DE102008048596A1

DE102008048596A1 - Quenchpassivierung von Aluminiumdruckgussteilen

Info

Publication number: DE102008048596A1
Application number: DE102008048596A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Jüptner; Stefan Kohler
Original assignee: Henkel AG and Co KGaA
Current assignee: Henkel AG and Co KGaA
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-04-08
Also published as: WO2010034553A1; EP2326736A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Passivieren von Gussteilen aus Aluminium und/oder seinen Legierungen, bei dem das nach dem Flüssiggießen erstarrte Gussteil in ein Abschreckbad mit einer passivierenden wässrigen Zusammensetzung überführt wird. Ebenfalls umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur korrosionsschützenden Behandlung von Gussteilen aus Aluminium und/oder seinen Legierungen, bei dem das erstarrte und aus dem Formteil herausgelöste Gussteil mit einer Temperatur von mehr als 300°C mit einer passivierenden wässrigen Zusammensetzung zum Abschrecken des Gussteils in Kontakt gebracht wird, wonach nach einer mechanischen Bearbeitung des Gussteils und einem darauffolgenden Reinigungs- und Entfettungsschritt eine passivierende Behandlung erfolgt, bevor das Gussteil gegebenenfalls mit einem organischen Decklack beschichtet wird. Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung ein Gussteil aus Aluminium und/oder seinen Legierungen, das einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Passivieren oder zur korrosionsschützenden Behandlung unterzogen wurde, sowie die Verwendung eines solchen Gussteils in einem Verfahren zur Aufbringung weiterer Korrosionsschutzschichten und/oder dekorativer Schichtauflagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Passivieren von Gussteilen aus Aluminium und/oder seinen Legierungen, bei dem das nach dem Flüssiggießen erstarrte und aus dem Formteil entnommene Gussteil unmittelbar in ein Abschreckbad mit einer passivierenden wässrigen Zusammensetzung überführt wird. Ebenfalls umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur korrosionsschützenden Behandlung von Gussteilen aus Aluminium und/oder seinen Legierungen, bei dem das erstarrte und aus dem Formteil herausgelöste Gussteil mit einer Temperatur von mehr als 300°C mit einer passivierenden wässrigen Zusammensetzung zum Abschrecken des Gussteils in Kontakt gebracht wird, wonach nach einer mechanischen Bearbeitung des Gussteils und einem darauf folgenden Reinigungs- und Entfettungsschritt eine weitere passivierende Behandlung erfolgt bevor das Gussteil gegebenenfalls mit einem organischen Decklack beschichtet wird. Die passivierende wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades enthält in den erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise zumindest insgesamt 10 ppm an wasserlöslichen Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Hf, Si, Mn, Mo und/oder W bezogen auf die jeweiligen Elemente. Des Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung ein Gussteil aus Aluminium und/oder seinen Legierungen, das in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Passivieren oder zur korrosionsschützenden Behandlung behandelt wurde sowie die Verwendung eines solchen Gussteils aus Aluminium und/oder seinen Legierungen in einem Verfahren zur Aufbringung weiterer Korrosionsschutzschichten und/oder dekorativer Schichtauflagen.
Im Stand der Technik zum Abschrecken („Quenchen”) von nach dem Flüssiggießen erstarrten Gussteilen sind verschiedene Zusammensetzungen für das Abschreckbad bekannt, die zum einen auf eine optimierte Abkühlrate im Abschreckbad und zum anderen auf einen temporären Schutz vor Korrosion des abgeschreckten Gussteils abzielen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 3220931 sind wässrige Abschreckmedien für Metalle, insbesondere für Eisenlegierungen bekannt, die 0,1 bis 30 Gew.-% Polyoxyalkylenglykolether enthalten. Anhand von Temperatur/Zeit-Kurven zum Abschreckvorgang konnte ein positiver Einfluss des Zusatzes von Polyoxyalkylenglykolethern auf den Abkühlvorgang nachgewiesen werden, der darin besteht, dass die Abkühlrate während des Abkühlens über Dampfhautbildung maximiert und die Abkühlrate während des Abkühlens unter Blasensieden minimiert wird. Aus der DE 3220931 gehen auch Korrosionsinhibitoren auf Basis von Salzen von organischen Oxosäuren mit Alkanolaminen hervor, die zusätzlich die Abkühlcharakteristik beeinflussen. Ferner sind in der DE 3220931 weitere polymere Zusätze aus dem Stand der Technik zitiert, die für die Optimierung des Abschreckvorganges eingesetzt werden können. Hierzu gehören beispielsweise Polyvinylalkohole, Polyamide und Salze der Polyacrylsäure.
Die Anwesenheit von Korrosionsinhibitoren in Abschreckbädern enthaltend Polyvinylpyrrolidone als Zusatz zur Regulierung der Abkühlrate wird in der Offenlegungsschrift US 3,902,929 beschrieben, wobei hier auf Borax und Natriumnitrit als Inhibitoren abgestellt wird.
