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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungsstruktur zur Verbesserung
der Korrosionsbeständigkeit
von Produkten und Teilen, welche aus Aluminiumlegierungen hergestellt
sind, und welche in einer wässrigen
Umgebung verwendet werden, wie beispielsweise Schiffsschrauben und
Schiffsrümpfe,
welche in Meerwasser oder in Seen verwendet werden, Wasserpumpen
und Zerstäuber,
welche die Leistung von Mehrzweckmaschinen, etc. erbringen, und
Landwirtschaftsmaschinen, welche auf Reisfeldern, etc. verwendet
werden.
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Auf
oben beschriebene Produkte und Teile wird eine rostschützende oder
korrosionsbeständige
Beschichtung aufgebracht. Eine rostschützende Beschichtung wird insbesondere
hinsichtlich des in Meerwasser enthaltenen Salzes, welches einen
Faktor für
die Beschleunigung der Korrosion darstellt, benötigt.
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Eine
rostschützende
oder korrosionsbeständige
Beschichtung betreffend werden mehrere Verfahren vorgeschlagen.
So offenbart beispielsweise die offen gelegte japanische Patentveröffentlichung
Nr. HEI-2-250997 ein „Rostschutz-Behandlungsverfahren
für Aluminiummaterial
und Außenbordmotorgehäuse hergestellt
aus Aluminium",
welches dadurch erhalten wird, dass ein eloxierter Film auf der
Oberfläche
eines Materials, welches aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung
besteht, ausgebildet und der eloxierte Film einer Versiegelungsbehandlung
mit Molybdändisulfid
unterzogen wird, wodurch ein beschichteter Film ausgebildet wird.
In der oben erwähnten
Veröffentlichung
wird beschrieben, dass es wünschenswert
ist, in der Beschichtungsstruktur vor Ausbildung des beschichteten
Films zunächst
eine Grundierung, welche ein Rostschutzpigment enthält, aufzutragen,
wobei als Rostschutzpigment, welches mit der Grundierung vermischt wird,
Strontiumchromat geeignet ist.
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Ferner
offenbart die offen gelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. HEI-10-230219
eine „Beschichtete
Filmstruktur mit hervorragender Korrosionsbeständigkeit gegenüber Meerwasser", welche durch Ausbildung
eines Formationsfilms auf der Oberfläche eines Aluminiumteils 11
durch Behandlung mit Chromat, Ausbildung einer unteren beschichteten
Schicht auf der Oberfläche
des Formationsfilms mittels eines Rostschutzpigment-Beschichtungsmaterials
unter Verwendung von Zinkphosphat, und Überschichtung mit einem Deckmaterial,
erhalten wird.
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In
der Beschichtungsstruktur der oben beschriebenen japanischen Veröffentlichung
Nr. HEI-2-250997 sind jedoch eine Eloxalbeschichtungsbehandlung
(Aluminiumeloxalbehandlung) und eine Versiegelungsbehandlung erforderlich,
wobei diese Behandlungen die Kosten erhöhen, welche den Preisanstieg
der Produkte bedingen.
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Da
für den
beschichteten Film der oben beschriebenen japanischen Veröffentlichung
Nr. HEI-10-230219 Zinkphosphat verwendet wird, wird sich darüber hinaus
voraussichtlich die Festigkeit des beschichteten Films verringern.
Wenn sich die Festigkeit des beschichteten Films verringert, verringert
sich die Korrosionsbeständigkeit.
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Da
in beiden oben beschriebenen japanischen Veröffentlichungen Nr. HEI-2-250997
und Nr. HEI-10-230219 eine Behandlung mit Chromsäure angewendet oder eine Grundierung
auf Chromsäurebasis verwendet
wird, lässt
sich insbesondere die Behandlung einer Abfalllösung auf Chromsäurebasis
nicht vermeiden, wobei die Kosten für die Behandlung der Abfalllösung für die Erhöhung der
Produktkosten relevant werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Beschichtungsstruktur
bereitzustellen, welche, ohne dass es eines eloxierten Films und
einer Versiegelungsbehandlung bedarf, eine hinreichende Korrosionsbeständigkeit
aufweist und geeignet ist, die Produktkosten einzuschränken.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Beschichtungsstruktur
mit Korrosionsbeständigkeit
bereitgestellt, welche ein Aluminiumlegierungsmaterial, einen Formationsfilm,
welcher auf der Oberfläche
des Aluminiumlegierungsmaterials durch Behandlung mit Zirkoniumphosphat
ausgebildet wird, und eine Grundierungsschicht, welche Phosphormolybdänsäure als
Rostschutzpigment enthält
und auf der äußeren Oberfläche des
Formationsfilms ausgebildet wird, umfasst.
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Da
Zirkoniumphosphat mit der Oxidschicht der Oberfläche der Aluminiumlegierung
unter Ausbildung einer Zirkoniumböhmitschicht reagiert, wodurch
sich die Haftung an ein Beschichtungsmaterial erhöht, kann erfindungsgemäß, wie oben
beschrieben, die korrosionsbeständige
Struktur erhalten werden, ohne dass es einer Versiegelungsbehandlung
bedarf, während
die Erhöhung
der Produktionskosten eingeschränkt
wird. Da Phosphormolybdänsäure und
Zirkoniumphosphat verwendet werden, ergibt sich darüber hinaus
keine Kostenerhöhung
für die
Behandlung von flüssigem
Abfall, wodurch die Erhöhung
der Produktionskosten eingeschränkt
werden kann.
