DE3616725A1

DE3616725A1 - Herstellung von aluminiumlegierungs-erzeugnissen mit gleichmaessig grauer lichtechter oberflaeche

Info

Publication number: DE3616725A1
Application number: DE19863616725
Authority: DE
Inventors: Juergen Timm; Jean-Francois Paulet; Joerg Maier
Original assignee: Alusuisse Holdings AG; Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-17
Publication date: 1987-11-19
Also published as: EP0246186A1; DE3767558D1; EP0246186B1; US4806211A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungs-Erzeugnissen mit gleichmäßig grauer, lichtechter Oberfläche mit einer Lichtreflektivität von höchstens 50% durch anodische Oxidation in einem Elektro lyt.

Zur Erzielung dekorativer Graufärbung von Aluminiumlegie rungs-Erzeugnissen sind diverse Verfahren bekannt, welche von der anodischen Oxidation ausgehen und keine zusätzliche adsorptive Färbung benötigen. Der resultierende Farbton wird durch mehrere Verfahrensparameter bestimmt, insbeson dere durch die Elektrolytzusammensetzung, die angelegte Spannung, die Stromart, -dichte und -dauer sowie durch die Legierungszusammensetzung.

Eine vielfältige Gruppe stellen die zweistufigen elektro lytischen Färbeverfahren dar. Dabei wird in einer ersten Stufe in einem Schwefelsäure oder Schwefelsäure/Oxalsäure bad mittels Gleichstrom mit einer Dichte von 100 bis 200 A/m² eine Oxidschicht von etwa 20 µm Dicke erzeugt. An schließend wird in einer zweiten Stufe durch Wechselstrom mit einer Dichte von 10 bis 150 A/m² aus Metallsalzlösungen geeigneter Zusammensetzung Metallverbindungen am Porengrund der Oxidschicht festhaftend abgeschieden und damit eine dauerhafte und lichtechte Färbung erzeugt.

Eine weitere Gruppe von Verfahren zur Erzeugung lichtechter Graufärbungen besteht in der einstufigen Farbanodisation, bei welcher mittels Gleichstrom von 70 bis 800 A/m² Dichte in einem Spezialelektrolyten Oxidschichten mit natürlicher Eigenfärbung erzeugt werden. Der nebst der Legierungszu sammensetzung den Farbton bestimmende Elektrolyt besteht aus organischen Säuren, gegebenenfalls mit Zusätzen an Schwefelsäure. Als Werkstoffe werden zumeist Aluminiumle gierungen vom Typ AlMn, AlMg und AlMgSi eingesetzt.

Bei ausgesuchten Legierungen und nach Einhaltung spezieller Halbzeugfertigungsvorschriften lassen sich auch mit Stan dard-Anodisierverfahren dekorative Grautöne erzeugen. Diese kostengünstigen und weitverbreiteten Anodisierverfahren ar beiten mit Gleichstrom von 80 bis 300 A/m² Dichte und be nützen einen Schwefelsäureelektrolyten, oftmals mit ge ringen Zusätzen an Carbonsäuren. Eine hierzu bekannte Alu miniumlegierung enthält 4,5% Silizium und 0,5% Magnesium. Bei einer Stromdichte von 150 A/m² entsteht nach 40 Min. eine Oxidschicht mit etwa 18 µm Dicke, welche eine mittel graue Eigenfarbe aufweist. Die Lichtreflektivität, als Maß für den Grauton, beträgt 20%. Nach einer Oxidationsdauer von 60 Min. mißt die Oxidschicht 27 µm und weist eine dun kelgraue Eigenfarbe mit 13% Lichtreflektivität auf. Die Re flektivität wurde hierzu mit einem LANGE-FLE-Meßgerät er mittelt.

Dieser Werkstoff neigt jedoch bei der Halbzeugfertigung - Walzen oder Strangpressen - zu übermäßigem Werkzeugver schleiß. Zudem ist die Einhaltung enger Farbton- und Gleichmäßigkeitstoleranzen recht schwierig.

