mm werden spezielle alkalische bzw. saure Bäder verwendet.

Nach einem Beispiel erhält das betreffende Aluminiumblech eine Vorbehandlung bekannter Art durch Chromatieren. Danach und nach anschließendem Trocknen im Ofen erfolgt das Aufbringen eines Motivs mittels eines Abdecklackes im Siebdruckverfahren. Anschließend erfolgt der Ätzvorgang in einem sauren Ätzbad bei Raumtemperatur. Da der beim Ätzen verwendete Abdecklack nach dem Ätzen nicht entfernt wird, ergibt sich ein Farbkontrast zwischen den abgedeckten und den geätzten Flächen. Nach dem Ätzen wird das Blech gespült und getrocknet. Anschließend erfolgt eine Nachbehandlung, z. B. Auftragen eines farblosen Schutzlackes.

Gemäß der DE 39 04 041 A1 wird eine Aluminiumfolie mit ausgeprägter Würfeltextur durch Warmwalzen, Kaltwalzen mit Zwischen-Wärmebehandlung und Rekristallisieren hergestellt. Die Zwischen-Wärmebehandlung findet in einem sauerstoffarmen Schutzgas, vorzugsweise Stickstoff, statt. Derartige Folien mit hohem Würfellagenanteil zeigen bei elektro- chemischer Tunnelätzung eine besonders hohe Oberflächenzunahme und sind daher als Ausgangamaterial für hochkapazitive Anoden in Aluminium- Elektrolytkondensatoren besonders gut geeignet.

Auch die DE 21 56 701 A1 beschreibt ein vergleichbares Verfahren zur Herstellung eines Bandes oder einer Folie aus Aluminium mit einer vorwiegenden Würfeltextur zur Verwendung als Ausgangsmaterial für hochkapazitive Anoden in Aluminium- Elektrolytkondensatoren, speziell im Hochvoltbereich.

Die DE 199 15 277 A1 beschreibt Magnesiumlegierungen hoher Duktilität, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung. Auch dabei sind Umformungs- und Ätzbehandlungen vorgesehen, wobei auch Rekristallisationsvorgänge eine Rolle spielen.

Diverse Ätzmittel und Ätzvorschläge für makroskopische Gefügeuntersuchungen bei Aluminiumlegierungen sind bekannt, vgl. "Aluminium-Taschenbuch", Aluminium Verlag, Düsseldorf 1988, 14. Aufl.

Verschiedene Vorschläge für die Zusammensetzung eines Ätzbades sind aus DE 729 636 A und AT 290566 B entnehmbar, ebenso Ausführungen zu sonstigen Parametern (Temperatur, Dauer) des Ätzvorganges.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr effizientes, mit geringem Aufwand umsetzbares Verfahren zur Herstellung einer besonders dekorativen Oberfläche eines submikroskopisch dünne Oxidschichten ausbildenden metallenen Grundmateriales vorzuschlagen.

Die erfindungsgemäße Lösung ist im Patentanspruch 1 zu sehen.