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Als
Aluminiumlegierung stehen beispielsweise Legierungen auf Al-Si-Mg-Basis zur Verfügung. In
diesem Fall wird durch Verringerung des Anteils an Cu in der Aluminiumlegierung
das Auftreten von Korrosion eingeschränkt, und durch Erhöhung des
Anteils an Mg anstelle einer Verringerung von Cu die Festigkeit
des Produkts sichergestellt. Demzufolge kann durch Verwendung der
oben beschriebenen Aluminiumlegierung sowohl der Korrosionsbeständigkeit
als auch der Festigkeit Rechnung getragen werden.
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In
oben beschriebenem Formationsfilm liegt das Gewicht pro Einheit
beschichteter Fläche
im Bereich zwischen 5 und 30 mg/m2. Beträgt das Gewicht
des oben beschriebenen Formationsfilms weniger als 5 mg/m2, wird der Film zu dünn, um die Festigkeit des Films
aufrechtzuerhalten, während
sich die Filme, wenn das Gewicht 30 mg/m2 übersteigt,
unter Verringerung der Haftung gegenseitig überlappen. Besonders bevorzugt
liegt das Gewicht des Formationsfilms im Bereich zwischen 20 und
30 mg/m2.
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Entsprechend
den unterschiedlichen Herstellungsverfahren und Bearbeitungsverfahren
bilden sich auf der Oberfläche
eines Metallmaterials zwangsläufig
Unebenheiten. Zur ausreichenden Abdeckung der Unebenheiten ist eine
Filmdicke der Grundierungsschicht von mindestens 5 μm erforderlich.
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Je
dicker die Filmdicke, desto besser lassen sich die Unebenheiten
abdecken, da jedoch bei Überschreiten
einer Dicke von 50 μm
die Wirtschaftlichkeit nicht mehr gegeben ist, liegt die Dicke der
Grundierungsschicht bevorzugt im Bereich zwischen 5 und 50 μm.
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Die
oben beschriebene Grundierungsschicht besteht aus einem Epoxidharz
als Grundharz, welchem ein Rostschutzpigment, bestehend aus Phosphormolybdänsäure, hinzugefügt ist.
Da ein Epoxidharz eine hohe Haftwirkung besitzt, haftet die Phosphormolybdänsäure der
Grundierungsschicht fest an dem Zirkoniumphosphat der Formationsschicht,
wodurch die Grundierungsschicht fester an der Formationsschicht
haften kann und die Korrosionsbeständigkeit noch weiter verbessert
wird.
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Beträgt der Gehalt
des oben beschriebenen Epoxidharzes weniger als 40 Gew.-%, verringert
sich die Abfangleistung des Films, während sich, wenn der Gehalt
des Epoxidharzes 60 Gew.-% übersteigt,
die Haftleistung des Films verringert. Unter Berücksichtigung sowohl der Abfangleistung
als auch der Haftleistung ist es folglich bevorzugt, dass der Anteil
des Epoxidharzes in der Grundierung im Bereich zwischen 40 und 60 Gew.-%
liegt. Beträgt
der Gehalt an Phosphormolybdänsäure in der
Grundierung weniger als 5 Gew.-%, verringert sich darüber hinaus
die Rostschutzleistung, während,
wenn deren Gehalt 13 Gew.-% übersteigt,
die Rostschutzleistung ausreichend sein kann, sich jedoch die Haftleistung
verringert. Unter Berücksichtigung
sowohl der Rostschutzleistung als auch der Haftleistung ist es daher
bevorzugt, dass der Gehalt an Phosphormolybdänsäure in der Grundierung im Bereich
zwischen 5 und 13 Gew.-% liegt.
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Durch
Hinzufügen
der Deckschicht zu Formationsschicht und Grundierungsschicht erhöht sich
die Gesamtfilmdicke der korrosionsbeständigen Beschichtungen, wodurch
sich die Korrosionsbeständigkeit
erhöht. Selbst
wenn die Dicke der Grundierungsschicht möglicherweise in gewissem Maße unzureichend
ist, kann die Dicke beispielsweise durch Hinzufügen der Deckschicht ergänzt werden.
Als Beschichtungsmaterial, welches die Deckschicht bildet, ist ein
Beschichtungsmaterial auf Acrylharz- oder Melaminbasis bevorzugt.
Da sich Acrylharze oder Melamin gut an Phosphormolybdänsäure anlagern,
kann die Deckschicht fest an der Grundierungsschicht haften.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Beschichtungsstruktur mit
Korrosionsbeständigkeit
bereitgestellt, welche ein Aluminiumlegierungsmaterial, welches
einer Beizbehandlung unterzogen wird, einen Formationsfilm, welcher
auf der Oberfläche
des Aluminiumlegierungsmaterials durch Behandlung mit Zirkoniumphosphat
gebildet wird, und eine Grundierungsschicht, welche Phosphormolybdänsäure als Rostschutzpigment
verwendet und auf der äußeren Oberfläche des
Formationsfilms ausgebildet wird, umfasst.
