DE3872489T2 - Korrosionsbestaendige aluminiumlegierung und daraus hergestellte erzeugnisse mit gleichmaessig grauer, lichtechter oberflaeche sowie verfahren zu deren herstellung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aluminiumlegierung, ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgegenstandes mit einheitlich grauer, lichtechter Oberfläche und einer Reflexionsfähigkeit von höchstens 50 % sowie einen durch das Verfahren hergestellten Aluminiumgegenstand.
• Es sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen ein dekorativer grauer Farbton auf Gegenständen aus einer Aluminiumlegierung erreicht wird. Diese Verfahren basieren auf der anodischen Oxidation der Oberfläche der Gegenstände aus einer Aluminiumlegierung und bedürfen keines zusätzlichen absorptiven Färbens. Die Qualität des entstehenden Farbtons und seine Eigenschaften werden durch eine Reihe von Verfahrensparametern bestimmt, wozu insbesondere die Zusammensetzung des Elektrolyten, die angelegte Spannung, die Art des elektrischen Stromes, Dichte und Dauer sowie die Zusammensetzung der einzelnen Legierung zählen.
• Bisher werden gewöhnlich Zwei-Stufen-Elektrocolorverfahren angewendet, und viele dieser Verfahren sind bekannter Stand der Technik. Üblicherweise wird bei der ersten Stufe des Zwei-Stufen-Colorverfahrens eine Oxidschicht von ca. 20 m Dicke in einem Schwefelsäure- oder Schwefelsäure/Oxalsäure- Elektrolyten mit Gleichstrom einer Stromdichte von 100 bis 200 A/m² erzeugt. Nach der Oxidation der ersten Stufe folgt die zweite Stufe, in der ein Wechselstrom mit einer Stromdichte von zwischen 10 und 100 A/m² in einer Metallsalzlösung gewünschter Zusammensetzung verwendet wird. Während der zweiten Stufe fallen die Metallbestandteile aus der Metallsalzlösung aus und lagern sich auf der Oxidschicht ab, so daß die Metallbestandteile an der Porenbasis in der Oxidschicht festkleben und dadurch eine dauerhaft lichtechte Färbung des Oxids hervorrufen.
• Zusätzlich zu den oben beschriebenen bisher bekannten Mehr- Stufen-Colorverfahren gibt es eine weitere Verfahrensgruppe zur Erzeugung lichtechter grauer Oberflächen, bei denen eine Ein-Stufen-Coloranodisierung eingesetzt wird, wobei Gleichstrom mit einer Stromdichte von 70 bis 800 A/m² in einen bestimmten Elektrolyten angelegt wird, um Oxidschichten mit natürlichem Selbstfarbton zu schaffen. Der bei diesem Ein-Stufen-Coloranodisierungsverfahren erzielte Farbton hängt von der Zusammensetzung der Legierung und dem Elektrolyten ab, der organische Säuren und, falls erwünscht, Schwefelsäurezusätze enthält. Bei diesem Verfahren verwendete typische Aluminiumlegierungen sind Aluminium-Mangan-, Aluminium-Magnesium sowie Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierungen
• Zusätzlich zu den vorgenannten Verfahren ist es , durch die Verwendung ausgewählter Legierungen und bestimmter Verfahrensweisen bei der Herstellung von Aluminiumhalbzeugen möglich, mit Standard- Anodisierungsverfahren dekorative Grautöne auf den Gegenständen zu erzielen. Bei diesen weithin bekannten Standard-Anodisierungsverfahren, die sehr kostenträchtig sind, werden Gleichstrom einer Stromdichte von 80 bis 300 A/m² und ein Schwefelsäure-Elektrolyt, der meist Kohlensäurezusätze enthält, verwendet. Bisher enthalten die für diese Anodisierungsverfahren ausgewählten Aluminiumlegierungen 4,5 Gew.-% Silizium und 0,5 Gew.