DE2207232A1 - Verfahren zur Herstellung eines zusammenhängend gefärbten Filmes auf Druckspritzgußstücken aus Aluminium - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines zusammenhängend gefärbten Filmes auf Druckspritzgußstücken aus AluminiumInfo
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Description
S3 0212
München: Frankfurt/M.:
Dipl.-Chem.Dr.D.Thomsen Dipl.-Ing. W. Welnkauff
Dipl.-Chem. G. Bühling
Dipl.-Ing. R. Kinne
Dipl.-Chem. Dr. U. Eggera
8000 München 2
Kalser-Ludwig-Platz 6 16. Februar 1972
Sumitomo Chemical Company, Limited Osaka (Japan)
Verfahren zur Herstellung eines zusammenhängend gefärbten Filmes auf Druckspritzgußstücken aus Aluminium
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines zusammenhängenden und einheitlichen, golden, gelblichbraun, braun oder rötlich-braun gefärbten, anodischen Oxydfilmes
auf Druckspritzgußstücken aus Aluminium.
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Wenn die herkömmlich verwendeten Druckspritzgußstücke aus Aluminiumlegierung der Anodisierungsbehandlung unterworfen werden,
so werden deutlich sichtbare, unregelmäßige Muster des Metallflusses, der Adern und der Kaltschweißstellen gebildet. Daher
sind solche Produkte nicht in der Lage gewesen, für dekorative Zwecke verwendet zu werden, welche eine Einheitlichkeit der Oberflächenfärbung
anstreben. Zum Unterschied zu den Sandformgußstücken oder Kokillengußstücken, wird bei der Herstellung der
Druckspritzgußstücke die Schmelze der Aluminiumlegierung unter ~ Druck eingespritzt, die Schmelze wird also in eine Form unter
hohem Druck im Zustand stürmischer Strömung gegeben. Daher finden beim Druckspritzgießen die Gelegenheiten des Berührens der
Aluminiumlegierungsschmelze mit der Luft viel stärker statt als bei der Methode des Sandformgießens und des Kokillengießens, und
daher bildet das Oxyd des Aluminiums unregelmäßige Muster des Metallflusses und Adern in der Richtung des Schmelzflusses sowie
KaltSchweißstellen an Punkten, wo die Schmelzen aufeinanderstoßen.
Da diese Fehler auf der Oberfläche und im inneren Teil der Spritzgußstücke
enthalten sind, führt die Anodisierungsbehandlung zu einem ungleichmäßig gefärbten Oxydfilm. Im Falle der herkömmlich
bekannten Druckspritzgußstück-Aluminiumlegierungen werden, selbst
wenn diese unregelmäßigen Muster des Metallflusses, der Adern und der Kaltschweißstellen physikalisch bzw. mechanisch durch
Schwabbel- oder Strahlblasbehandlung vor der Anodisierungsbehandlung entfernt werden, diese erneut gebildet, wenn man die Spritz
gußstücke dem chemischen Polieren und dann der Anodisierungsbehandlung unterwirft. Diese Erscheinung erkennt man besonders klar
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bei Legierungen, welche einen relativ hell gefärbten anodischen Oxydfilm bilden.
Nunmehr wurde überraschenderweise gefunden, daß ein zusammenhängender
und einheitlich gefärbter anodischer Oxydfilm gebildet wird, indem man die Produkte, welche durch Spritzgießen der
Al-Mn-Cr-Legierungen erhalten werden, einer geeigneten Oberflächenbehandlung
unterzieht. Bisher waren derartige Legierungen als solche zum Bilden eines gefärbten, anodischen Oxydfilms auf gekneteten
bzw. warmverformten Produkten bekannt, beispielsweise
aus der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 16218/63. Jedoch als gefärbte Spritzgußstücke für Dekorierungszwecke, erhalten
durch gesamtes Farbanodisieren (oder Selbstfärbungsanodisieren),
sind diese Legierungen nicht verwendet worden, weil die unregelmäßigen Muster des Metallflusses, der Adern und der Kaltschweißstellen
eine Farbungleichmäßigkeit verursachen.