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Erfindungsgemäß kann,
wie oben beschrieben, die angelagerte Menge an Formationsfilm erhöht und die
Korrosionsbeständigkeit
weiter verbessert werden, indem die Aluminiumlegierung vor Ausbildung
des Formationsfilms auf der Aluminiumlegierung einer Beizbehandlung
unterzogen wird. Da Zirkoniumphosphat die Funktion besitzt, mit
dem Oxidfilm der Oberfläche
der Aluminiumlegierung unter Bildung einer Zirkoniumböhmitschicht
zu reagieren und die Haftung an das Beschichtungsmaterial zu erhöhen, kann
die korrosionsbeständige
Struktur erhalten werden, ohne dass es einer Versiegelungsbehandlung
bedarf, während
die Erhöhung der
Produktkosten eingeschränkt
wird. Da Phosphormolybdänsäure und
Zirkoniumphosphat verwendet werden, ergibt sich darüber hinaus
keine Kostenerhöhung
für die
Behandlung des flüssigen
Abfalls, wodurch die Erhöhung
der Produktkosten eingeschränkt
werden kann.
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Nachfolgend
werden, lediglich als Beispiel, bestimmte bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen,
im Detail beschrieben, in welchen:
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1 eine
Schrägansicht
eines Außenbordmotors
als Ausführungsform
des aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Teils darstellt,
auf welches die erfindungsgemäße Beschichtung
aufgebracht ist;
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2 ein
Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Beschichtungsstruktur
darstellt; und
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3A und 3B Ansichten
darstellen, welche einen Probenkörper
bzw. eine korrodierte Breite erläutern.
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Die
folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und in
keinster Weise dafür
bestimmt, die Erfindung, deren Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten
zu beschränken.
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Wie
in 1 dargestellt, weist ein Außenbordmotor 10 eine
Struktur auf, welche durch Montage eines Getriebegehäuses 11,
eines Verlängerungsgehäuses 12,
einer unteren Abdeckung 13, und einer Motorenabdeckung 15 gebildet
wird. Die Schraube 16 wird mittels eines Motors, einer
vertikalen Welle, und eines Getriebesatzes (nicht dargestellt) innerhalb
der Motorenabdeckung 15 in Rotation versetzt. Der Außenbordmotor 10 wird
mittels einer Einstellhalterung 17 am Heck (nicht dargestellt)
befestigt. Die erfindungsgemäße Beschichtung
wird insbesondere auf das Getriebegehäuse 11 und das Verlängerungsgehäuse 12 aufgebracht,
welche in Meerwasser eingetaucht sind. Selbstverständlich kann
die erfindungsgemäße Beschichtung
auch auf andere Teile aufgebracht werden.
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Dies
bedeutet, dass die erfindungsgemäße Beschichtung
auf jegliche Produkte und Teile von Aluminiumlegierungen aufgebracht
wird, welche in einer wässrigen
Umgebung, ungeachtet der Art, verwendet werden, wie beispielsweise
Schiffsschrauben und Schiffsrümpfe,
welche in Meerwasser oder in Seen verwendet werden, Wasserpumpen
und Zerstäuber,
welche die Leistung von Mehrzweckmaschinen, etc. erbringen, und Landwirtschaftsmaschinen,
welche auf Reisfeldern, etc. verwendet werden.
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2 zeigt
ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Beschichtungsstruktur.
In 2 ist eine korrosionsbeständige Beschichtungsstruktur
dargestellt, wobei ein Formationsfilm 22 auf einem Metallmaterial 21 ausgebildet
wird, eine Grundierungsschicht 23 auf dem Formationsfilm 22 ausgebildet
wird, und eine Deckschicht 24 auf der Grundierungsschicht 23 ausgebildet
wird.
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Um
Gewicht einzusparen, ist das Metallmaterial 21 bevorzugt
eine Aluminiumlegierung. Unter den Aluminiumlegierungen sind Legierungen
auf Al-Si-Mg-Basis,
welchen Silizium und Magnesium hinzugefügt ist, bevorzugt. Durch Hinzufügen von
Mg verliert ein Cu-Bestandteil in der Legierung auf Al-Si-Mg-Basis
an Bedeutung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass durch Einschränkung des
Cu-Gehalts die Korrosionsbeständigkeit
gegenüber
Salz erhöht
werden kann.
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Der
Formationsfilm 22 ist ein Film, welcher chemisch, d.h.
durch chemische Reaktion, ausgebildet wird. Erfindungsgemäß wird der
Film durch Behandlung mit Zirkoniumphosphat ausgebildet, wobei das
Gewicht des Films pro Einheit beschichteter Fläche im Bereich zwischen 5 und
30 mg/m2 liegt. Der Grund hierfür liegt
darin, dass der Film bei einem Gewicht von weniger als 5 mg/m2 zu dünn
wird, um die Festigkeit des Films aufrechtzuerhalten, während sich
die Filme, wenn das Gewicht 30 mg/m2 übersteigt,
unter Verringerung der Haftung gegenseitig überlappen. Da Zirkoniumphosphat
verwendet wird, ergibt sich darüber
hinaus, im Unterschied zur Behandlung von flüssigem Chromsäureabfall
im Stand der Technik, keine Kostenerhöhung für die Behandlung des flüssigen Abfalls.