-% Magnesium. Bei Anodisierung der vorgenannten Aluminiumlegierung unter Verwendung einer Stromdichte von 150 A/m² erhält man nach 40-minütiger Behandlung eine Oxidschicht, die 18 um dick ist und einen leichten Grauton aufweist. Die Lichtreflexionsfähigkeit, als Maßstab für den Grauton, beträgt 20 %. Nach einer Oxidationszeit von 60 Minuten ist die Oxidschicht 27 um dick und weist eine dunkel graue Selbstfarboberfläche einer Lichtreflexionsfähigkeit von 13 % auf. Die Lichtreflexionsfähigkeit wird mit einem LANGE UME 1-LFE 1- Meßgerät gemessen.
• Es wurde festgestellt, daß die bei der Herstellung von Halbzeugen verwendete vorgenannte Aluminiumlegierung die bei der Herstellung von Halbzeugen eingesetzten Formwerkzeuge stark abnutzt. Zusätzlich stellte sich heraus, daß das Einhalten enger Farbton- und Gleichmäßigkeitstoleranzen schwierig ist.
• Demgemäß ist es das Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine korrosionsfeste Aluminiumlegierung für die Herstellung von Aluminiumgegenständen zu entwickeln.
• Ein besonderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, anodisierte Aluminiumgegenstände aus vorgenannter Legierung herzustellen, wobei die Oberflächenreflexionsfähigkeit der Legierung einheitlich ist.
• Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellung eines verbesserten Aluminiumgegenstandes mit höherer Oberflächengüte als die bei herkömmlichen Verfahren erzielte ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Färbestufen bereit zustellen.
• Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben.
• Die vorgenannten Ziele und Vorteile werden durch das in den unabhängigen Patentansprüchen beschriebene erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres erreicht. Die abhängigen Patentansprüche stellen zusätzliche Verbesserungen dar.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung verbesserter Aluminiumgegenstände aus einer neuartigen Zusammensetzung einer Aluminiumlegierung mit positiven Vanadiumzusätzen, wobei der Aluminiumgegenstand im anodisierten Zustand durch eine einheitlich graue, lichtechte Oberfläche und eine Lichtreflexionsfähigkeit gekennzeichnet ist, die im Vergleich zu einem nicht anodisierten Gegenstand gleicher Zusammensetzung höchstens 50 %, mit einem LANGE UME 1-LFE 1-Meßgerät gemessen, beträgt.
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vanadium enthaltende Aluminiumlegierung, die durch einen verbesserten Korrosionswiderstand gekennzeichnet ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Aluminiumlegierung zur Herstellung von Aluminiumgegenständen verwendet, die aus 1,20 bis 1,60 Gew.-% Eisen; 0,25 bis 0,55 Gew.-% Mangan; 0,05 bis 0,25 Gew.-% Vanadium; bis zu 0,20 Gew.-% Silizium; bis zu 0,30 Gew.-% Kupfer; bis zu 5,0 Gew.-% Magnesium; bis zu 0,10 Gew.-% Chrom; bis zu 2,0 Gew.-% Zink bis zu 0,25 Gew.-% Zirkon; bis zu 0,10 Gew.-% Titan; bis zu insgesamt 0,50 Gew.-% Verunreinigungen; Rest Aluminium besteht. Die bevorzugte Legierungszusammensetzung hat einen Vanadiumgehalt von 0,10 bis 0,20 Gew.-%; einen Eisengehalt von 1,30 bis 1,50 Gew.-%; einen Siliziumgehalt von unter 0,08 Gew.-% und ein Gewichtsverhältnis von Eisen zu Mangan im Bereich von 3,0 bis 4,0:1. Der Korrosionswiderstand der erfindungsgemäßen Leglerung im Vergleich zu ähnlichen Legierungen ohne Vanadiumzusätze ist spürbar verbessert.
