DE3616725A1 - Herstellung von aluminiumlegierungs-erzeugnissen mit gleichmaessig grauer lichtechter oberflaeche - Google Patents
Herstellung von aluminiumlegierungs-erzeugnissen mit gleichmaessig grauer lichtechter oberflaecheInfo
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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.
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%.
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.
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 (5)
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.
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