EP0919645A2 - Aluminiumdruckgussteil mit einer Aluminiumoxid-Konversionsschicht und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0919645A2
EP0919645A2 EP98121771A EP98121771A EP0919645A2 EP 0919645 A2 EP0919645 A2 EP 0919645A2 EP 98121771 A EP98121771 A EP 98121771A EP 98121771 A EP98121771 A EP 98121771A EP 0919645 A2 EP0919645 A2 EP 0919645A2
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aluminum
layer
die
oxide conversion
cast
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Peter Prof. Dr. Kurze
Dora Banerjee
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Aalberts Surface Technologies GmbH Kerpen
Original Assignee
AHC Oberflaechenechnik GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
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    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/16—Pretreatment, e.g. desmutting

Definitions

  • Anodizing layers on die-cast aluminum parts are not homogeneous and pure. she contain silicon and / or, depending on the aluminum base alloy used Metal precipitates, e.g. is the anodizing layer on a die-cast aluminum alloy like GD-AlSi12, GD-AlSi9Cu3 inhomogeneous and unclean due to the unequal aluminum base alloy. As a result, too Properties regarding corrosion and wear protection, electrical insulation and colorability in quality worse than that of a homogeneous Anodizing layers made of aluminum material. They are also die-cast aluminum often only with high technical effort at all anodizable.
  • the aim of the invention is to provide a homogeneous anodizing layer with a uniform one Pore structure on die-cast aluminum with high corrosion protection and Wear protection properties and improved electrical insulation and colorability to accomplish.
  • the object is achieved in that the aluminum die-cast workpiece with a dense, pure aluminum layer at least 5 ⁇ m thick adherent coated and then anodized so that the pure aluminum layer completely and the underlying die casting partially in an aluminum oxide conversion layer being transformed.
  • the degree of purity of the aluminum is at least 99.5% by weight.
  • the dense, pure aluminum layer adheres firmly to the die-cast aluminum parts applied electrochemically, physically or mechanically. Serve in itself known processes, such as electrolytic deposition from aprotic electrolytes or melting by fire aluminizing or thermal spraying or vapor deposition in PVD processes or plating.
  • the thickness of the layer is at least 5 ⁇ m.
  • the maximum layer thickness of pure aluminum is up not limited and depends essentially on the type of application. Layer thicknesses up to 50 ⁇ m have proven to be sufficient. If the density pure aluminum layer is applied electrochemically, layer thicknesses are recommended from 5 to 30 ⁇ m.
  • All technically relevant metal alloys such as GD-AlSi9Cu3, GD-AlSi12, GD-AlMg3Si, GD-AlSi10Mg, GD-AlMg9.
  • the die-cast aluminum coated with a dense, pure aluminum layer is anodized in inorganic and / or organic acids or in bases in such a way that the dense, pure aluminum layer is completely converted and part of the aluminum die-casting underneath is converted into an aluminum oxide conversion layer.
  • the known conditions of hard anodization are preferably chosen for the anodization.
  • This aluminum oxide conversion layer consists of two phases. From the evaluation of the metallographic sections, it can be seen that the phase of the aluminum oxide layer which extends into the die-cast aluminum is of a coarse-grained, irregular structure, while the outer phase facing the eye has a fine-grained, homogeneous, uniform structure.
  • This phase of the conversion layer gives the anodizing layer the properties which are improved in quality, such as higher corrosion stability, greater wear protection, higher electrical insulation and improved colorability in comparison to a conventional anodizing layer on the die-cast aluminum.
  • the invention accordingly also relates to an aluminum die-cast part with an aluminum oxide conversion layer, in which the latter consists of two phases, of which the outer has a homogeneous fine-grained structure and the phase extending into the aluminum die-casting has a coarse-grained irregular structure.
  • the outer homogeneous fine-grained phase of the Al 2 O 3 conversion layer preferably has a thickness of 10 to 100 ⁇ m and the total thickness of the two phases of the Al 2 O 3 conversion layer is, in particular 20 to 200 ⁇ m.
  • Two die-cast aluminum housings made of GD-AlSi12 with a surface area of 2 dm 2 are electrochemically coated on all sides and uniformly in an aprotic electrolyte with a 5 ⁇ m or 20 ⁇ m thick, dense, pure aluminum layer (degree of purity 99.99%) and then in a sulfuric acid electrolyte 3.5 A / dm 2 hard anodized (according to ISO 10 074).
  • the layer thickness of the hard anodizing layer (HC layer) is 40 ⁇ m.
  • An aluminum die-cast housing of the same dimensions and quality serves as a reference and has been hard anodized under the above conditions.
  • the HC layer on the pure Al die casting was stained, as was the following one Coloring.
  • the HC layers on the previously aluminized die-cast aluminum housings were homogeneous, with a uniform gray color and were excellent coloring, e.g. with SANODAL - Jet Black HBL liquid.