In der Offenlegungsschrift US 4,595,425 werden nitrit-freie korrosionsinhibierende Abschreckbäder für Stahl In Form wässriger Zusammensetzungen enthaltend aromatische Carboxylsäuren mit Stickstoffhaltigen Substituenten beschrieben, die zusätzlich die im Stand der Technik bekannten polymeren Verbindungen als Hilfsmittel für eine optimierte Abkühlungsrate enthält.
Die Offenlegungsschrift US 4,552,686 hingegen setzt Abschreckmedien auf Basis von Polyoxyalkylenglykolen ein, in denen das Nitrit als Inhibitor für die Rostbildung durch Polyoxyalkylenamine ersetzt ist.
Wiederum kann der Fachmann der US 4,738,731 entnehmen, dass in Abschreckmedien auf Basis von Polyvinylpyrrolidonen ebenso Triethanolamin und spezielle Aminsalze von Carboxylsäuren geeignet sind, die Rostbildung temporär zu unterdrücken.
Jedoch ist keines der zuvor im Stand der Technik beschriebenen Abschreckmedien geeignet eine dauerhafte Passivierung bzw. Konversion der Oberfläche eines Gussteils von Aluminium und/oder seinen Legierungen zu liefern, die sich zudem dazu eignet, unmittelbar mit einer organischen Deckschicht beschichtet zu werden.
Zudem werden die nach dem Flüssiggießen erstarrten metallischen Gussteile nach dem Abschrecken üblicherweise zum Entgraten mechanisch nachgearbeitet, so dass im Stand der Technik die herkömmliche passivierende Vorbehandlung erst nach der Reinigung und Entfettung des Gussteils vorgenommen wird, so dass der Zusatz von Inhibitoren im Abschreckmedium lediglich für die Unterdrückung von Flugrost und lediglich für das Abschrecken von Eisenmetallen vorgenommen wird. Auf den Zusatz von Inhibitoren zum Abschreckmedium bei der Behandlung von Gussteilen aus Aluminium ausschließlich für den temporären Korrosionsschutz bis zur eigentlichen Passivierung nach der mechanischen Bearbeitung des Gussteils wird wegen der ausreichenden Schutzwirkung des thermischen Oxides auf der Aluminiumoberfläche vollständig verzichtet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, den temporären Korrosionsschutz durch eine nachhaltige Passivierung von Gussteilen aus Aluminium und seinen Legierungen zu verbessern, ohne zusätzliche Behandlungsschritte in bestehende Verfahren von der Herstellung des Gussteils bis zur Lackierung desselben mit einer dekorativen oder korrosionsschützenden Beschichtung einzuführen.
Es zeigt sich, dass in den Poren der Aluminiumoberfläche bei einer im Stand der Technik üblichen Reinigung bzw. Entfettung von Gussteilen aus Aluminium und seinen Legierungen, die der mechanischen Bearbeitung der abgeschreckten Gussteile nachfolgt, Reinigungs- und Entfettungslösung zurückgehalten wird, so dass eine darauf folgende im Stand der Technik übliche passivierende Behandlung des Gussteils an diesen Stellen unwirksam bleibt. Die Reinigung und Entfettung der Gussteile ist jedoch notwendig, um die Oberfläche des Gussteils von Schmierstoffen zu befreien, die für die mechanische Bearbeitung desselben aufgebracht wurden. Die in dem weiteren Verfahren zur Bereitstellung einer Aluminiumoberfläche, die zumindest temporär vor Korrosion geschützt ist, nachfolgende herkömmliche passivierende Behandlung mit typischen Konversionsbehandlungslösungen gelingt nur unvollständig und führt je nach Größe der auf der Oberfläche des Gussteils vorliegenden Poren zu Makro- und/oder Mikrodefekten an eben diesen Oberflächenstellen, die für das passivierende Behandlungsmedium nicht zugänglich waren. Grundsätzlich ist daher eine passivierende Behandlung in einem Schritt mit dem Abkühlen des nach dem Flüssiggießen erstarrten und aus dem Formteil entnommenen Aluminiumgussteil im Abschreckbad von Vorteil und charakteristisch für die vorliegende Erfindung.
Die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach darin, eine passivierende Behandlung der Oberfläche des Gussteils während der Abschreckung des nach dem Flüssiggießen erstarrten und aus dem Formteil entnommenen Aluminiumgussteils vorzunehmen, also bereits vor einer mechanischen Bearbeitung des Gussteils.
Hierdurch werden gerade jene Poren auf der Oberfläche des Gussteils aus Aluminium und/oder seinen Legierungen bereits einer hinreichenden passivierenden Behandlung unterzogen, die beispielsweise nach der Reinigung und Entfettung des mechanisch bearbeiteten Gussteils für eine herkömmliche passivierende Behandlung nicht mehr oder nur eingeschränkt zugänglich sind.
Die Porenbildung geht auf im Flüssigaluminium und/oder in der flüssigen Legierung gelöste Gase zurück, die Blasen ausbilden, wenn der Druck der gelösten Gase größer als der metallostatische Druck ist. Ebenso können Gase eine Blasenbildung verursachen, die als Reaktionsgase des Flüssigmetalls mit seinem Formteil entstehen oder die aus dem Verdampfen von Feuchte aus dem Formteil beim Flüssiggießen stammen.