Die Fig.l'der anliegenden Zeichnungen ist eine grafische
Darstellung, welche die Zusammensetzungsbereiche an Chrom und Mangan in der erfindungsgemäßen Legierung zeigt.
Die Fig. 2a, 2b und 2c zeigen fotografische Aufnahmen von Tafeln, welche unter Anwendung des herkömmlichen Druckspritzgießens
von (Aluminium)-Legierungen und der erfindungsgemäßen Legierung erzeugt wurden.
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Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines zusammenhängenden und einheitlich gefärbten Filmes auf Druckspritzgußstücken
aus Aluminium, welches darin besteht, daß man in an sich bekannter Weise dem Spritzgießen eine Legierung unterwirft,
bestehend aus 0,1 bis 1,3 Gew.-% Chrom, 0,2 bis 3,4 Gew.-% Mangan, wobei Chrom und Mangan in Mengen vorliegen, welche innerhalb
des in Fig. 1 gezeigten Bereiches des Rechteckes ABCD liegen, ferner bestehend aus bis zu 0,3 Gew.-% Verunreinigungen, Rest
Aluminium; daß man die Oberfläche der so erhaltenen Gußstücke aufrauht; daß man die Produkte der Glänzbehandlung unterwirft;
und daß man danach die Produkte in an sich bekannter Weise der' Anodisierungsbehandlung unterzieht und zwar vorzugsweise in einem
wäßrigen Elektrolyten, welcher 5 bis 20 Gew.-% Schwefelsäure enthält
Erfindungsgemäß kann also ein zusammenhängender, gefärbter ariodischer Oxydfilm, frei von unregelmäßigen Mustern des Metallflusses,
der Adern und der Kaltschweißstellen, auf Spritzgußstücken gebildet werden, indem man die Oberfläche von Druckspritzgußstücken
aus einer Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,1 bis 1,3 Gew.-% Chrom, 0,2 bis 3,4 Gew.-% Mangan, wobei Chrom und
Mangan in den Mengen anwesend sind, welche innerhalb des Bezirkes des in Fig. 1 gezeigten Rechteckes ABCD liegen, ferner bestehend
aus bis zu 0,3 Gew.-% Verunreinigungen, Rest Aluminium, Aufrauhungs-
und Glänzbehandlungen unterwirft; und man danach die so behandelten Produkte der Anodisierungsbehandlung unterzieht.
Die mechanische Festigkeit und Gießbarkeit der Legierung wird
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weiter verbessert, indem man ihr mindestens eines der Metalle Kobalt und Zink hinzusetzt.
Wenn der Chromgehalt der Legierung geringer als 0,1 Gew.-%
ist, so wird eine wirksame Färbung nicht erzielt. Mit der Erhöhung des Chromgehaltes wird die Gelblichfärbung gesteigert,
doch ist ein Gehalt von höher als 1,3 Gevr.-% nicht bevorzugt,
weil es erforderlich wird, die Schmelztemperatur der Legierung beim Spritzgießen zu steigern, wodurch die Durchführung des
Druckspritzgießens schwierig wird und zwar wegen der Steigerung des Oxydationsverlustes der Aluminiumlegierung und wegen der
Schwierigkeit des Ablösens aus den Druckspritzgießformen.
Weniger als 0,2 Gew.-% Mangan, bringen keine Auswirkung auf
die Färbung. Mit der Steigerung des Mangangehaltes wird der anodische Oxydfilm rötlich. Wenn jedoch der Gehalt 3,4 Gew.-%
überschreitet, so beginnt das Erscheinen unregelmäßiger Muster des Metallflusses der Adern und der Kaltschweißstellen und es
wird schwierig, den gewünschten zusammenhängenden und einheitlichen anodisch gefärbten Film zu erzielen. Deshalb sollte der Mangahgehalt
nicht mehr als 2,2 Gew.-% betragen, um einen besonders einheitlichen,
anodisch gefärbten Film zu erzielen.
Ferner sollte Chrom und Mangan in den Mengen unterhat der geraden
Linie enthalten sein,welche die Punkte A und B in Fig. 1 verbindet.