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Die
Grundierungsschicht 23 ist aus den Hauptbestandteilen Phosphormolybdänsäure, welches
als Rostschutzpigment dient, und einem Grundharz zusammengesetzt,
wobei es wünschenswert
ist, dass der Anteil an Phosphormolybdänsäure in der Grundierung zwischen
5 und 13 Gew.-% und der Anteil an Grundharz zwischen 40 und 60 Gew.-%
liegt. Beträgt
der Gehalt an Phosphormolybdänsäure zwischen
5 und 13 Gew.-%, können
eine gute Rostschutzleistung und Haftleistung aufrechterhalten werden.
Die Filmdicke der Grundierungsschicht 23 beträgt zwischen
5 und 50 μm.
Auf der Oberfläche
eines Metallmaterials treten zwangsläufig Unebenheiten auf, obwohl
sich das Ausmaß entsprechend
dem Herstellungsverfahren und dem Bearbeitungsverfahren des Metallmaterials
unterscheidet. Zur ausreichenden Abdeckung der Unebenheiten ist
eine Filmdicke von mindestens 5 μm
erforderlich. Um die Unebenheiten ausreichend abzudecken, ist es
weiterhin umso besser, je dicker die Filmdicke ist, wobei bei Überschreiten
einer Filmdicke von 50 μm
die Wirtschaftlichkeit nicht mehr gegeben ist.
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Durch
Ausbildung der Deckschicht 24 auf der Grundierungsschicht
erhöht
sich die Gesamtfilmdicke der korrosionsbeständigen Beschichtungen, wodurch
sich die Korrosionsbeständigkeit
erhöht.
Selbst wenn die Dicke der Grundierungsschicht in gewissem Maße unzureichend
ist, kann dies beispielsweise durch Hinzufügen der Deckschicht ergänzt werden.
Durch Hinzufügen
der Deckschicht auf Formationsschicht und Grundierungsschicht erhöht sich
die Gesamtfilmdicke der korrosionsbeständigen Beschichtungen ebenfalls,
wodurch sich die Korrosionsbeständigkeit
erhöht.
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Es
ist bevorzugt, dass das Beschichtungsmaterial, welches die Deckschicht 24 bildet,
ein Acrylharz oder Melamin enthält.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass
sich Acrylharze oder Melamin gut an Phosphormolybdänsäure anlagern,
wodurch die Deckschicht fest an der Grundierungsschicht haften kann.
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Beispiele
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Nachfolgend
werden Versuchsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben,
wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Versuchsbeispiele beschränkt ist.
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Da
die Erfindung eine Beschichtungsstruktur mit Korrosionsbeständigkeit
betrifft, wird hauptsächlich ein
Salzsprühtest,
welcher nachfolgend ausführlich
erläutert
wird, praktiziert, wobei anhand der nach einer festgelegten Zeit
auftretenden Korrosionsbreite die Korrosionsbeständigkeit bewertet wird.
- (1) Salzsprühtest:
Entsprechend JIS Z 2371 „Salzsprühtest-Verfahren" wurden eine Sprühkammer,
eine wässrige
5 ± 0.5%ige
NaCl-Lösung,
Druckluft zwischen 68.6 und 177 kPa, und ein Temperaturregler, welcher
eine Temperatur von 35 ± 1°C aufrechterhält, vorbereitet,
und ein Probenkörper
unter den Bedingungen einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95 bis
98% und einer Temperatur von 35 ± 1°C für eine festgelegte Zeit mit
Salzwasser besprüht.
- (2) Probenkörper
(siehe 3A): Eine Aluminiumlegierung
von 70 mm × 150
mm × 3.0
mm, auf welche der Formationsfilm, die Grundierungsschicht, etc.
aufgebracht sind, und in welche mit einem Schneidmesser eine X-Form
eingekerbt ist, wird für
den Versuch bereitgestellt.
- (3) Auswertung: Das äußere Erscheinungsbild
wird visuell verfolgt, oder siehe 3B.
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3A und 3B zeigen
Darstellungen, welche den Probenkörper und die Korrosionsbreite
erläutern.
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3A zeigt
einen Probenkörper 25 einer
Aluminiumlegierung, auf welchen der Formationsfilm, die Grundierungsschicht,
etc. aufgebracht sind. Die Kerben 26, 26 im Probenkörper 25 werden
mittels eines Schneidmessers ausgeformt.
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3B zeigt
den Probenkörper 25,
nachdem dieser für
eine festgelegte Zeit dem Salzsprühtest unterzogen wurde, wobei
der Zustand dargestellt ist, gemäß dem sich
die Korrosionen 27, 27 von den als Startpunkte
dienenden Kerben 26, 26 aus ausbreiten. Es wird
die Breite W der Korrosion 27 gemessen. Die Breite W ist
das Maß vom
Mittelpunkt der Kerbe 26 aus, welche nachfolgend als „Korrosionsbreite" bezeichnet wird.
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Versuchsbeispiele 1 bis
6
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- Metallmaterial: JIS ADC3 Aluminiumlegierung.