Die Erfinder haben sich deshalb die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungs-Erzeug nissen zu schaffen, welches mit den üblichen Anodisierver fahren, ohne zusätzliche Färbestufe eine gleichmäßige, strukturfreie, lichtechte, graue Oberfläche von höchstens 50% Lichtreflektivität ermöglicht. Dabei soll mit einer konstanten Legierungszusammensetzung eine breite Palette von Grautönen herstellbar sein.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Legierung, bestehend aus 1,20 bis 1,60% Eisen und 0,25 bis 0,55% Mangan, wobei das Gewichtsverhältnis Fe/Mn zwi schen 2,8 und 5 liegt, sowie bis 0,20% Silizium, bis 0,30% Kupfer, bis 5% Magnesium, bis 0,10% Chrom, bis 2% Zink, bis 0,25% Zirkon, bis 0,10% Titan, Rest Aluminium und gesamt haft bis 0,50% anderen Elementen eingesetzt wird und daß bei der Verarbeitung der Legierung vom Guß zum Erzeugnis alle Behandlungstemperaturen unter 560°C gehalten werden, wobei die Verweildauer im Temperaturbereich zwischen 540 und 560°C höchstens 4 Stunden beträgt.

Bevorzugt werden alle Behandlungstemperaturen, sowohl die im Zusammenhang mit Warmumformprozessen, auftretenden, als auch die der Warmumformung vorgeschalteten, im für die Ver arbeitung tiefstmöglichen Bereich gewählt und die Verweil dauer bei Temperaturen oberhalb 300°C möglichst kurz ge halten.

In einer besonders bevorzugten Ausführung des Verfahrens liegt der Eisengehalt der eingesetzten Legierung zwischen 1,30 und 1,50%, das Gewichtsverhältnis Fe/Mn zwischen 3 und 4 und der Siliziumgehalt unter 0,08%. Dies ermöglicht gleichmäßig dunkle Grautöne auch bei verhältnismäßig ge ringen Oxidschichten.

Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, die anodische Oxidation unter Verwendung von Gleichstrom in einem Schwe felsäureelektrolyt mit 10 bis 25 Gew.-% Schwefelsäure und bis 5% Carbonsäuren durchzuführen.

Vor der anodischen Oxidation kann die Oberfläche der Alu minium-Werkstücke noch durch Schleifen, Bürsten, Polieren, Ätzen, Glänzen und ähnlichem vorbehandelt werden.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, Kaltwalz-Bleche und Stranpreßprofile herzustellen, welche ohne die Legierung variieren zu müssen, bei Standard-Ano disierverfahren im Oxiddickenbereich von 5 bis 30 µm eine Grautonplatte von 8 bis 45% Lichtreflektivität abdecken und bei welchen bei einer Oxidschichtdicke von 10 µm die Lichtreflektivität unter 30% liegt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Beispiel 1

Aus einer Legierung mit 1,42% Eisen, 0,44% Mangan, 0,06% Silizium und Rest Aluminium mit 0,07% Verunreinigungen wur de ein rechteckiger Strang von 320 × 1080 mm² Querschnitt gegossen. Der konventionell gegossene Barren wurde beid seits 10 mm überfräst. Bei Verwendung Hot Top- oder Magnet feldkokillen könnte davon abgesehen werden. Der Barren wur de sodann auf 520°C angewärmt und ohne Haltezeit einem Warmwalzgerüst zugeführt und zu einer Platte von 8 mm Dicke gewalzt. Die mit einer Temperatur von 450°C austretende Platte wurde durch einen Wasserkasten geführt und auf eine Dicke von 1,0 mm kaltgewalzt. Nach einer Endglühung von 3 Stunden bei 320°C wies das Blech eine Zugfestigkeit R _m von 142 MPa, eine Streckgrenze R _pO · ₂ von 104 MPa und eine Dehnung A ₅ von 40% auf.

Bleche von 980 × 980 mm² wurden in einem Elektrolyten ano disch oxidiert. Das Bad enthielt 180 g Schwefelsäure und 10 g Oxalsäure pro Liter. Die Dichte des Gleichstroms betrug 150 A/m². Die Oxidschicht eines während 20 Minuten anodisch eingesetzten Bleches mißt 10 µm. Das Blech zeigt über die gesamte Oberfläche eine gleichmäßige mittelgraue Farbe. Die mit dem LANGE LFE-Meßgerät ermittelte Lichtreflektivi tät beträgt 21%. Während 40 Minuten oxidierte Bleche weisen eine Oxidschicht von 20 µm Dicke auf. Die Lichtreflektivi tät der gleichmäßig dunkelgrauen Oberfläche beträgt 12%.