Wenn die Gehalte die durch Linie AB gezeigten Werte überschreiten,
so bildet sich ein Film mit ungleichmäßiger Färbung. Ein anodi-
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scher Oxydfilm mit unterschiedlichen Farbtönen von Goldfärbung bis zu
braunen und rötlich-braunen Färbungen wird erzielt, indem man die Chrom- und Mangangehalte innerhalb dieses Bereiches geeignet steuert.
Wenn also das Gewichtsverhältnis von Mangan/Chrom geringer als etwa 1,3 ist, so wird der Film gelblich-braun; wenn das Verhältnis
etwa 1,3 bis 3 ist, so wird der Film in der Färbung golden oder braun; und wenn das Verhältnis höher als etwa 3 ist, so wird der
Film rötlich-braun. Ein einheitlicherer und dekorativer gefärbter anodischer Oxydfilm auf Druckspritzgußstücken aus Aluminium wird
erzielt, indem man Chrom und Mangan in den Mengen steuert, welche innerhalb des Bezirkes des in Fig. 1 gezeigten Fünfeckes DEFGH
liegen. Wenn man außerdem das Eisen und Silicium betrachtet, welches in der erfindungsgemäßen Legierung als Verunreinigung enthalten
ist, so ist es erforderlich, daß das Eisen unterhalb 0,2 Gew.-% und das Silicium unterhalb 0,1 Gew.-% liegt, weil diese
den Film grau-schwarz machen und die Färbung zugesetzter Legierungselemente verhindern.
Ferner kann die mechanische Festigkeit und Gießbarkeit der Druckspritzgußstücke aus Aluminiumlegierung verbessert werden,
indem man der Legierung mindestens eines der Metalle Kobalt und Zink hinzusetzt. Das Hinzusetzen von 0,005 bis 0,8 Gew.-%
Kobalt kann die Anlötung der Aluminiumlegierungsschmelze an Formen
für das Druckspritzgießen verbessern und das Heißreißen der Spritzgußstücke verhindern. Die Anlötung der allgemeinen Druckspritzgußstück-Aluminiumlegierungen
wird durch Hinzusetzen von 0,6 bis 1,0 Gew.% Eisen verhindert. Jedoch im Falle der erfin-
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dungsgemäßen Legierung, veranlaßt das Hinzusetzen von mehr als 0,2 Gew.-% Eisen den anodischen Oxydfilm, grau-schwarz zu werden.
Da das Austragen der Spritzgußstücke aus den Formen durch das Hinzusetzen von Kobalt leicht wird, wird es möglich, Produkte
mit komplizierterer Gestalt zu erhalten. Das Hinzusetzen von Kobalt bewirkt außerdem, daß die mechanische Festigkeit des
Produktes ohne eine nachteilige Auswirkung auf den gefärbten Film, gesteigert wird. Ferner bewirkt der Kobaltzusatz eine
Herabsetzung der Zeit der anodischen Behandlung und kann so den Arbeitswirkungsgrad verbessern. Wenn der Kobaltgehalt geringer
als 0,005 Gew.~% beträgt, so sind die Auswirkungen gering, und
wenn er 0,8 Gew.-% überschreitet, so wird der gefärbte Film gräulich, was nicht bevorzugt ist.
Zink besitzt eine Auswirkung auf die Steigerung der mechanischen Festigkeit der Gußstücke, ohne auf den Farbton des Oxydfilms
eine nachteilige Wirkung auszuüben. Beispielsweise beträgt die Brinellhärte der Aluminiumlegierung mit 0,5% Mn und 0,3% Cr
Hß27, doch wenn die Legierung 5% Zink enthält, so wird die
Brinellhärte der Legierung Hß 31. Wie oben erwähnt, kann mit der
Steigerung der mechanischen Festigkeit der Spritzgußs tücklegierur.g, die Verhütung einer Deformierung der Spritzgußstücke bei ihrem
Ablösen aus den Formen und bei ihrem Handhaben erwartet werden. Wenn der Zinkgehalt weniger als 0,1 Gew.-% beträgt, erreicht man
keine derartige Wirkung, und wenn er 5,0 Gew.-% überschreitet, so erscheinen im anodischen Oxydfilm unregelmäßige Muster des
Metallflusses, der Adern und der Kaltschweißstellen.