Die Oberflächengestaltung wird also unter anderem durch die dem Ätzen vorgeschalteten Vorbehandlungen bestimmt. Dabei werden am Beispiel Aluminium die aluminiumspezifischen Eigenschaften in vorteilhafter Weise genutzt, wonach in Abhängigkeit von Temperatur und Verformungsgrad ein gezieltes Kornwachstum über die eingebrachte Keimbildungsenergie, die zu der sogenannten Rekristallisation führt und das mikrostrukturelle Korngefüge sowie die technologischen Eigenschaften beeinflusst, herbeigeführt werden kann. Intensität bzw. Dauer der Wärmebehandlung und Grad der Umformung (z. B. zusätzliches Verdichten des Materials durch Einprägen einer Ziffer, eines Bildes usw.) können entlang der Oberfläche variieren, wodurch sich abweichende Oberflächeneffekte ergeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind mit den Unteransprüchen beansprucht. Eine vorteilhafte Beeinflussung der Kornstruktur erfolgt durch vorherige (vor dem Ätzen) Anwendung spezieller Verdichtungsverfahren, wie beispielsweise Kugelstrahlen, Hämmern usw., wie in Anspruch 2 angegeben. Durch ein spezielles Ätzverfahren (Anspruch 3) wird die Kornstruktur (Kornflächenätzung) in besonderer Weise sichtbar gemacht. Aufgrund der unterschiedlich reflektierenden Kristallflächen durch selektiven Abtrag des Ätzmittels an den kristallographischen Ebenen entsteht ein besonders dekorativer schillernder Oberflächeneffekt. Zum Schutz der Oberfläche kann bevorzugt nach einer kurzen elektrochemischen Glanzbehandlung eine anodische Aluminiumoxid-Schutzschicht (Al₂O₃, farblos) nach dem Eloxal^®-Verfahren aufgebracht werden, wie in Anspruch 4 angegeben. Alternativ ist auch ein Zweikomponenten-Klarlack geeignet (Anspruch 5). Mittels einer abschließenden ZnO₂-Bedampfung gemäß Patentanspruch 6 ist zwecks weiterer Optimierung der Oberfläche eine Entspiegelung erreichbar.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhaft im einzelnen erläutert. Dabei zeigen
1 ein Aluminiumbauteil mit einer dem Stand der Technik entsprechenden Oberfläche,
2 eine nach der Erfindung hergestellte Oberfläche eines Aluminiumbauteiles,
3 ein Rekristallisationsschaubild für Aluminium und
4a–4d schematische Darstellung der Gefügeänderungen bei Rekristallisationsvorgängen im Aluminiumwerkstoff.
1 zeigt ein Aluminium-Bauteil 1 mit einer polierten Oberfläche 2 gemäß dem Stand der Technik, die ggf. mit einer geeigneten Schutzschicht überzogen sein kann. Einfallende Lichtstrahlen 3a werden mit einem dem Einfallswinkel α_a entsprechenden Reflektionswinkel α_b reflektiert, wobei z. B. bei hochglanzpolierten, satinierten oder gebürsteten Oberflächen eine Totalreflektion oder eine diffuse Streuung des Lichtes stattfindet. Der Schnitt durch das Aluminiumbauteil 1 lässt das Korngefüge 4 des Grundmateriales erkennen.
Beim Aluminiumbauteil 5 gemäß 2 ist die Oberfläche 6 in erfindungsgemäßer Weise behandelt worden. Danach ist einem Ätzvorgang ein Umformen sowie eine gezielte Wärmebehandlung zum Herbeiführen eines spezifischen Rekristallisationsverhalten mit entsprechendem Kornwachstum vorausgegangen. Das Korngefüge 7 des Grundmateriales ist gegenüber dem nach 1 aufgrund der Vorbehandlung verändert und tritt durch das Ätzen auch auf der Oberfläche 6 zutage. Dort findet eine diffuse Streuung einfallender Lichtstrahlen 3a statt, und zwar an Korngrenzflächen und kristallografischen Ebenen, mit der Folge unterschiedlicher Reflektionswinkel α_b der reflektierten Lichtstrahlen 3b.
Das Rekristallisationsverhalten und damit das Kornwachstum ist durch geeignete Umformoperationen (z. B. Walzen, Schmieden, Fliesspressen) und entsprechend gesteuerte Wärmebehandlungen beeinflussbar, wie das Rekristallisationsschaubild für Aluminium nach 3 zeigt. Bei der Erfindung wird dieser Sachverhalt in geeigneter Weise bauteilspezifisch genutzt. Ein Umformgrad durch Walzen von ca. 5 %–8 % und eine Wärmebehandlung mit etwa 530° bis 550°C hat sich in Versuchen als günstig erwiesen, um beispielsweise eine Korngröße in der Größenordnung von 1 mm zu erhalten.
Gemäß 2 wurde in die Oberfläche 6 eine Zahl 8 eingeprägt. Die damit einhergehende Umformung (Materialverdichtung) beeinflusst das Kornwachstum/Rekristallisationsverhalten zusätzlich.
Die Rekristallisationsvorgänge im einzelnen sind aus den 4a bis 4d ersichtlich. Aus einer beginnenden primären Rekristallisation (4a) entsteht ein primär rekristallisiertes Gefüge (4b). Über eine sekundäre Rekristallisation (4c) entsteht die in 4d gezeigte Kornvergrößerung. Auslöser dafür ist die durch Umformen und Wärmebehandlung eingebrachte Keimbildungsenergie, die zur Rekristallisation führt und das mikrostrukturelle Korngefüge sowie die technologischen Eigenschaften beeinflusst.
Auf der Oberfläche 6 wird durch ein geeignetes Ätzverfahren diese Kornstruktur sichtbar gemacht. Als Ätzmittel hat sich in besonderer Weise eine Mischung aus konzentrierter Schwefelsäure (H₂SO₄) und 40 %iger Flusssäure (HF) bewährt, bei einer Ätztemperatur von 25°C und einer Ätzzeit von ca. 4 Min.
Nach Auftragen des Ätzmittels und dessen Einwirken entsteht aufgrund der unterschiedlich reflektierenden Kristallflächen ein schillernder Oberflächeneffekt. Zum Schutz der Oberfläche kann bevorzugt nach einer kurzen elektrochemischen Glanzbehandlung eine farblose Eloxal^®-Schicht aufgetragen werden. Denkbar wäre auch die Verwendung eines Zweikomponenten-Klarlackes oder eine PVD (Physical Vapor Deposition)-Beschichtung. Durch eine abschließende ZnO₂-Bedampfung kann überdies eine Entspiegelung der Oberfläche erreicht werden. Bereits vor dem Ätzvorgang lässt sich durch spezielle Verdichtungsverfahren, z. B. Kugelstrahlen, Hämmern und dergleichen die Kornstruktur zusätzlich beeinflussen.
Die Erfindung ist auch bei anderen Metallen oder Metalllegierungen anwendbar, die submikroskopisch dünne Oxidschutzschichten ausbilden, z. B. bei Titan und Magnesium. Das Ätzmittel ist geeignet auszuwählen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberfläche, wobei ein submikroskopisch dünne Oxidschichten ausbildendes metallenes Grundmaterial, insbesondere Aluminium, eines Bauteiles nach einer Vorbehandlung seiner Oberfläche durch Ätzen bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ätzen ein Umformen sowie eine gezielte Wärmebehandlung zum Herbeiführen eines spezifischen Rekristallisationsverhaltens mit entsprechendem Kornwachstum vorausgehen, wobei entlang der Oberfläche (6) Bereiche ausgewählt werden, die einer Wärmebehandlung von anderer Intensität und einer Umformung mit anderem Umformgrad als die übrigen Oberflächenbereiche ausgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (6) vor dem Ätzen zusätzlich mechanisch verdichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Mischung aus konzentrierter Schwefelsäure (H₂SO₄) und 40 %iger Flußsäure (HF) als Ätzmittel bei einer Ätztemperatur von ca. 25°C und einer Ätzzeit von ca. 4 Min.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein an das Ätzen sich anschließendes Aufbringen einer Aluminiumoxid-Schutzschicht (Al₂O₃), farblos, nach dem Eloxal^®-Verfahren und Nachverdichten mit Wasserdampf.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein an das Ätzen sich anschließendes Aufbringen eines Zweikomponenten-Klarlackes.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch eine abschließende ZnO₂-Bedampfung der Oberfläche (6).