DE60025094T2

DE60025094T2 - Beschichtungsstruktur mit Korrosionswiderstandsfähigkeit

Info

Publication number: DE60025094T2
Application number: DE60025094T
Authority: DE
Inventors: Norimasa Wako-shi Takasaki; Hiroyuki Wako-shi Murata; Yoshiyuki Wako-shi Matsuda; Morihiro Hamamatsu-shi Takemura
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: US6312821B1; JP2001073168A; EP1080795A3; CA2317275A1; DE60025094D1; CA2317275C; EP1080795B1; EP1080795A2

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Nachfolgend werden, lediglich als Beispiel, bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen, im Detail beschrieben, in welchen:
1 eine Schrägansicht eines Außenbordmotors als Ausführungsform des aus einer Aluminiumlegierung hergestellten Teils darstellt, auf welches die erfindungsgemäße Beschichtung aufgebracht ist;
2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Beschichtungsstruktur darstellt; und
3A und 3B Ansichten darstellen, welche einen Probenkörper bzw. eine korrodierte Breite erläutern.
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und in keinster Weise dafür bestimmt, die Erfindung, deren Anwendung oder Einsatzmöglichkeiten zu beschränken.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Beispiele
Nachfolgend werden Versuchsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Versuchsbeispiele beschränkt ist.
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.

3A und 3B zeigen Darstellungen, welche den Probenkörper und die Korrosionsbreite erläutern.
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.
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.
Versuchsbeispiele 1 bis 6

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).

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.
In Versuchsbeispiel 1 betrug die Korrosionsbreite W etwa 2.0 mm, was mit B (gut) bewertet wurde.
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.
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.
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.
Anhand der oben beschriebenen Ergebnisse konnte bestätigt werden, dass die Kombination aus Aluminiumlegierung (Metallmaterial), Zirkoniumphosphat (Formationsfilm) und Phosphormolybdänsäure (Grundierungsschicht) die Beste war.
Versuchsbeispiele 7 bis 10
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.
Die Versuchsbeispiele 7 bis 10 stellen die Bestätigungstests hierfür dar, wobei deren Ergebnisse nachfolgend in Tabelle 2 dargestellt sind.
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.
In Versuchsbeispiel 7 erreichte die angelagerte Menge an Formationsfilm 19.4 mg/m², was mit A (hervorragend) bewertet wurde.
In Versuchsbeispiel 8 betrug die angelagerte Menge an Formationsfilm mangels Beizbehandlung lediglich 11.7 mg/m², was mit C bewertet wurde.
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.
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.
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.
Es wurde bestätigt, dass bei Anwendung von Grobschleif- und Strahlbehandlung vor der Beizbehandlung die Reihenfolge Grobschleifen → Strahlen → Beizen das optimale Ergebnis lieferte.
Versuchsbeispiele 11 bis 13
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.
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.
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.
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.
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.
Versuchsbeispiele 14 bis 20
In den Beispielen wurde die Beziehung zwischen angelagerter Menge an Formationsfilm (Zirkoniumphosphat) und Korrosionsbeständigkeit bestimmt. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 4 dargestellt.
Die Gehalte (Gew.-%) an Phosphormolybdänsäure, welche die in Tabelle 4 aufgeführte Grundierungsschicht bilden, unterscheiden sich jedoch von denjenigen in Tabelle 3.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Versuchsbeispiele 21 bis 28
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.
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.
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.
Versuchsbeispiele 29 bis 34
Der geeignete Anteil an Grundharz (Epoxidharz), welches die Grundierungsschicht bildet, wurde bestimmt. Die erhaltenen Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 6 dargestellt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Demzufolge beträgt der Anteil des Epoxidharzes in der Grundierungsschicht erfindungsgemäß zwischen 40 und 60 Gew.-%.
Versuchsbeispiele 35 bis 42
Der geeignete Anteil an Rostschutzpigment (Phosphormolybdänsäure), welches die Grundierungsschicht bildet, wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 7 dargestellt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Demzufolge ist es wünschenswert, dass der Anteil an Phosphormolybdänsäure in der Grundierungsschicht im Bereich zwischen 5 und 13 Gew.-% liegt.
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.