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Abstract

Um die Korrosionsschutz- und Verschleißschutz-Eigenschaften und die elektrische Isolation und Einfärbbarkeit von Aluminiumdruckgußteilen zu verbessern, wird das Aluminiumdruckgußwerkstück mit einer dichten reinen Aluminiumschicht von 5 bis 50 µm haftfest überzogen und anschließend so anodisiert, daß die reine Aluminiumschicht vollständig und der darunterliegende Druckguß partiell in eine Aluminiumoxid-Konversionsschicht umgewandelt werden. Das so erhaltene Aluminiumdruckgußteil hat eine aus zwei Phasen bestehende Aluminiumoxid-Konversionsschicht, deren äußere eine homogene feinkörnige Struktur und die innere in den Aluminiumdruckguß reinreichende Phase eine grobkörnige unregelmäßige Struktur besitzt.

Description

Es ist bekannt, Anodisierschichten auf Aluminiumlegierungen - wie auch auf Aluminiumdruckguß - zu erzeugen (siehe dazu Wernick, Pinner, Zurbrügg, Weiner
Figure 00010001
Die Oberflächenbehandlung von Aluminium", Eugen Leuze Verlag, Saulgau/Württ., 2. Auflage 1977 und Hübner, Speiser Die Praxis der anodischen Oxidation des Aluminium", Aluminium Verlag Düsseldorf, 4. Auflage 1988).
Anodisierschichten auf Aluminiumdruckgußteilen sind nicht homogen und rein. Sie enthalten je nach der verwendeten Aluminiumbasislegierung Silicium und/oder Metallausscheidungen, z.B. ist die Anodisierschicht auf einer Aluminiumdruckgußlegierung wie GD-AlSi12, GD-AlSi9Cu3 inhomogen und unsauber aufgrund der ungleich zusammengesetzten Aluminiumbasislegierung. Infolgedessen sind auch die Eigenschaften hinsichtlich Korrosions- und Verschleißschutz, elektrischer Isolation und Einfärbbarkeit in der Qualität schlechter als die aus einem homogenen Aluminiummaterial hergestellten Anodisierschichten. Außerdem sind Aluminium-Druckgußlegierungen oftmals nur mit hohem technischen Aufwand überhaupt anodisierbar.
Ziel der Erfindung ist es, eine homogene Anodisierschicht mit einer einheitlichen Porenstruktur auf Aluminium-Druckguß mit hohen Korrosionsschutz- und Verschleißschutz-Eigenschaften und verbesserter elektrischer Isolation und Einfärbbarkeit zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Aluminiumdruckguß-Werkstück mit einer dichten reinen Aluminiumschicht von mindestens 5 µm Dicke haftfest überzogen und anschließend so anodisiert wird, daß die reine Aluminiumschicht vollständig und der darunterliegende Druckguß partiell in eine Aluminiumoxid-Konversionsschicht umgewandelt werden.
Der Reinheitsgrad des Aluminiums beträgt mindestens 99,5 Gew.-%. Die dichte reine Aluminiumschicht wird haftfest auf den Aluminiumdruckgußteilen elektrochemisch, physikalisch oder mechanisch aufgebracht. Dazu dienen an sich bekannte Verfahren, wie elektrolytische Abscheidung aus aprotischen Elektrolyten oder Aufschmelzen durch Feueraluminieren oder thermisches Spritzen oder Aufdampfen in PVD-Prozessen oder Plattieren. Die Dicke der Schicht beträgt mindestens 5 µm. Die maximale Schichtdicke des reinen Aluminiums ist nach oben hin nicht begrenzt und hängt im wesentlichen von der Art der Aufbringung ab. Schichtdicken bis 50 µm haben sich als ausreichend erwiesen. Wenn die dichte reine Aluminiumschicht elektrochemisch aufgebracht wird, empfehlen sich Schichtdicken von 5 bis 30 µm.
Als Aluminiumdruckguß eignen sich alle technisch relevanten Metallegierungen wie GD-AlSi9Cu3, GD-AlSi12, GD-AlMg3Si, GD-AlSi10Mg, GD-AlMg9.