Gasblasen in Druckgussteilen werden vornehmlich durch beim Formfüllvorgang mitgerissene und eingewirbelte Luft verursacht, die während des Erstarrungsvorganges im Formkörper aufsteigen und oberflächennah, d. h. meist im oberen Teil, aber auch im Inneren des Gussteils, eingeschlossen werden.
Grundsätzlich kann die Blasen- bzw. Porenbildung in Metallgussverfahren auch mit hohem technischem Aufwand nicht vollständig vermieden werden. Vielmehr gilt es, den technischen Aufwand, der unmittelbar die Produktionskosten bestimmt, möglichst zu reduzieren.
Im Folgenden werden wegen einer einfacheren sprachlichen Darstellung des Erfindungsgegenstandes unter Gussteilen aus Aluminium auch solche aus Aluminiumlegierungen verstanden. Bevorzugte Hauptlegierungsbestandteile der Aluminiumgusslegierung sind dabei Si, Mg, Cu und Zn.
Als Gussteil im Sinne der vorliegenden Erfindung werden solche Aluminiumformkörper verstanden, die aus einem Formgebungsprozess durch Befüllen eines Formkörpers mit flüssigem Metall unter dem Einfluss der Schwerkraft, der Fliehkraft oder unter Druck und durch Erstarren im Formkörper entstanden sind.
Das Gussteil kann dabei beispielsweise im Sand-, Kokillen-, Druck- und Stranggießverfahren hergestellt werden. Beim Druckguss wird das flüssige Metall unter hohem Druck in geteilte metallische Dauerformen gepresst. Dabei entstehen in der Druckgießform hohe Strömungsgeschwindigkeiten, wobei nach vollendeter Formfüllung das flüssige Metall entsprechend des anliegenden Fülldruckes nachverdichtet wird. Demnach gehört zu den besonderen Vorteilen des Druckgusses die sehr genaue Konturenwiedergabe des Formteils, so dass speziell dünnwandige und maßgenaue Formteile zugänglich sind. Das Herstellverfahren mittels geteilter Dauerformen und die hohe Konturentreue im Druckguss bedingen zwangsläufig, dass die Gussteile entgratet, also mechanisch nachbearbeitet werden müssen.
Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für im Druckgussverfahren hergestellte Gussteile aus Aluminium, da diese an der Berührungsfläche der Formteile einen Grat aufweisen, der mechanisch entfernt werden muss, so dass jede zuvor vorgenommene korrosionsschützende Passivierung des Gussteil an diesen Stellen erneuert werden muss. Hierzu ist zunächst stets eine Reinigung und Entfettung des Gussteils zur Entfernung von Schmierstoffen der mechanischen Bearbeitung notwendig, bevor eine zusätzliche korrosionsschützende Behandlung erfolgen kann. Aufgrund der unvermeidbaren Blasen- bzw. Porenbildung im Gussteil während des Erstarrungsvorganges bietet eine herkömmliche Passivierung, die ausschließlich nach dem Entgraten und nach dem Reinigungs- und Entfettungsschritt erfolgt, keinen hinreichenden Schutz vor Korrosion, da die innere Oberfläche der Poren- bzw. Blasen insbesondere nach dem Kontakt mit dem Schmierstoff und der nachfolgenden Entfettungslösung nur unzureichend mit der passivierenden Behandlungslösung benetzt wird.
Eine passivierende Vorbehandlung bzw. eine Passivierung des Gussteils, die bereits vor der Reinigung und Entfettung des mechanisch bearbeiteten Gussteils und insbesondere während der Abschreckung des nach dem Flüssiggießen erstarrten und aus dem Formteil entnommenen Aluminiumgussteils erfolgt, liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung dann vor, wenn ein zumindest temporärer Korrosionsschutz durch chemische Konversion der Oberfläche des Gussteils aus Aluminium bewirkt wird. Die chemische Konversion der Oberfläche des Gussteils aus Aluminium betrifft daher die Änderung der chemischen Zusammensetzung der Zwischenschicht, die das Innere des Gussteils und das dieses umgebende Medium voneinander trennt. Die chemische Konversion kann dabei insbesondere in einer Umwandlung der natürlichen Oxidschicht in eine andere im Wesentlichen anorganische Deckschicht bestehen, wobei die anorganische Deckschicht zumindest teilweise auch aus Metall-Kationen der Konversionsbehandlungslösung zusammengesetzt ist. Diese Art der passivierenden Behandlung entspricht damit einer typischen Konversionsbehandlung wie sie beispielsweise bei der Phosphatierung von Aluminiumoberflächen erfolgt. Allerdings werden solche passivierende Vorbehandlungen von der vorliegenden Erfindung generell nicht umfasst, die Deckschichten, insbesondere kristalline Deckschichten mit einer Schichtauflage von mehr als 0,5 g/m² ausbilden. Eine solche Konversionsbehandlung im Sinne einer passivierenden Vorbehandlung wird im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt durch Abschreckbäder mit wässrigen Zusammensetzungen enthaltend zumindest 10 ppm, vorzugsweise zumindest 50 ppm an wasserlöslichen Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Hf, Si, Mn, Mo, und/oder W bezogen auf die jeweiligen Elemente erzielt.