Claims

Beschichtungsstruktur mit Korrosionsbeständigkeit, umfassend ein Aluminiumlegierungsmaterial; einen Formationsfilm (22), welcher auf der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials (21) durch Behandlung mit Zirkoniumphosphat ausgebildet wird, und eine Grundierungsschicht (23), welche Phosphormolybdänsäure als Rostschutzpigment enthält und auf der äußeren Oberfläche des Formationsfilms ausgebildet wird.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die Aluminiumlegierung eine Legierung auf Al-Si-Mg-Basis ist.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 1, wobei das Gewicht des Formationsfilms (22) pro Einheit beschichteter Fläche zwischen 5 und 30 mg/m² beträgt.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 3, wobei das Gewicht des Formationsfilms (22) pro Einheit beschichteter Fläche zwischen 20 und 30 mg/m² beträgt.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die Filmdicke der Grundierungsschicht (23) zwischen 5 und 50 μm beträgt.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 1, wobei die Grundierungsschicht (23) ein Epoxidharz als Grundharz umfasst, welchem ein Rostschutzpigment, hergestellt aus Phosphormolybdänsäure, hinzugefügt ist.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 6, wobei der Anteil des Epoxidharzes in der Grundierung zwischen 40 und 60 Gew.-%, und der Anteil an Phosphormolybdänsäure in der Grundierung zwischen 5 und 13 Gew.-%, beträgt.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 1, wobei auf der äußeren Oberfläche der Grundierungsschicht (23) eine Deckschicht (24) ausgebildet wird, und das Beschichtungsmaterial, aus welchem die Deckschicht (24) gebildet wird, ein Beschichtungsmaterial auf Acrylharz- oder Melaminbasis ist.
Beschichtungsstruktur mit Korrosionsbeständigkeit, umfassend ein Aluminiumlegierungsmaterial, welches einer Beizbehandlung unterzogen wird; einen Formationsfilm (22), welcher auf der Oberfläche des Aluminiumlegierungsmaterials durch Behandlung mit Zirkoniumphosphat ausgebildet wird, und eine Grundierungsschicht (23), welche Phosphormolybdänsäure als Rostschutzpigment enthält und auf der äußeren Oberfläche des Formationsfilms (22) ausgebildet wird.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 9, wobei die Aluminiumlegierung eine Legierung auf Al-Si-Mg-Basis ist.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 9, wobei das Gewicht des Formationsfilms (22) pro Einheit beschichteter Fläche zwischen 5 und 30 mg/m² beträgt.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 11, wobei das Gewicht des Formationsfilms (22) pro Einheit beschichteter Fläche zwischen 20 und 30 mg/m² beträgt.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 9, wobei die Filmdicke der Grundierungsschicht (23) zwischen 5 und 50 μm beträgt.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 9, wobei die Grundierungsschicht (23) ein Epoxidharz als Grundharz umfasst, welchem ein Rostschutzpigment, hergestellt aus Phosphormolybdänsäure, hinzugefügt ist.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 14, wobei der Anteil des Epoxidharzes in der Grundierung zwischen 40 und 60 Gew.-%, und der Anteil an Phosphormolybdänsäure in der Grundierung zwischen 5 und 13 Gew.-%, beträgt.
Beschichtungsstruktur nach Anspruch 9, wobei auf der äußeren Oberfläche der Grundierungsschicht (23) eine Deckschicht (24) ausgebildet wird, und das Beschichtungsmaterial, aus welchem die Deckschicht (24) gebildet wird, ein Beschichtungsmaterial auf Acrylharz- oder Melaminbasis ist.