Beispiel 2

Aus einer Legierung mit 1,45% Eisen, 0,43% Mangan, 0,15% Zirkon, 0,05% Silizium und Rest Aluminium mit 0,04% Verun reinigungen wurde ein Rundbolzen von 200 mm Durchmesser ge gossen. Der Bolzen wurde 2 mm tief überdreht und zum Strangpressen auf 490°C rasch angewärmt und ohne Haltezeit zu 3 Profilen mit je 140 mm² Querschnittsfläche verpreßt. Die Preßschweißnähte aufweisenden Stränge traten mit einer Temperatur von 540°C aus der Matrize und wurden mit beweg ter Luft abgekühlt. Zugversuche ergaben eine Zugfestigkeit R _m von 160 MPa und eine Streckgrenze R _{pO · 2} von 85 MPa.

Strangabschnitte wurden in einem Bad mit 180 g Schwefel säure und 10 g Oxalsäure pro Liter bei einem Gleichstrom mit einer Dichte von 200 A/m² anodisch oxidiert. Nach 13 minütiger Behandlung maß die Oxidschicht 9 µm. Die Reflek tivität beträgt 20%. Alle 3 Profile weisen eine gleichmäs sige, strukturfreie mittelgraue Färbung auf. Farbunter schiede sind nicht zu erkennen.

Beispiel 3

Aus einer Legierung mit 1,48% Eisen, 0,40% Mangan, 1,2% Magnesium, 0,05% Silizium und Rest Aluminium mit 0,04% Ver unreingungen wurde ein Rundbolzen von 160 mm Durchmesser gegossen. Der Bolzen wurde 3 mm tief überdreht und zum Strangpressen auf 380°C rasch angewärmt und nach einer Hal tezeit von einer Stunde zu einem Rechteck-Profil mit 4 × 30 mm² Querschnitt mit einer Geschwindigkeit von 16 m/Minute verpreßt. Der Strang trat mit einer Temperaur von 460°C aus der Matrize und wurde an der Luft abgekühlt. Die Zug festigkeit R _m betrug 215 MPa, die Streckgrenze R _{pO · 2} 106 MPa und die Bruchdehnung A ₅ 21%. Nach einem Recken von 3% wurde ein R _m von 220 MPa, ein R _{pO · 2} von 173 MPa und ein A ₅ von 19% gemessen.

Strangabschnitte wurden in einem Bad mit 180 g Schwefel säure und 10 g Oxalsäure pro Liter bei einem Gleichstrom mit einer Dichte von 150 A/m² anodisch oxidiert. Nach 25 minütiger Behandlung maß die Oxidschicht 12 µm. Die Re flektivität beträgt 18%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminiumlegierungs-Er zeugnissen mit gleichmäßiger grauer, lichtechter Ober fläche mit einer Lichtreflektivität von höchstens 50% durch anodische Oxidation in einem Elektrolyt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Legierung, bestehend aus 1,20 bis 1,60% Eisen und 0,25 bis 0,55% Mangan, wobei das Gewichtsverhältnis Fe/Mn zwischen 2,8 und 5 liegt, sowie bis 0,20% Sili zium, bis 0,30% Kupfer, bis 5% Magnesium, bis 0,10% Chrom, bis 2% Zink, bis 0,25% Zirkon, bis 0,10% Titan, Rest Aluminium und gesamthaft bis 0,50% anderen Elemen ten eingesetzt wird und daß bei der Verarbeitung der Legierung vom Guß zum Erzeugnis alle Behandlungstempe raturen unter 560°C gehalten werden, wobei die Verweil dauer im Temperaturbereich zwischen 540 und 560°C höchstens 4 Stunden beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisengehalt der eingesetzten Legierung zwischen 1,30 und 1,50%, das Gewichtsverhältnis Fe/Mn zwischen 3 und 4 und der Siliziumgehalt unter 0,08% liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die anodische Oxidation unter Verwendung von Gleichstrom in einem Schwefelsäureelektrolyt mit 10 bis 25 Gew.-% Schwefelsäure und bis 5% Carbonsäuren durch geführt wird.

4. Strangpreßprofil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Lichtreflektivität, welche bei konstanter Legierungszu sammensetzung bei Oxidschichten von 5 bis 30 µm zwi schen 8 und 45% einstellbar ist und bei Oxidschichten von 10 µm unter 30% liegt.

5. Kaltwalzblech, hergestellt nach dem Verfahren nach ei nem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Lichtreflektivität, welche bei konstanter Legierungszu sammensetzung bei Oxidschichten von 5 bis 30 µm zwi schen 8 und 45% einstellbar ist und bei Oxidschichten von 10 µm unter 30% liegt.