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Natürlich kann man auch entsprechende Auswirkungen von Kobalt und Zink durch Hinzusetzen von Kobalt und Zink in den oben erwähnten
Bereichen erwarten.
Die ärfindungsgemäße Legierung kann nach der üblichen Methode
des Druckspritzgießens spritzgegossen werden. Ein erzieltes Aufrauhen der Oberfläche der Spritzgußstücke, kann nach den allgemein
bekannten Methoden zweckmäßig bewirkt werden. Die Auswahl der Schleifmittel für die Strahlblasbehandlung, der Behandlungszeit usw. kann je nach dem gewünschten Oberflächenzustand des
Produktes optimal bestimmt werden. Die chemische Glänzbehandlung ist eine wesentliche Behandlung und diese kann durch allgemein
bekannte Methoden bewirkt werden. Der anodische Oxydfilm der Spritzgußstücke, welche solch einer Behandlung nicht unterworfen
wurden, besitzt eine grau-schwarze Färbung und der gewünschte Film mit hellem, einheitlich goldenen, gelblich-braunen, braunen
und rötlich-braunen Farbton, kann nicht erzielt werden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Spritzgußstücke sind
ausgezeichnet hinsichtlich Witterungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit und sie können für Baumaterialien, Ornamente usw.
erfolgreich verwendet werden. Sogar solche Produkte, welche komplizierten, dreidimenionalen Aufbau besitzen, können nach der
Spritzgußmethode mit geringen Kosten als Massenprodukte hergestellt werden. Daher kann erwartet werden, daß die Produkte für Baustofftafeln,
Häuser, Möbelausstattungen, Gebrauchsgegenstände, Fahrzeuge usw. in hohem Maße benutzt werden.
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In Fig. 1 zeigt der Bezirk des Rechtecks ABCD die Zusammensetzungsbereiche
an Chrom und Mangan in der erfindungsgemäßen Legierung und der Bezirk des Fünfecks DEFGII zeigt die optimalen
Zusammensetzungsbereiche von Chrom und Mangan in der erfindungsgemäßen Legierung.
Fig. 2a ist eine fotografische Aufnahme, welche eine spritzgegossene
Tafel der Legierung ASTM CIl1IA zeigt und welche erhalten
wurde, indem man das Spritzgußprodukt dem Strahlblasen mit Aluminiumpartikeln, dem chemischen Polieren und der anodischen Behänd·
lung in einem Bad mit 15% H2SO1 unterwarf. Fig. 2b ist eine
fotografische Aufnahme, welche eine spritzgegossene Tafel einer Aluminiumlegierung mit 1,9% Mn und 1,2% Cr zeigt und welche erhalten
wurde, indem man das spritzgegossene Produkt dem Strahlblasen mit Aluminiumpartikeln, dem chemischen Polieren und der anodischen
Behandlung in einem Bad mit 15% ILSO1 unterwarf. Fig. 2c ist
eine fotografische Aufnahme, welche eine spritzgegossene Tafel einer Aluminiumlegierung mit 0,5% Mn und 0,3% Cr zeigt und welche
erhalten wurde, indem man das spritzgegossene Produkt dem Strahlblasen mit Aluminiumpartikeln, dem chemischen Polieren und der
anodischen Behandlung in einem Bad mit 15% H^SO^ gemäß der Erfindung
unterwarf.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, doch ist nicht beabsichtigt, mit diesen über den Rahmen der
Erfindung etwas auszusagen,
OWGlNAU
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Es wird ein Spritzgußprodukt erzeugt durch Spritzgießerv einer
Aluminiumlegierung aus 0,3 Gew.-% Chrom, 0,5 Gew.-% Mangan, 0,12
Gew.-% Eisen, 0,07 Gew,-% Silicium, Rest Aluminium. Dieses Produkt
unterwirft man der Blasbehandlung mit Sand, wodurch die Oberfläche
vollständig aventurinartig wird. Das so behandelte Produkt .