- Formationsfilm: Zirkoniumphosphat (10 mg/m2)
oder Zinkphosphat (2.1 mg/m2).
- Grundierungsschicht: Phosphormolybdänsäure-Pigment (25 μm), Zinkphosphat-Pigment
(25 μm),
oder Tripolyphosphorsäure-Pigment
(25 μm).
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Ein
Probenkörper,
welcher durch Ausbildung des Formationsfilms auf oben beschriebenem
Metallmaterial und Ausbildung der auf diesem Film befindlichen Grundierungsschicht
erhalten wurde, wurde, wie oben beschrieben, eingekerbt, und der
Salzsprühtest
für 2500
Stunden durchgeführt.
Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 1 dargestellt.
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In
Versuchsbeispiel 1 betrug die Korrosionsbreite W etwa 2.0 mm, was
mit B (gut) bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 2 überstieg
die Korrosionsbreite W 2.0 mm, was mit C (mittelmäßig) bewertet
wurde. Es ist zu berücksichtigen,
dass das Zinkphosphat-Pigment
der Grundierungsschicht nicht ausreichend mit dem Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) reagieren konnte, wodurch sich die Haftung verringerte
und die Korrosion voranschritt.
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In
Versuchsbeispiel 3 überstieg
die Korrosionsbreite W 2.0 mm, was mit C bewertet wurde. Es ist
zu berücksichtigen,
dass das Tripolyphosphorsäure-Pigment
der Grundierungsschicht nicht ausreichend mit dem Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) reagieren konnte, wodurch sich die Haftung verringerte
und die Korrosion voranschritt.
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In
den Versuchsbeispielen 4, 5 und 6 überstieg die Korrosionsbreite
W 2.0 mm bei weitem, was mit D (nicht gut) bewertet wurde. Da der
Formationsfilm aus Zinkphosphat hergestellt wurde, ist zu berücksichtigen, dass
Zinkphosphat eine schwache Bindung mit der Phosphormolybdänsäure, dem
Zinkphosphat, oder der Tripolyphosphorsäure der Grundierungsschicht
ausbildete, wodurch sich die Rostschutzleistung stark verringerte.
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Anhand
der oben beschriebenen Ergebnisse konnte bestätigt werden, dass die Kombination
aus Aluminiumlegierung (Metallmaterial), Zirkoniumphosphat (Formationsfilm)
und Phosphormolybdänsäure (Grundierungsschicht)
die Beste war.
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Versuchsbeispiele 7 bis
10
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Es
ist bekannt, dass der Oxidfilm von Al2O3 auf der Oberfläche einer Aluminiumlegierung
als Sperrschicht vorhanden ist. Da die äußere Oberfläche der Sperrschicht porös ist, besteht
durch „Vorbehandlung" einer solchen Oberfläche jedoch
eine Möglichkeit,
die angelagerte Menge an Formationsfilm, verglichen mit der unbehandelten
Oberfläche,
zu erhöhen.
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Die
Versuchsbeispiele 7 bis 10 stellen die Bestätigungstests hierfür dar, wobei
deren Ergebnisse nachfolgend in Tabelle 2 dargestellt sind.
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Zur
Vorbehandlung wurde die Aluminiumlegierung (JIS-ADC3) einer Grobschleifbehandlung
mit #180 und einer Strahlbehandlung mit Aluminiumlegierungspartikeln,
welche eine Partikelgröße von 1.2
mm aufwiesen, in dieser oder umgekehrter Reihenfolge unterzogen,
und anschließend,
nach Beizbehandlung in den Versuchsbeispielen 7 und 9, oder ohne
Beizbehandlung in den Versuchsbeispielen 8 und 10, jeweils der aus
Zirkoniumphosphat hergestellte Formationsfilm ausgebildet. Als Oxidationsmittel
wurde Phosphorsäure
als Hauptkomponente, welcher Fluorwasserstoffsäure und ein oberflächenaktives
Mittel hinzugefügt
waren, verwendet.
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In
Versuchsbeispiel 7 erreichte die angelagerte Menge an Formationsfilm
19.4 mg/m2, was mit A (hervorragend) bewertet
wurde.
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In
Versuchsbeispiel 8 betrug die angelagerte Menge an Formationsfilm
mangels Beizbehandlung lediglich 11.7 mg/m2,
was mit C bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 9 erreichte die angelagerte Menge an Formationsfilm
infolge Beizbehandlung 15.4 mg/m2, jedoch
war das Ergebnis schlechter als das Ergebnis von Versuchsbeispiel
7, weshalb dieser Fall mit B bewertet wurde. Dies wird als Einfluss
dessen betrachtet, dass die Vorbehandlung in der Reihenfolge Strahlen → Grobschleifen
durchgeführt
wurde.
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In
Versuchsbeispiel 10 erreichte die angelagerte Menge an Formationsfilm
mangels Beizbehandlung lediglich 8.6 mg/m2,
was schlechter war als das Ergebnis von Versuchsbeispiel 8, weshalb
dieser Fall mit D bewertet wurde.
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Anhand
der oben beschriebenen Versuchsbeispiele war ersichtlich, dass unter
der Voraussetzung, dass ein Formationsfilm auf der Aluminiumlegierung
gebildet wurde, eine „Beizbehandlung" als Vorbehandlung effektiv
war.