• Um die gewünschte Lichtreflexionsfähigkeit bei aus der vorliegenden erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung hergestellten Aluminiumgegenständen zu erhalten, müssen verschiedene Stufen während der Herstellung der Aluminiumgegenstände aus der Legierungsverbindung überwacht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumgegenstandes mit einer einheitlich grauen, lichtechten Oberfläche und einer Lichtreflexionsfähigkeit von höchstens 50 % im anodisierten Zustand beinhaltet die Behandlung der wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Aluminiumlegierung von der Gießstufe bis zur Produktstufe bei Prozeßtemperaturen von nicht mehr als 560ºC, wobei die Dauer des Verfahrens bei ,Temperaturen zwischen 450 und 560ºC nicht länger als vier Stunden beträgt. Der so behandelte Aluminiumgegenstand wird danach in einem Elektrolyten anodisiert, wobei Gleichstrom in einem
• Schwefelsaure-Elektrolyten, der 10 bis 25 Gew.-% Schwefelsäure und bis zu 5 Gew.-% Kohlensäure enthält, verwendet wird. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Temperaturen der Wärmebehandlung, einschließlich der Temperaturen bei Prozessen der Warmumformung und derjenigen, die vor dem Warmumformen herrschen, bevorzugt im niedrigst möglichen Temperaturbereich und die Verweildauer in Temperaturen über 300ºC so kurz wie möglich gehalten.
• Der aus der erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte anodisierte Aluminiumgegenstand weist eine Oxidschicht auf, deren Lichtreflexionsfähigkeit, im Vergleich zu einem nicht anodisiertem Gegenstand ähnlicher Zusammensetzung, zwischen 8 und 45 % bei Oxidschichtstärken von 5 bis 30 um beträgt und unter 30 Gew.-% bei Oxidschichtstärken von ca. 10 um.
• Weitere Vorteile, Eigenschaften und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung bevorzugter Durchführungsbeispiele ersichtlich.
BEISPIEL 1
• Ein rechteckiger Strang mit einer Querschnittsfläche von 320·1080 mm² wurde aus einer Legierung mit 1,44 % Eisen, 0,38 % Mangan, 0,06 % Silizium, 0,12 % Vanadium, Rest Aluminium und 0,07 % Verunreinigungen gegossen. Der herkömmlich gegossene Barren wurde beidseitig auf 10 mm Tiefe gefräst. Bei Einsatz von Hot-top- oder von Magnetformkokillen könnte das Fräsen wegfallen. Die Bramme wurde dann auf 520ºC erhitzt, ohne Haltezeit einem Warmwalzwerk zugeführt und zu einer Platte von 8 mm Stärke gewalzt. Die mit einer Temperatur von 450ºC aus dem Walzwerk austretende vorgenannte Platte wurde durch ein Wasserbad geführt und dann auf eine Stärke von 1,0 mm kaltgewalzt. Nach einem dreistündigen Endglühen bei 320ºC zeigte das Blech eine höchste Zugfestigkeit Rm von 137 MPa, eine 0,2%-ige Dehngrenze RP02 von 108 MPa und eine Dehnung A&sub5; von 42 %. Bleche mit einer Fläche von 980·980 mm² wurden in einem Elektrolyten anodisiert. Das Bad enthielt 180 g Schwefelsäure und 10 g Oxalsäure je Liter. Die Dichte des Gleichstroms betrug 150 A/m². Die Oxidschicht wies eine einheitliche, mittelgraue Farbe über die gesamte Oberfläche auf. Die Lichtreflexionsfähigkeit, mit einem LANGE UME 1- LFE 1 Meßgerät gemessen, betrug 16 %. Bleche, die 40 Minuten lang anodisiert wurden, wiesen eine Oxidschichtdicke von 20 um auf; die Lichtreflexionsfähigkeit der einheitlichen, dunkelgrauen Oberfläche betrug 10 %.
BEISPIEL 2