taucht man in eine chemische Polierlösung aus 70 Gew.-% Phosphorsäure, 3 Gew.-% Salpetersäure, Rest Wasser, bei einer Temperatur
von 95°C für 90 Sekunden ein und danach spült man mit Wasser. Dann unterwirft man das Produkt 30 Minuten der anodischen Behandlung
in einer 10%-igen wäßrigen Schwefelsäurelösung bei 20 C mit
ο
einer Stromdxchte von 2 A/dm , wobei man einen einheitlich golden gefärbten Film auf der Oberfläche des Spritzgußproduktes erhält, welcher frei von unregelmäßigen Mustern des Metallflusses, der Adern und Kaltschweißstellen ist. Das so erhaltene Spritzgußprodukt besitzt eine Brinellhärte von IL· 27.
einer Stromdxchte von 2 A/dm , wobei man einen einheitlich golden gefärbten Film auf der Oberfläche des Spritzgußproduktes erhält, welcher frei von unregelmäßigen Mustern des Metallflusses, der Adern und Kaltschweißstellen ist. Das so erhaltene Spritzgußprodukt besitzt eine Brinellhärte von IL· 27.
Es wird ein Spritzgußprodukt erzeugt durch das Spritzgießen einer Aluminiumlegierung aus 0,2 Gew.-% Chrom, 2,1 Gew.-% Mangan,
0,m Gew.-% Eisen, 0,06 Gew.-% Silicium, Rest Aluminium. Dieses
Produkt unterwirft man der Strahlblasbehandlung mit Aluminiumpartikeln, wobei die Oberfläche des Produktes vollständig aventurinartig
wird. Das so behandelte Produkt unterwirft man dem elektrischen Polieren und dann einer 40 Minuten dauernden anodischen
Behandlung in einer 15%-igen wäßrigen Schwefelsäurelösung
bei 200C mit einer Stromdichte von 2,0 A/dm2* Es bildet eich
2 0 9 8 3 8/1164 0R|G)NAL
- li -
auf dem Spritzgußprodukt ein einheitlicher, rötlich-brauner
anodischer Oxydfilm, welcher frei von unregelmäßigen Mustern des Metallflusses, der Adern und der Kaltschweißstellen ist.
Die folgende Tabelle I zeigt die Ausführungsbeispiele von Methoden, welche den Methoden der Beispiele 1 und 2, ähnlich sind.
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Beispiel fJr> |
Cr | Zusammensetzung der Legierung (Gew.-%) |
Mn | Co | Zn | Fe | Si | Al | Brinellhärte |
0,7 | 0,3 | - | - | 0,13 | 0,07 | Rest |
der Spritz-
gußstflcke(HB |
||
3 | 1,1 | 0,7 | - | - | 0,09 | 0,07 | Il | - | |
0,3 | 0,5 | 0,5 | - | 0,11 | 0,08 | Il | - | ||
5 | 0,5 | 0,9 | 0,8 | - | 0,10 | 0,10 | Il | 35 | |
6 | 0,2 | 1,9 | 0,6 | - | 0,10 | 0,05 | Il | - | |
7 | 0,3 | 0,5 | - | 5,0 | 0,12 | 0,07 | Il | - | |
θ | 0,9 | 1,1 | - | 3,0 | 0,10 | 0,05 | Il | 31 | |
9 | 0.7 | 1,2 | 0,3 | 2,0 | 0,11 | 0,08 | Il | - | |
10 | 0,2 | 2,0 | 0,3 | 1,0 | 0,09 | 0,07 | Il | - | |
11 | 0,2 | 0,6 | ' 0,5 | 2,0 | 0,10 | 0,06 | •I | - | |
12 | 0,6 | 0,3 | 0,5 | - | 0,10 | 0,08 | η | 38 | |
13 | - | ||||||||
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Tabelle I (Fortsetzung)
I Vorbehandlung |
Glänzen | Anodische Behandlung | Strom dichte (A/dm2) |
Elektro lysezeit (Min) |
Farbton | Film dicke (μ) |
Aufrauhen | chemi sches Polierer |
Elek tro lyt |
2,0 | 30 | des anodischen Oxydfilms |
20 |
Flüssig schleifen |
Il | 15% H2SO^ |
1,0 | 30 | gelblich braun |
10 |
Strahl blasen mit Aluminium partikeln |
Il | Il | 2,0 | 20 | Il | 13 |
Stahl strahl blasen |
Il | 10% H2SO, |
1,5 | 30 | golden | 15 |
Il | Il | It | 2,0 | 40 | It | 27 |
Strahl blasen -mit Aluminium partikeln |