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Es
wurde bestätigt,
dass bei Anwendung von Grobschleif- und Strahlbehandlung vor der
Beizbehandlung die Reihenfolge Grobschleifen → Strahlen → Beizen das optimale Ergebnis
lieferte.
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Versuchsbeispiele 11 bis
13
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Als
Aluminiumlegierungen werden Legierungen verschiedener Komponentenzusammensetzung
betrachtet, wobei die optimale Komponentenzusammensetzung unter
dem Aspekt der Korrosionsbeständigkeit nach
Aufbringen der Beschichtung bestimmt wurde. Die Ergebnisse sind
nachfolgend in Tabelle 3 dargestellt.
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In
Versuchsbeispiel 11, in welchem die Probe, die durch Ausbildung
eines Formationsfilms aus Zirkoniumphosphat (10 mg/m2)
auf einer Aluminiumlegierung auf Al-Si-Mg-Basis mit geringem Cu-
und hohem Mg-Gehalt, welche aus 0.13 Gew.-% Cu, 11.0 Gew.-% Si,
0.49 Gew.-% Mg, einem Rest an Al und unvermeidbaren Bestandteilen
zusammengesetzt ist, und Ausbildung einer auf diesem Film befindlichen
Grundierungsschicht aus Phosphormolybdänsäure (25 μm) erhalten wurde, für eine festgelegte
Zeit einem Salzsprühtest
unterzogen wurde und anschließend
die Korrosionsbreite bestimmt wurde, betrug die Korrosionsbreite
nach 2500 Stunden lediglich zwischen 0.3 und 2.0 mm, was mit A bewertet
wurde.
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In
Versuchsbeispiel 12, in welchem die Probe, die durch Ausbildung
eines Formationsfilms aus Zirkoniumphosphat (10 mg/m2)
auf einer Standart-Aluminiumlegierung
auf Al-Si-Mg-Basis (übereinstimmend
mit JIS-ADC3), welche aus 0.6 Gew.-% Cu, 9.74 Gew.-% Si, 0.49 Gew.-%
Mg, einem Rest an Al und unvermeidbaren Bestandteilen zusammengesetzt
ist, und Ausbildung einer auf diesem Film befindlichen Grundierungsschicht
aus Phosphormolybdänsäure (25 μm) erhalten
wurde, für
eine festgelegte Zeit einem Salzsprühtest unterzogen wurde und
anschließend
die Korrosionsbreite bestimmt wurde, betrug die Korrosionsbreite
nach 2500 Stunden zwischen 3.0 und 4.0 mm, wobei die Korrosion weiter
voranschritt als in Versuchsbeispiel 11, weshalb dieser Fall mit
B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 13, in welchem die Probe, die durch Ausbildung
eines Formationsfilms aus Zirkoniumphosphat (10 mg/m2)
auf einer Standart-Aluminiumlegierung
auf Al-Si-Cu-Basis (übereinstimmend
mit JIS-ADC12), welche aus 3.06 Gew.-% Cu, 11.1 Gew.-% Si, 0.23
Gew.-% Mg, einem Rest an Al und unvermeidbaren Bestandteilen zusammengesetzt
ist, und Ausbildung einer auf diesem Film befindlichen Grundierungsschicht
aus Phosphormolybdänsäure (25 μm) erhalten
wurde, für
eine festgelegte Zeit einem Salzsprühtest unterzogen wurde und
anschließend
die Korrosionsbreite bestimmt wurde, betrug die Korrosionsbreite
zwischen 3.5 und 5.0 mm, wobei die Korrosion weiter voranschritt
als in Versuchsbeispiel 12, weshalb dieser Fall mit C bewertet wurde.
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Anhand
der Versuchsbeispiele konnte bestätigt werden, dass die Aluminiumlegierungen
auf Al-Si-Mg-Basis (Versuchsbeispiele 11 und 12), verglichen mit
der Aluminiumlegierung auf Al-Si-Cu-Basis (Versuchsbeispiel 13),
unter dem Aspekt der Korrosionsbeständigkeit hervorragend waren.
Weiterhin wurde bestätigt,
dass unter den Aluminiumlegierungen auf Al-Si-Mg-Basis die Aluminiumlegierung, welche
weniger Cu enthielt (Versuchsbeispiel 11), eine noch bessere Korrosionsbeständigkeit
aufwies.
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Versuchsbeispiele 14 bis
20
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In
den Beispielen wurde die Beziehung zwischen angelagerter Menge an
Formationsfilm (Zirkoniumphosphat) und Korrosionsbeständigkeit
bestimmt. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 4 dargestellt.
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Die
Gehalte (Gew.-%) an Phosphormolybdänsäure, welche die in Tabelle
4 aufgeführte
Grundierungsschicht bilden, unterscheiden sich jedoch von denjenigen
in Tabelle 3.