Die passivierende Vorbehandlung kann alternativ auch darin bestehen, durch Kontakt mit einer Zusammensetzung enthaltend organische Polymere eine zusätzliche Belegung der Oberfläche des Gussteils mit einer dünnen Deckschicht von weniger als 100 mg/m² polymerer Schichtauflage zu bewirken. Im erfindungsgemäßen Verfahren sind für eine solche passivierende Vorbehandlung Abschreckbäder mit wässrigen Zusammensetzungen vorgesehen, die als Hauptwirkkomponente wasserlösliche und/oder wasserdispergierbare organische Polymere und/oder Copolymere enthalten, die zumindest teilweise Phosphonsäure- und/oder Phosphorsäure-Gruppen sowie deren Ester aufweisen.
Ferner kann die Konversion der Oberfläche von Aluminium alternativ durch Chemisorption von grenzflächenaktiven Verbindungen unter Ausbildung einer monomolekularen oder multimolekularen Schicht mit wenigen Nanometer Dicke herbeigeführt werden. In einem erfindungsgemäßen Verfahren sind hierfür Abschreckbäder mit wässrigen Zusammensetzungen bevorzugt, die mindestens eine Organophosphorsäure oder Organophosphonsäure mit mehr als 3 Kohlenstoffatomen enthalten. Besonders bevorzugt sind dabei die in der internationalen Anmeldung WO 200220873 offenbarten Organophosphorsäuren oder Organophosphonsäuren. Insbesondere eignen sich dabei unverzweigte Alkylphosphorsäuren und Alkylphosphonsäuren mit nicht weniger als 8 und nicht mehr als 14 Kohlenstoffatomen sowie deren Salze und die entsprechenden endständig mit Gruppen ausgewählt aus -P(O)(OH)₂, -O-P(O)(OH)₂, -OH, -COOH, -NH₂ und -NRH, wobei der Rest R einem Alkylrest mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen entspricht, funktionalisierten Alkylphosphorsäuren und Alkylphosphonsäuren sowie deren Salze.
Vorzugsweise betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Verfahren zum Passivieren von Aluminiumgussteilen, bei dem das nach dem Flüssiggießen erstarrte und aus dem Formteil entnommene Aluminiumgussteil unmittelbar in ein Abschreckbad mit einer wässrigen Zusammensetzung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Zusammensetzung zumindest eine der folgenden Bedingungen a)–c) erfüllt:

a) die Zusammensetzung enthält zumindest insgesamt 10 ppm an wasserlöslichen Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Hf, Si, Mn, Mo, und/oder W, besonders bevorzugt der Elemente Ti und/oder Zr bezogen auf die jeweiligen Elemente;
b) die Zusammensetzung enthält zumindest mindestens 0,01 g/l an wasserlöslichen und/oder wasserdispergierbaren organischen Polymeren und/oder organischen Copolymeren, die zumindest teilweise teilweise Phosphonsäure- und/oder Phosphorsäure-Gruppen sowie deren Ester aufweisen;
c) die Zusammensetzung enthält zumindest insgesamt 10 ppm an wasserlöslichen Organophosphorsäuren und/oder Organophosphonsäuren mit mehr als 3 Kohlenstoffatomen sowie deren Salze, besonders bevorzugt zumindest insgesamt 1 ppm bezogen auf das Element Phosphor an unverzweigten wasserlöslichen Alkylphosphorsäuren und/oder Alkylphosphonsäuren mit nicht weniger als 8 und nicht mehr als 14 Kohlenstoffatomen und/oder deren endständig mit den Gruppen ausgewählt aus -P(O)(OH)₂, -O-P(O)(OH)₂, -OH, -COOH, -NH₂ und -NRH funktionalisierten Alkylphosphorsäuren und/oder Alkylphosphonsäuren sowie deren Salze, wobei der Rest R ein Alkylrest mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen darstellt.

Liegen die Gehalte der Wirkkomponenten in der wässrigen Zusammensetzung des Abschreckbades gemäß den Bedingungen a)–c) niedriger als angegeben, ist eine hinreichende Passivierung des Gussteils und speziell der inneren Oberfläche der Poren im Abschreckbad nicht gegeben.
Enthält die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades im erfindungsgemäßen Verfahren bereits zumindest 10 ppm an wasserlöslichen Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Hf, Si, Mn, Mo, und/oder W bezogen auf die jeweiligen Elemente, ist also zumindest Bedingung a) erfüllt, so sind erfindungsgemäß solche wässrigen Zusammensetzungen bevorzugt, in denen eines oder mehrere der der Elemente Ti, Zr, Hf und/oder Si in Form von Fluorokomplexen enthalten sind. In Gegenwart von Fluorokomplexen ist die Beizwirkung der wässrigen Zusammensetzung gegenüber Aluminium erhöht, so dass eine vollständige Konversion der Aluminiumoberfläche auch bei kurzen Abschreckzeiten erzielt werden kann.