ti | 15% H2SO4 |
2,0 | 30 | rötlich braun |
20 |
Sand strahl blasen |
Elektro polieren |
Il | 3,0 | 10 | golden | 9 |
Strahl blasen mit Aluminium partikeln |
chemi sches Polieren |
It | 2,0 | 15 | gelblich braun |
10 |
Stahl strahl blasen |
It Il |
ti | 2,0 2,0 |
20 | braun | 28 14 |
ti Strahl blasen* mit Aluminium partikeln |
"chemische" Behand lung zur Erzielung einer aventurinar- tigen Oberfläche |
It Il |
2,0 | 15 | rötlich braun golden |
10 |
Il | gelblich braun |
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Die in den obigen Beispielen erhaltenen anodischen Oxydfilme sind sämtlich gefärbte Filme, welche von unregelmäßigen Metallfluß-,
Ader- und Kaltschweißstellenmustern frei sind.
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Claims (10)
- - 15 Patentansprüche/IJ Verfahren zur Herstellung eines zusammenhängend gefärbten Filmes auf Druckspritzgußstücken aus Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche von Aluminium-Druckspritzgußstücken einer Aluminiumlegierung der Aufrauhbehandlung und Glänzbehandlung unterwirft, wobei die Aluminiumlegierung aus den folgenden Bestandteilen besteht bzw. diese enthält: 0,1 bis 1,3 Gew.-% Chrom, 0,2 bis 3,4 Gew.-% Mangan, wobei Chrom und Mangan in Mengen innerhalb des Bezirkes des in Fig. 1 gezeigten Rechteckes ABCD anwesend sind, bis zu 0,3 Gew.-% Verunreinigungen, Rest Aluminium; und daß man danach das so behandelte Produkt zwecks Bildung eines zusammenhängenden anodischen Oxydfilmes mit goldener, gelblich-brauner, brauner und rötlich-brauner Färbung der anodischen Behandlung unterwirft.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Legierung verwendet, in welcher die Chrom- und Mangangehalte innerhalb des Bezirkes des in Fig. 1 gezeigten Fünfeckes DEFGH liegen.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Aluminiumlegierung verwendet, welche zusätzlich 0,005 bis 0,8 Gew.-% Kobalt oder 0,1 bis 5,0 Gew.-% Zink oder beides enthält.209838/ 1164
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß man eine Aluminiumlegierung verwendet, in welcher der Gehalt an Eisen bzw. Silicium unterhalb 0,2 Gew.-% bzw. unterhalb 0,1 Gew.-% liegt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die anodische Behandlung in einem wäßrigen Elektrolyten durchführt, welcher 5 bis 20 Gew.-% Schwefelsäure enthält.
- 6. Gefärbter anodischer Oxydfilm auf Spritzgußstücken aus AIuminiümlegieruig, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Anspruch 1 hergestellt ist.
- 7. Gefärbter anodischer Oxydfilm auf Spritzgußstücken aus Aluminiumlegierung ,dadurch gekennzeichnet, daß er nach Anspruch 2 hergestellt ist.
- 8. Gefärbter anodischer Oxydfilm auf Spritzgußstücken aus Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Anspruch 3 hergestellt ist.
- 9. Gefärbter anodischer Oxydfilm auf Spritzgußstücken aus AIuminiumlegieruTg, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Anspruch 4 hergestellt ist.
- 10. Gefärbter anodischer Oxydfilm auf Spritzgußstücken aus Aluminiumlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Anspruch 5 hergestellt ist.209838/1164Leerseite
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