• Ein Rundbolzen von 200 mm Durchmesser wurde aus einer Legierung mit 1,43 % Eisen, 0,41 % Mangan, 0,12 % Vanadium, 0,15 % Zirkon, 0,05 % Silizium, Rest Aluminium mit 0,06 % Verunreinigungen gegossen. Der Bolzen wurde im Umfang auf 2 mm Tiefe gefräst. Dann wurde er zum Extrudieren schnell auf 490 ºC erhitzt und sofort zu drei Profilen einer jeweiligen Querschnittsfläche von 140 mm² stranggepreßt. Die extrudierten Stränge, die Preßnähte aufwiesen, kamen mit einer Temperatur von 540ºC aus dem Werkzeug und wurden mit Gebläseluft gekühlt. Zugversuche ergaben eine Zugfestigkeit Rm von 155 MPa und eine Dehngrenze RP0,2 von 88 MPa.
• Die stranggepreßten Langen wurden in einem Bad mit 180 g Schwefelsäure und 10 g Oxalsäure je Liter unter Verwendung eines Gleichstroms mit 200 A/m² Stromdichte anodisiert. Nach 13-minütiger Behandlung war das Oxid 9 um dick. Die Reflexionsfähigkeit betrug 17%. Alle drei Profile wiesen eine einheitliche, strukturfreie, mittelgraue Farbe auf. Es waren keine Farbunterschiede ersichtlich.
VERGLEICHSBEISPIEL
• Ein Rundbolzen von 160 mm Durchmesser wurde aus einer Legierung mit 1,46 % Eisen, 0,38 % Mangan, 1,2 % Magnesium, 0,05 % Silizium, Rest Aluminium mit 0,05 % Verunreinigungen gegossen. Der Bolzen wurde im Umfang auf 3 mm Tiefe gefräst, schnell auf 380ºC zum Pressen erhitzt und nach einer Halte zeit von einer Stunde zu einem rechteckigen Profil mit 4·30 mm² Fläche bei einer Geschwindigkeit von 16 m/min stranggepreßt. Der extrudierte Strang kam mit einer Temperatur von 460ºC aus dem Werkzeug und wurde mit Luft gekühlt. Die Zugfestigkeit Rm betrug 220 MPa, die 0,2 %-ige Dehngrenze Rp0,2 betrug 112 MPa und die Bruchdehnung A&sub5; betrug 19 %. Nach einem Recken um 3 % lag der Rm-Wert bei 224 MPa, der Rp0,2-Wert bei 188 MPa und A&sub5; bei 18 %.
• Extrudierte Längen wurden in einem Bad mit 180 g Schwefelsäure und 10 g Oxalsäure pro Liter mit einem Gleichstrom einer Stromdichte von 150 A/m² anodisiert. Nach 25-minütiger Behandlung war die Oxidschicht 12 um dick. Die Lichtreflexionsfähigkeit betrug 15 %.
BEISPIEL 3
• Es wurden vier Proben mit den folgenden Legierungszusammensetzungen vorbereitet.
• 1) 1,4 Gew.-% Eisen;
• 0,11 Gew.-% Silizium;
• 0,41 Gew.-% Mangan;
• 0,003 % Vanadium;
• Rest im wesentlichen Aluminium;
• 2) 1,4 Gew.-% Eisen;
• 0,11 Gew.-% Silizium;
• 0,41 Gew.-% Mangan;
• 0,053 % Vanadium;
• Rest im wesentlichen Aluminium;
• 3) 1,4 Gew.-% Eisen;
• 0,11 Gew.-% Silizium;
• 0,41 Gew.-% Mangan;
• 0,102 % Vanadium;
• Rest im wesentlichen Aluminium;
• 4) 1,4 Gew.-% Eisen;
• 0,11 Gew.-% Silizium;
• 0,41 Gew.-% Mangan;
• 0,152 % Vanadium;
• Rest im wesentlichen Aluminium.
• Nach Gießen, Fräsen, Homogenisierungsglühen und Warm- und Kaltwalzen lagen die Proben als 1 mm starke Bleche vor. Diese Proben wurden dann bei einer Temperatur von 400ºC geglüht, um sie wieder in den weichen Zustand zu versetzen. Danach wurden die Proben einem kurzen Beizvorgang unterzogen und zwei Stunden lang in eine wäßrige Lösung aus 3 % Natriumchlorid plus 1% Chlorwasserstoff getaucht, um die Charakteristika des Korrosionswiderstandes der Legierungen festzustellen. Dieser Versuch, Zeerleder- Zurbrugg-Test genannt, ist ein übliches Verfahren zum Testen des Korrosionswiderstandes von Aluminiumlegierungen.
• Die Ergebnisse der Versuche sind unten in Tabelle I aufgezeichnet. TABELLE I Zeerleder-Zurbrugg.Test
• Probe Nr. freigesetztes H&sub2; (cm³)
• G1 14,82 + 2,13
• G2 10,7l + 1,72
• G3 8,01 + 1,08
• G4 6,2 + 0,28
• Es ist klar zu sehen, daß die Stärke des Korrosionsangriffs auf die Aluminiumlegierungen mit Anstieg des Vanadiumgehaltes in der Legierung spürbar sinkt.