Des Weiteren beträgt für den Fall, dass oben genannte Bedingung a) erfüllt ist, der Gesamtanteil an wasserlöslichen Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Hf, Si, Mn, Mo und/oder W bezogen auf die jeweiligen Elemente in der wässrigen Zusammensetzung des Abschreckbades bevorzugt nicht mehr als 50 g/l, besonders bevorzugt nicht mehr als 10 g/l.
Höhere Gehalte sind aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten und aufgrund der erhöhten Schlammbildung durch Ausfällungsreaktionen im Abschreckbad nicht wünschenswert.
Bezüglich der Bedingung b), die beinhaltet, dass die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades einen bestimmten Anteil an wasserlöslichen und/oder wasserdispergierbaren organischen Polymeren und/oder organischen Copolymeren enthält, die zumindest teilweise Phosphonsäure- und/oder Phosphorsäure-Gruppen sowie deren Ester aufweisen, sind erfindungsgemäß solche organischen Polymere und/oder Copolymere bevorzugt, die aufgebaut sind aus zumindest einem der Monomere ausgewählt aus Vinylalkohol, Maleinsäure, Acrylsäure und/oder Methacrylsäure sowie deren Ester, vorzugsweise aus Vinylalkohol und/oder Maleinsäure und deren Ester.
Zusätzlich können in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weitere organische Polymere in der wässrigen Zusammensetzung des Abschreckbades enthalten sein, die die Abschreckcharakteristik der wässrigen Behandlungslösung positiv beeinflussen oder als Dispergierhilfsmittel eingesetzt werden, die jedoch keine Phosphonsäure- und/oder Phosphorsäure-Gruppen sowie deren Ester enthalten. An dieser Stelle seien alle zuvor genannten zum Stand der Technik gehörenden polymeren Zusätze für Abschreckbäder einbezogen, die nachweislich die Abkühlrate beim Abschrecken des erstarrten Gussteils beeinflussen, insbesondere wasserlösliche organische Polymere enthaltend Struktureinheiten von Polyoxyalkylenen, vorzugsweise von Polyoxyethylen und/oder Polyoxypropylen, und/oder wasserlösliche Polymere und/oder wasserlösliche Copolymere von Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure sowie deren Ester und Säureamide und Vinylpyrrolidon, die jedoch keine Phosphonsäure und/oder Phosphorsäure-Gruppen sowie deren Ester enthalten.
Die für die Dispergierung vorgesehenen wasserlöslichen polymeren Anteile sind vorzugsweise aufgebaut aus Monomeren, die ausgewählt sind aus Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder Maleinsäure sowie der jeweiligen Ester. Das bevorzugte Molekulargewicht dieser wasserlöslichen Polymere liegt zumindest bei 1000 g/mol, und überschreitet 10.000 g/mol nicht.
Der Gesamtanteil an organischen Polymeren und/oder organischen Copolymeren in der wässrigen Zusammensetzung des Abschreckbades die zum einen der Bedingung b) genügen und zum anderen Zusätze von wasserlöslichen Polymeren als Abschreckhilfsmittel, die keine Phosphonsäure und/oder Phosphorsäure-Gruppen sowie deren Ester enthalten, liegt vorzugsweise bei nicht mehr als 50 g/l, vorzugsweise nicht mehr als 10 g/l. Höhere Gehalte können zu einer Verfilmung dieser organischen Polymere auf der Oberfläche des Gussteils führen, die sich wiederum nachteilig auf die dem erfindungsgemäßen Verfahren optional nachfolgende Konversionsbehandlung und/oder Beschichtung mit einem organischen Decklack auswirken kann. Im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt sind daher solche wässrigen Zusammensetzungen, die während des Abschreckvorganges des erstarrten Gussteils eine polymere Passivschicht mit einer Schichtauflage von weniger als 0,5 g/m² erzeugen.
Bezüglich der Bedingung c), die beinhaltet, dass die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades zumindest insgesamt 1 ppm an wasserlöslichen Organophosphorsäuren und/oder Organophosphonsäuren mit mehr als 3 Kohlenstoffatomen sowie deren Salze bezogen auf das Element Phosphor enthält, sind erfindungsgemäß solche Verfahren bevorzugt, in denen der Gehalt an wasserlöslichen Organophosphorsäuren und/oder Organophosphonsäuren bezogen auf das Element Phosphor in der Zusammensetzung insgesamt nicht mehr als 1 g/l, vorzugsweise nicht mehr als 0,1 g/l beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält die wässrige Zusammensetzung keine anderen an Alkyl- und/oder Aralkylphosphonsäuren als solche, die der Bedingung c) genügen.