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In
Versuchsbeispiel 14, in welchem die angelagerte Menge an Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) 3 mg/m2 betrug, auf
diesem Film eine Grundierungsschicht (Phosphormolybdänsäure von
25 μm) ausgebildet wurde,
für 2500
Stunden ein Salzsprühtest
angewendet und die Korrosionsbreite W bestimmt wurde, betrug die
Korrosionsbreite 1.1 mm, wobei eine relativ starke Korrosion beobachtet
wurde, weshalb dieser Fall mit D bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 15, in welchem die angelagerte Menge an Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) 5 mg/m2 betrug, auf
diesem Film eine Grundierungsschicht (Phosphormolybdänsäure von
25 μm) ausgebildet wurde,
für 2500
Stunden ein Salzsprühtest
angewendet und die Korrosionsbreite W bestimmt wurde, betrug die
Korrosionsbreite 0.75 mm, was unterhalb von 1.0 mm lag, weshalb
dieser Fall mit B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 16, in welchem die angelagerte Menge an Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) 15 mg/m2 betrug und
die Korrosionsbreite W bestimmt wurde, betrug die Korrosionsbreite
0.6 mm, was unterhalb von 1.0 mm lag, weshalb dieser Fall mit B
bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 17, in welchem die angelagerte Menge an Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) 20 mg/m2 betrug und
die Korrosionsbreite W bestimmt wurde, betrug die Korrosionsbreite
0.4 mm, was unterhalb von 0.5 mm lag, weshalb dieser Fall mit A
bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 18, in welchem die angelagerte Menge an Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) 30 mg/m2 betrug und
die Korrosionsbreite W bestimmt wurde, betrug die Korrosionsbreite
0.3 mm, was unterhalb von 0.5 mm lag, weshalb dieser Fall mit A
bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 19, in welchem die angelagerte Menge an Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) 35 mg/m2 betrug und
die Korrosionsbreite W bestimmt wurde, verschlechterte sich die
Korrosionsbreite auf 1.0 mm, weshalb dieser Fall mit C bewertet
wurde.
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In
Versuchsbeispiel 20, in welchem die angelagerte Menge an Formationsfilm
(Zirkoniumphosphat) 55 mg/m2 betrug und
die Korrosionsbreite W bestimmt wurde, verschlechterte sich die
Korrosionsbreite auf 1.3 mm, was oberhalb von 1.0 mm lag, weshalb
dieser Fall mit D bewertet wurde.
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Anhand
der Versuchsbeispiele war ersichtlich, dass die angelagerte Menge
an Formationsfilm im Bereich zwischen 5 und 30 mg/m2,
und bevorzugt im Bereich zwischen 20 und 30 mg/m2,
liegen sollte.
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Versuchsbeispiele 21 bis
28
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In
den Versuchsbeispielen wurde die geeignete Filmdicke der Grundierungsschicht
(Phosphormolybdänsäure) bestimmt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 5 dargestellt.
Die Gehalte (Gew.-%) an Phosphormolybdänsäure, welche die in Tabelle
5 aufgeführten
Grundierungsschichten bilden, unterscheiden sich jedoch von denjenigen
der Grundierungsschichten in den Tabellen 3 und 4.
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Das
heißt,
wurden zur Herstellung einer jeden Probe der Formationsfilm aus
Zirkoniumphosphat auf der Aluminiumlegierung und die auf diesem
Film befindliche Grundierungsschicht, welche eine Dicke von 5, 10,
15, 20, 25, 30, 40 oder 50 μm
aufwies, ausgebildet, und wurde, nachdem die Proben für 2500 Stunden einem
Salzsprühtest
unterzogen wurden, die Korrosionsbreite bestimmt, so lagen die Korrosionsbreiten
aller Proben der Versuchsbeispiele 21 bis 28 im Bereich zwischen
1.2 und 1.5 mm, wobei keine bemerkenswerten Unterschiede zwischen
den Proben beobachtet wurden.
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Anhand
der Ergebnisse ist ersichtlich, dass die bevorzugte Filmdicke der
Grundierungsschicht durch andere Faktoren als die Korrosionsbeständigkeit
bestimmt werden kann. Folglich ist die Dicke der Grundierungsschicht
derart definiert, dass sie, unter dem Aspekt der Abdeckung von Überständen, wie
beispielsweise eines Grats, etc., welche auf der Oberfläche eines
Aluminiumlegierungsmaterials vorhanden sind, mindestens 5 μm beträgt, und
nicht dicker ist als 50 μm,
vom wirtschaftlichen Aspekt aus betrachtet.
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Versuchsbeispiele 29 bis
34
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Der
geeignete Anteil an Grundharz (Epoxidharz), welches die Grundierungsschicht
bildet, wurde bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachfolgend
in Tabelle 6 dargestellt.
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Jede
Probe, welche durch Ausbildung des Formationsfilms von Zirkoniumphosphat
(10 mg/m2) auf der Aluminiumlegierung und
Ausbildung einer hierauf befindlichen Grundierungsschicht mit veränderten
Anteilen eines Epoxidharzes hergestellt wurde, wurde, nachdem auf
der Probe mit einem Schneidmesser eine Kerbe von 1 mm2 in
Gitterform ausgeformt wurde, für
8 Stunden in kochendes Wasser eingetaucht.
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In
Versuchsbeispiel 29 betrug der Anteil an Epoxidharz 20 Gew.-%, da
jedoch als Ergebnis des Siedewassertests eine Blasenbildung auftrat,
welche das äußere Erscheinungsbild
verschlechterte, wurde die Probe mit D bewertet.