Der mit einer dichten reinen Aluminiumschicht überzogene Aluminiumdruckguß wird in anorganischen und/oder organischen Säuren oder in Basen so anodisiert, daß die dichte reine Aluminiumschicht vollständig und ein Teil des darunter liegenden Aluminiumdruckguß in eine Aluminiumoxid-Konversionsschicht umgewandelt werden. Für die Anodisation werden bevorzugt die bekannten Bedingungen einer Hartanodisiation gewählt. Diese Aluminiumoxid-Konversionsschicht besteht aus zwei Phasen. Aus der Auswertung der metallographischen Schliffe ist dabei ersichtlich, daß die in den Aluminiumdruckguß hineinreichende Phase der Aluminiumoxidschicht von grobkörniger, unregelmäßiger Struktur ist während die dem Auge zugewandte äußere Phase eine feinkörnige homogene einheitliche Struktur hat. Diese Phase der Konversionsschicht verleiht der Anodisierschicht die in der Qualität verbesserten Eigenschaften wie höhere Korrosionsstabilität, größeren Verschleißschutz, höhere elektrische Isolation und verbesserte Einfärbbarkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen Anodisierschicht auf dem Aluminiumdruckguß.
Gegenstand der Erfindung ist demzufolge auch ein Aluminiumdruckgußteil mit einer Aluminiumoxid-Konversionsschicht, bei der letztere aus zwei Phasen besteht, von denen die äußere eine homogene feinkörnige Struktur und die in den Aluminiumdruckguß hineinreichende Phase eine grobkörnige unregelmäßige Struktur hat. Die äußere homogene feinkörnige Phase der Al2O3-Konversionsschicht hat vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 100 µm und die Gesamtdicke der beiden Phasen der Al2O3 Konversionsschicht beträgt, insbesondere 20 bis 200 µm.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel dargestellt werden.
Beispiel
Zwei Aluminiumdruckgußgehäuse aus GD-AlSi12 mit einer Oberfläche von 2 dm2 werden elektrochemisch in einem aprotischen Elektrolyten allseitig und gleichmäßig mit einer 5 µm bzw. 20 µm dicken, dichten, reinen Aluminiumschicht (Reinheitsgrad 99,99 %) überzogen und anschließend in einem Schwefelsäureelektrolyten mit 3,5 A/dm2 hartanodisiert (nach ISO 10 074). Die Schichtdicke der Hartanodisierschicht (HC-Schicht) beträgt 40 µm.
Als Referenz dient ein Al-Druckgußgehäuse gleicher Abmessung und Qualität, das unter den o.g. Bedingungen hartanodisiert wurde.
Folgende Ergebnisse wurden erhalten:
Al-Schicht [µm] HC-Schicht [µm] Korrosionsstandzeit DIN 50021 [h] Durchschlagfestigkeit [V] Härte [HV] Einfärbung
- 40 60 400 320 fleckig
5 40 100 650 400 hervorragend
20 40 600 800 410 hervorragend
Sowohl die Korrosionsstandzeit als auch die Durchschlagfestigkeit und Härte haben sich im Vergleich zur direkten Druckgußanodisation wesentlich erhöht.
Die HC-Schicht auf dem reinen Al-Druckguß war fleckig wie auch die nachfolgende Einfärbung. Die HC-Schichten auf den zuvor aluminierten Aluminiumdruckgußgehäusen waren homogen, mit einheitlich grauer Farbe und ließen sich hervorragend einfärben, z.B. mit SANODAL - Tiefschwarz HBL flüssig.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Anodisierschicht auf Aluminiumdruckgußteilen in Anodisierbädern, dadurch gekennzeichnet, daß das zu anodisierende Aluminiumdruckguß-Werkstück mit einer dichten reinen Aluminiumschicht von mindestens 5 µm Dicke haftfest überzogen und anschließend so anodisiert wird, daß die reine Aluminiumschicht vollständig und der darunterliegende Druckgruß partiell in eine Aluminiumoxidkonversionsschicht umgewandelt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodisation eine Hartanodisation ist.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte reine Aluminiumschicht elektrochemisch aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die reine Aluminiumschicht in einer Dicke von 5 bis 50 µm aufgebracht wird.
  5. Aluminiumdruckgußteil mit einer Aluminiumoxid-Konversionsschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxid-Konversionsschicht aus zwei Phasen besteht von denen die äußere eine homogene feinkörnige Struktur und die in den Aluminiumdruckguß hineinreichende Phase eine grobkörnige unregelmäßige Struktur hat.
  6. Aluminiumdruckgußteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere homogene feinkörnige Phase der Al2O3-Konversionsschicht eine Dicke von 10 bis 100 µm hat.
  7. Aluminiumdruckgußteil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der Al2O3-Konversionsschichten 20 bis 200 µm beträgt.
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