Um den Beizabtrag während des Abschreckvorganges zu erhöhen und damit die Passivierung im erfindungsgemäßen Verfahren mit einer wässrigen Zusammensetzung, die zumindest der Bedingung a) genügt und demnach wasserlösliche Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Hf, Si, Mn, Mo und/oder W enthält, zu beschleunigen, ist weiterhin bevorzugt, dass die wässrige Zusammensetzung zusätzlich freie Fluorid-Ionen in einer Konzentration von nicht mehr als 500 ppm enthält. Hierdurch wird ein einheitliches Ergebnis hinsichtlich der anorganischen Konversion der Aluminiumoberfläche erlangt. Als freie Fluorid-Ionen bezeichnet man den ungebundenen und nicht in Form von Fluorokomplexen vorliegenden Anteil an Fluorid-Ionen. Dieser Anteil kann mittels ionenselektiver Elektroden in der wässrigen Zusammensetzung potentiometrisch bestimmt werden. Da freie Fluorid-Ionen, die natürliche thermische Oxidschicht auf dem Aluminiumgussteil gänzlich aufzulösen vermögen, ist deren Gegenwart für eine Passivierung in den wässrigen Zusammensetzungen, die lediglich den Bedingungen b) und/oder c) genügen und die damit eine Konversion der Oberfläche durch Chemisorption der jeweiligen Wirkkomponenten auf der oxidischen Oberfläche hervorrufen, nachteilig und für die entsprechenden erfindungsgemäßen Verfahren nicht vorgesehen.
Des Weiteren kann die wässrige Zusammensetzung im erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich mindestens eine oberflächenaktive Substanz enthalten, die weder der Bedingung b) noch der Bedingung c) genügt. Derartige oberflächenaktive Substanzen unterstützen die Benetzung insbesondere in den Poren der Oberfläche des Gussteils und erleichtern so die Ausbildung einer Passivschicht. Bevorzugt sind dabei solche oberflächenaktiven Substanzen, die ausgewählt sind aus einem Anlagerungsprodukt von 3 bis 8, vorzugsweise von 4 bis 6 Ethylenoxid-Einheiten an ein Fettamin mit 10 bis 18, vorzugsweise 12 bis 14 C-Atomen. Der Anteil an oberflächenaktiven Substanzen, insbesondere an den zuvor genannten ethoxylierten Fettaminen beträgt vorzugsweise zumindest 0,1 g/l, jedoch nicht mehr als 5 g/l.
Enthält die wässrige Zusammensetzung im erfindungsgemäßen Verfahren oberflächenaktive Substanzen, so ist für spezielle Verfahrensweisen bei der Abschreckung der Gussteile unter Umständen eine Unterdrückung der Schaumbildung im Abschreckbad notwendig. Hierfür werden dem Abschreckbad und damit der wässrigen Zusammensetzung vorzugsweise zusätzlich Entschäumer auf Basis eines Fettalkohol-Ethoxylats/Propoxylats oder eines mit einer Alkylgruppe mit 4 bis 8 C-Atomen endgruppenverschlossenen Anlagerungsproduktes von 7 bis 12 Mol Ethylenoxid an Fettalkohole mit 8 bis 18 C-Atomen hinzugesetzt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren gilt es das erstarrte Gussteil, das vorzugsweise eine Temperatur von zumindest 300°C, besonders bevorzugt von zumindest 400°C aufweist, binnen kürzester Zeit auf Temperaturen von nicht mehr als 80°C abzuschrecken, um das spezifische Kristallitgefüge des erstarrten Gussteils zu konservieren und Ausscheidungen von beispielsweise Legierungsbestandteilen zu verhindern. Entsprechend sind Temperaturen des Abschreckbades und damit der wässrigen Zusammensetzung von nicht mehr als 80°C bevorzugt, insbesondere Temperaturen von nicht mehr als 60°C, besonders bevorzugt von nicht mehr als 40°C.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise als Tauchverfahren durchgeführt, bei dem das gesamte nach dem Flüssiggießen erstarrte Gussteil zum Abschrecken in die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades, die zumindest eine der zuvor genannten Bedingungen a)–c) erfüllt, eingetaucht wird.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ebenfalls ein Verfahren zur korrosionsschützenden Behandlung von Aluminiumgussteilen umfasst, das folgende Verfahrensschritte erfindungsgemäß umfasst:

i) In-Kontakt-bringen des nach dem Flüssiggießen erstarrten und aus dem Formteil herausgelösten Gussteils, das eine Temperatur von mehr als 300°C, vorzugsweise mehr als 400°C aufweist, mit einer wässrigen Zusammensetzung zum Abschrecken des Gussteils, wobei die wässrige Zusammensetzung eine Passivierung der Aluminiumoberfläche unter Ausbildung einer Passivschicht bewirkt, die jedoch weder kristallin ist noch eine Schichtauflage von zumindest 0,5 g/m² aufweist;
ii) mechanische Bearbeitung des Gussteils, die vorzugsweise keine abrasive Bearbeitung der gesamten Oberfläche des Gussteils mit einem Materialabtrag von mindestens 5 kg/m² darstellt;
iii) In-Kontakt-bringen des Gussteils mit einer Reinigungs- und/oder Entfettungslösung;
iv) In-Kontakt-bringen mit einer herkömmlichen passivierenden Behandlungslösung;
v) ggf. Beschichtung mit einem organischen Decklack

Unter mechanische Bearbeitung ii) im Sinne der vorliegenden Erfindung, werden diejenigen mechanischen Arbeitsschritte verstanden, die unmittelbar nach dem Abschrecken i) des erstarrten Gussteils aus Aluminium und vor der herkömmlichen Konversionsbehandlung iv) vorgenommen werden, um Gießfehler hinsichtlich der Form des Gussteils zu beheben. Die mechanische Bearbeitung umfasst dabei bevorzugt ausschließlich die lokale Bearbeitung wie das Entgraten von nicht formgetreuen Bereichen. Eine abrasive Bearbeitung der gesamten Oberfläche des Gussteils mittels schleifender Medien mit einem Materialabtrag von weniger 5 kg/m² ist im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, da bei höheren Abtragsraten die Passivierung, die im Abschreckbad im Schritt i) herbeigeführt wird, durch eine abrasive Bearbeitung der gesamten Oberfläche weitgehend entfernt wird und zusätzlich auch neue Poren, die zuvor oberflächennah im Inneren des Gussteils eingeschlossen waren, freigelegt werden. Ein solches Verfahren, bei dem eine abrasive Behandlung der gesamten Oberfläche des Gussteils mit einem Abtrag von zumindest 5 kg/m² erfolgt, hat gegenüber einem herkömmlichen Passivierungsverfahren, bei dem während der Abschreckung des erstarrten Gussteils im Schritt i) eine passivierende Vorbehandlung unterbleibt, einen deutlich verringerten technischen Vorteil hinsichtlich der Effektivität des temporären Korrosionsschutzes oder ggf. der Effektivität der Haftung der Decklackbeschichtung.