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In
Versuchsbeispiel 30 betrug der Anteil an Epoxidharz 30 Gew.-%, da
jedoch als Ergebnis des Siedewassertests eine Blasenbildung auftrat,
welche das äußere Erscheinungsbild
verschlechterte, wurde die Probe mit D bewertet.
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In
Versuchsbeispiel 31 betrug der Anteil an Epoxidharz 40 Gew.-%, jedoch
trat als Ergebnis des Siedewassertests keine Abnormalität auf, weshalb
die Probe mit B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 32 betrug der Anteil an Epoxidharz 50 Gew.-%, jedoch
trat als Ergebnis des Siedewassertests keine Abnormalität auf, weshalb
die Probe mit B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 33 betrug der Anteil an Epoxidharz 60 Gew.-%, jedoch
trat als Ergebnis des Siedewassertests keine Abnormalität auf, weshalb
die Probe mit B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 34 betrug der Anteil an Epoxidharz 70 Gew.-%, da
jedoch als Ergebnis des Siedewassertests eine Blasenbildung auftrat,
welche das äußere Erscheinungsbild
verschlechterte, wurde die Probe mit D bewertet.
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Demzufolge
beträgt
der Anteil des Epoxidharzes in der Grundierungsschicht erfindungsgemäß zwischen
40 und 60 Gew.-%.
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Versuchsbeispiele 35 bis
42
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Der
geeignete Anteil an Rostschutzpigment (Phosphormolybdänsäure), welches
die Grundierungsschicht bildet, wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind
nachfolgend in Tabelle 7 dargestellt.
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Jede
Probe, welche durch Ausbildung des Formationsfilms von Zirkoniumphosphat
(10 mg/m2) auf der Aluminiumlegierung und
Ausbildung einer hierauf befindlichen Grundierungsschicht mit veränderten
Anteilen an Phosphormolybdänsäure hergestellt
wurde, wurde, nachdem auf der Probe mit einem Schneidmesser eine Kerbe
von 1 mm2 in Gitterform ausgeformt wurde,
für 8 Stunden
in kochendes Wasser eingetaucht.
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In
Versuchsbeispiel 35 betrug der Anteil an Phosphormolybdänsäure 0 und
das Erscheinungsbild war gut, jedoch erreichte die Korrosionsbreite
13 mm, weshalb die Probe mit D bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 36 betrug der Anteil an Phosphormolybdänsäure 3 Gew.-%
und das Erscheinungsbild war gut, jedoch erreichte die Korrosionsbreite
8 mm, weshalb die Probe mit D bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 37 betrug der Anteil an Phosphormolybdänsäure 5 Gew.-%,
das Erscheinungsbild war gut, und die Korrosionsbreite verminderte
sich auf 5 mm, weshalb die Probe mit B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 38 betrug der Anteil an Phosphormolybdänsäure 7 Gew.-%,
das Erscheinungsbild war gut, und die Korrosionsbreite verminderte
sich auf 5 mm, weshalb die Probe mit B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 39 betrug der Anteil an Phosphormolybdänsäure 10 Gew.-%,
das Erscheinungsbild war gut, und die Korrosionsbreite verminderte
sich auf 4 mm, weshalb die Probe mit B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 40 betrug der Anteil an Phosphormolybdänsäure 13 Gew.-%,
das Erscheinungsbild war gut, und die Korrosionsbreite verminderte
sich auf 3 mm, weshalb die Probe mit B bewertet wurde.
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In
Versuchsbeispiel 41 betrug der Anteil an Phosphormolybdänsäure 15 Gew.-%
und die Korrosionsbreite lag nahezu bei 0, da jedoch eine Blasenbildung
auftrat und sich das Erscheinungsbild verschlechterte, wurde die
Probe mit D bewertet.
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In
Versuchsbeispiel 42 betrug der Anteil an Phosphormolybdänsäure 17 Gew.-%
und die Korrosionsbreite lag nahezu bei 0, da jedoch eine Blasenbildung
auftrat und sich das Erscheinungsbild verschlechterte, wurde die
Probe mit D bewertet.
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Demzufolge
ist es wünschenswert,
dass der Anteil an Phosphormolybdänsäure in der Grundierungsschicht
im Bereich zwischen 5 und 13 Gew.-% liegt.
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Die
erfindungsgemäße Beschichtungsstruktur
mit Korrosionsbeständigkeit
enthält
einen Formationsfilm, welcher auf der Oberfläche eines Aluminiumlegierungsmaterials
ausgebildet wird. Der Formationsfilm wird einer Behandlung mit Zirkoniumphosphat
unterzogen. Da Zirkoniumphosphat mit einem Oxidfilm auf der Oberfläche der
Aluminiumlegierung unter Ausbildung einer Zirkoniumböhmitschicht
reagiert und die Haftung des Beschichtungsmaterials erhöht, wird
eine korrosionsbeständige
Struktur erhalten, ohne dass es einer Versiegelungsbehandlung bedarf,
während
die Erhöhung
der Produktkosten eingeschränkt
wird. Ferner wird auf der äußeren Oberfläche des
Formationsfilms eine Grundierungsschicht ausgebildet, und die Grundierungsschicht
besteht aus Phosphormolybdänsäure.