Claims (10)

1. Aluminiumlegierung gekennzeichnet durch einen verbesserten Korrosionswiderstand aus 1,20 bis 1,60 Gew.- % Eisen; 0,25 bis 0,55 Gew.- % Mangan; 0,05 bis 0,25 Gew.- % Vanadium; bis zu 0,20 Gew.- % Silizium; bis zu 0,30 Gew.-% Kupfer; bis zu 5,0 Gew.-% Magnesium; bis zu 0,10 Gew.-% Chrom; bis zu 2,0 Gew.-% Zink; bis zu 0,25 Gew.-% Zirkon; bis zu 0,10 Gew.-% Tifan; bis zu insgesamt 0,50 Gew.-% Verunreinigungen, Rest Aluminium.

2. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Verhältnis von Eisen zu Mangan in einem Bereich von 2,8 bis 5,0 :

3. Aluminiumlegierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Vanadiumgehalt von 0,10 bis 0,20 Gew.-%.

4. Aluminiumlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Eisengehalt von 1,30 bis 1,50 Gew.-%; einem Siliziumgehalt unter 0,08 Gew.-% und einem Gewichtsverhältnis von Eisen zu Mangan in einem Bereich von 3,0 bis 4,0 :

5. Verfahren zum Herstellen eines Aluminiumgegenstandes mit einheitlich grauer lichtechter Oberfläche und einer Lichtreflexionsfähigkeit von höchstens 50 % in anodisiertem Zustand mit den Schnitten

(a) Herstellung einer Aluininiumlegierung aus 1,20 bis 1,60 Gew.-% Eisen; 0,25 bis 0,55 Gew.-% Mangan; 0,05 bis 0,25 Gew.-% Vanadium; bis 0,20 Gew.-% Silizium; bis 0,30 Gew.-% Kupfer; bis 5,0 Gew.-% Magnesium; bis 0,10 Gew.-% Chrom; bis 2,0 Gew.-% Zink; bis 0,25 Gew.-% Zirkon; bis 0,10 Gew.-% Titan; bis zu insgesamt 0,50 Gew.-% Verunreinigungen, Rest Aluminium;

(b) Behandlung dieser Legierung von der Gießstufe bis zu Produktstufe bei Prozeßtemperaturen von nicht mehr als 560ºC, wobei die Dauer der Behandlung bei Temperaturen zwischen 540ºC bis 560ºC nicht mehr als vier Stunden beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Vanadiumgehalt von 0,10 bis 0,20 Gew.-%.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen Eisengehalt von 1,30 bis 1,50 Gew.-%, einen Siliziumgehalt - unter 0,08 Gew.-% und einem Gewichtsverhältnis von Eisen zu Mangan im Bereich von 3,0 bis 4,0 : 1.

8. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Schnitt (c) als Anodisierung der Gießlegierung des Schnittes (b) in einem Elektrolyten.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, insbesondere nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch das Anodisieren der Gießlegierung mit Gleichstrom in einem Schwefelsäure-Elektrolyten mit 10 bis 25 Gew.-% Schwefelsäure und bis zu 5 Gew.-% Karbolsäure.

10. Anodisierter Aluminiumgegenstand, insbesondere mit dem Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 5 bis 9 hergestellter Aluminiumgegenstand, mit nachstehender chemischer Zusammensetzung: 1.20 bis 1,60 Gew.-% Eisen; 0,25 bis 0,55 Gew.-% Mangan;

0,05 bis 0,25 Gew.-% Vanadium;

bis 0,20 Gew.-% Silizium;

bis 0,30 Gew.-% Kupfer;

bis 5,0 Gew.-% Magnesium

bis 0,10 Gew.-% Ohrom;

bis 2,0 Gew.-% Zink;

bis 0,25 Gew.-% Zirkon;

bis 0,10 Gew.-% Titan;

bis 0,50 Gew.-% Verunreinigungen (total)

und Rest Aluminium;

wobei die Lichtreflexionsfähigkeit der Oxidschicht des anodisierten Gegenstandes im Vergleich zu einem nicht anodisierten gleicher Zusammensetzung zwischen 8 und 45 % beträgt mit einer Oxidschicht der Dicke von 5 bis 30 pm und weniger als 30 % mit einer Oxidschichtdicke von etwa 10 pm.