Eine herkömmliche passivierende Behandlungslösung im Schritt iii) umfasst ebenso sämtliche zuvor genannten passivierenden Vorbehandlungen, die bereits vor der Reinigung und Entfettung des mechanisch bearbeiteten Gussteils und insbesondere während der Abschreckung des nach dem Flüssiggießen erstarrten und aus dem Formteil entnommenen Aluminiumgussteils im Schritt i) erfolgen, insbesondere solche in denen die wässrige Zusammensetzung zur passivierenden Behandlung gemäß den zuvor genannten Bedingungen a)–c) formuliert ist. Darüber hinaus auch solche, in deren Folge Schichtgewichte, insbesondere auch von kristallinen Schichtüberzügen, von zumindest 0,5 g/m² erzielt werden, wie beispielsweise die kristalline Zinkphosphatierung von Aluminium.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur korrosionsschützenden Behandlung von Aluminiumgussteilen umfassend die Verfahrensschritte i)–v) ist die Temperatur der wässrigen Zusammensetzung des Abschreckbades im Schritt i) vorzugsweise nicht größer als 80°C, besonders bevorzugt nicht größer als 60°C und insbesondere nicht größer als 40°C.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Aluminiumgussteil, das gemäß einem der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zum Passivieren oder zur korrosionsschützenden Behandlung von Aluminiumgussteilen behandelt wurde sowie die Verwendung eines solchen Gussteils in einem Verfahren zur Aufbringung weiterer Korrosionsschutzschichten und/oder dekorativer Schichtauflagen.
Ausführungsbeispiele:

In der Tabelle 1 sind erfindungsgemäße Beispiele für die Passivierung von Aluminiumdruckguss (Al Si 7 wa) im Abschreckbad angegeben. Die Ergebnisse bezüglich der Korrosion der entsprechend der Beispiele behandelten Druckgussteile entstammen dem CASS-Test, der für den Werkstoff Aluminium maßgeblich ist. Die Abschreckung erfolgte für einen Zeitraum von ca. 1 min innerhalb dessen die Temperatur des erstarrten Druckgussteils von ca. 500°C auf Badtemperatur absank, wobei die Temperatur des Abschreckbades bei ca. 24°C lag.

Tab. 1
Passivierung von Aluminiumdruckguss (A Si 7wa) mittels verschiedener wässriger Zusammensetzungen des Abschreckbades
	Bedingung a)–c)	Zusammensetzung des Abschreckbades¹		CASS-Test²
VB1	-	-	-	2 mm
B1	a)	100 ppm ZrO(NO₃)₂	2000 ppm PVA³	0,6 mm
B2	a)	2000 ppm Mn(NO₃)₂	3000 ppm H₂SiF₆	1,1 mm
B3	c)	400 ppm 1,4-Butandiphosphonsäure		1,1 mm
¹ Wässrige Lösung der jeweiligen Bestandteile in VE-Wasser
² Auslagerung für 240h gemäß DIN EN ISO9227
³ Polyvinylalkohol, M_w ca. 60.000

Sämtliche erfindungsgemäßen Zusammensetzungen des Abschreckbades, die einer der Bedingungen a) oder c) genügten, ergaben zufrieden stellende Resultate im Vergleich zum Abschreckprozess in VE-Wasser.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 3220931 A [0003]
- DE 3220931 [0003, 0003]
- US 3902929 [0004]
- US 4595425 [0005]
- US 4552686 [0006]
- US 4738731 [0007]
- WO 200220873 [0023]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN ISO9227 [0045]

Claims

Verfahren zum Passivieren von Aluminiumgussteilen, bei dem das nach dem Flüssiggießen erstarrte und aus dem Formteil entnommene Aluminiumgussteil unmittelbar in ein Abschreckbad mit einer wässrigen Zusammensetzung überführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Zusammensetzung zumindest eine der folgenden Bedingungen a)–c) erfüllt: a) die Zusammensetzung enthält zumindest insgesamt 10 ppm an wasserlöslichen Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Hf, Si, Mn, Mo und/oder W bezogen auf die jeweiligen Elemente; b) die Zusammensetzung enthält zumindest mindestens 0,01 g/l an wasserlöslichen und/oder wasserdispergierbaren organischen Polymeren und/oder organischen Copolymeren, die zumindest teilweise Phosphonsäure- und/oder Phosphorsäure-Gruppen sowie deren Ester aufweisen; c) die Zusammensetzung enthält zumindest insgesamt 1 ppm bezogen auf das Element Phosphor an wasserlöslichen Organophosphorsäuren und/oder Organophosphonsäuren mit mehr als 3 Kohlenstoffatomen sowie deren Salze.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Bedingung a) erfüllt ist und die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades eines oder mehrere der Elemente Ti, Zr, Hf und/oder Si in Form von Fluorokomplexen enthält.
Verfahren gemäß einem oder beiden der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Bedingung a) erfüllt ist und der Gesamtanteil an wasserlöslichen Verbindungen der Elemente Ti, Zr, Hf, Si, Mn, Mo und/oder W bezogen auf die jeweiligen Elemente in der wässrigen Zusammensetzung des Abschreckbades nicht mehr als 50 g/l beträgt, vorzugsweise nicht mehr als 10 g/l.
Verfahren nach einem oder beiden der vorherigen Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades zusätzlich freie Fluoridionen in einer Konzentration von bis zu 500 ppm enthält.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Bedingung b) erfüllt ist und die organischen Polymere und/oder Copolymere zumindest mit einem der Monomere ausgewählt aus Vinylalkohol, Maleinsäure, Acrylsäure und/oder Methacrylsäure sowie deren Ester, vorzugsweise aus Vinylalkohol und/oder Maleinsäure und deren Ester aufgebaut sind.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an organischen Polymeren, die der Bedingung b) genügen, insgesamt zumindest 0,1 g/l, vorzugsweise zumindest 1 g/l beträgt.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades zusätzlich wasserlösliche organische Polymere enthaltend Struktureinheiten von Polyoxyalkylen, vorzugsweise von Polyoxyethylen und/oder Polyoxypropylen, und/oder wasserlösliche Polymere und/oder wasserlösliche Copolymere von Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure sowie deren Ester und Säureamide und Vinylpyrrolidon enthält, die jedoch keine Phosphonsäure und/oder Phosphorsäure-Gruppen sowie deren Ester aufweisen.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamtanteil an organischen Polymeren und/oder organischen Copolymeren von 50 g/l, vorzugsweise 10 g/l nicht überschritten wird.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Bedingung c) erfüllt ist und der Anteil an an wasserlöslichen Organophosphorsäuren und/oder Organophosphonsäuren mit mehr als 3 Kohlenstoffatomen sowie deren Salze bezogen auf das Element Phosphor nicht mehr als 1 g/l beträgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades zusätzlich mindestens eine oberflächenaktive Substanz enthält, die weder der Bedingung b) noch der Bedingung c) genügt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine oberflächenaktive Substanz ausgewählt ist aus einem Anlagerungsprodukt von 3 bis 8, vorzugsweise von 4 bis 6 Ethylenoxid-Einheiten an ein Fettamin mit 10 bis 18, vorzugsweise 12 bis 14 C-Atomen.
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Zusammensetzung des Abschreckbades zusätzlich einen Entschäumer enthält, vorzugsweise auf Basis eines Fettalkohol-Ethoxylats/Propoxylats oder eines mit einer Alkylgruppe mit 4 bis 8 C-Atomen endgruppenverschlossenen Anlagerungsproduktes von 7 bis 12 Mol Ethylenoxid an Fettalkohole mit 8 bis 18 C-Atomen.
Verfahren zur Aufbringung einer Passivschicht und/oder Lackhaftungsschicht auf Aluminiumgussteilen, dadurch gekennzeichnet, dass i) das nach dem Flüssiggießen erstarrte und aus dem Formteil herausgelöste Gussteil, das eine Temperatur von mehr als 300°C aufweist, mit einer wässrigen Zusammensetzung zum Abschrecken des Gussteils in Kontakt gebracht wird, wobei die wässrige Zusammensetzung eine Passivierung der Aluminiumoberfläche unter Ausbildung einer Passivschicht bewirkt, die jedoch weder kristallin ist noch eine Schichtauflage von zumindest 0,5 g/m² aufweist; ii) das Gussteil mechanisch bearbeitet wird; iii) das Gussteil mit einer Reinigungs- und/oder Entfettungslösung in Kontakt gebracht wird; iv) das Gussteil mit einer herkömmlichen passivierenden Behandlungslösung in Kontakt gebracht wird; v) das Gussteil ggf. mit einem organischen Decklack beschichtet wird.
Aluminiumgussteil bearbeitet in einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13.
Verwendung eines Aluminiumgussteils gemäß Anspruch 14 in einem Verfahren zur Aufbringung weiterer Korrosionsschutzschichten.