Verfahren zur Hartanodisation von im Vakuumdruckguss hergestellten Aluminium-Gussteilen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hartanodisation von im Vakuumdruckguß hergestellten Aluminium-Gußteilen mit einem Siliziumgehalt von mehr als 5 % sowie einem Strontiumgehalt von 0,005 bis 0,08 % und/oder einem Natriumgehalt von 0,003 bis 0,2 %.

[0001] Aus DE-B-1 191 116 ist ein Verfahren zur Erzielung einer gleichmäßigen Graufärbung an aushärtbaren Aluminiumlegierungen bekannt, bei dem eine Silizium/Aluminiumlegierung mit einem Siliziumgehalt von 4 bis 13 % und einem Natriumgehalt von 0,02 bis 0,07 % einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von mehr als 400 °C unterworfen wird. Diese an einem Knethalbzeug durchgeführten Maßnahmen führen zu einem dichten Gefüge mit geringer Porosität, das bei geeigneter Glühbehandlung eine gleichmäßige Graufärbung bei der Oxidschichtdicke nach der Anodisation von 6 bis 30 11m aufweist.

[0002] Aus GB-A-1 121 677 ist eine Wärmebehandlung von Knethalbzeug bekannt, das aus einem Barren durch Schmieden, Pressen, Warm-oder Kaltwalzen, Tiefziehen, Drahtziehen oder Extrusion hergestellt wurde. Der Legierung können Natrium, Antimon und Schwefel zur Erzielung einer dunklen bis schwarzen Farbe bei der dekorativen Anodisation des Halbzeugs zugesetzt werden.

[0003] Aus der Zeitschrift "Gießerei", 1982, Heft 19, Seite 521 ff., ist es bekannt, vergütbare Aluminiumgußstücke durch Vakuumdruckgießen herzustellen. Die dabei verwendeten AISi-Legierungen können auch aushärtende Zusatzelemente, wie Cu, Zn, Mg aufweisen. Durch die dort beschriebenen Maßnahmen wird erreicht, daß die Gasporosität der hergestellten Druckgußteile so gering ist, daß eine nachfolgende Lösungsglühbehandlung und Warmauslagerung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Gußstücke durchgeführt werden kann. In allen Fällen konnte festgestellt werden, daß die Wärmebehandlung ohne innere und äußere Blasenbildung und Gefügeauflockung sowie Rißbildung überstanden wurde.

[0004] Nach dieser Veröffentlichung ist es Ziel der Wärmebehandlung, eine möglichst hohe Festigkeit zu erreichen. Dies erfolgt erst bei längeren Glühzeiten und entsprechend hohen Temperaturen von etwa 500°C.

[0005] Aus der Zeitschrift "Aluminium 1978, Seite 396 ff., ist die Erzeugung und Anwendung von Hartoxidschichten an Konstruktionselementen aus Aluminium bekannt. Danach muß bei Legierungen mit hohem Anteil an Silizium oder Kupfer mit größeren Schwankungsbreiten der Schichtdickentoleranz gerechnet werden (Bild 2, Seite 397).

[0006] Zwar lassen sich dabei Schichtdicken bis zu 100/um erzeugen, die Schichten weisen aber selbst an mechanisch vorbearbeiteten Flächen ein ungleichmäßiges Schichtwachstum auf (Bild 2, S. 397 der Veröffentlichung "Aluminium" 1978, S. 396 ff.). Hierdurch ergibt sich bei mechanischer Beanspruchung ein geringerer Verschleißwiderstand, da auch bei hoher Schichthärte die Verschleißfestigkeit von den Schwachstellen der Oxidschicht her begrenzt ist.

[0007] Insbesondere Druckgußlegierungen wie GD-AISi12, GD-AISi12(Cu) und GD-AISi9Cu3 lassen sich nur mit Hilfe von Sonderverfahren hartanodisieren (Aluminium-Taschenbuch, 14. Auflage 1983, S. 725; R. Nissen "Verschleißfeste Oberflächenschichten auf Aluminium -Hartanodisation-", Metalloberfläche 36, (1982) 4, Seite 148 - 149; "Korrosions- und Verschleißschutz für Aluminium-Druckgußlegierungen", Firmeninformation AHC Kerpen, Metall 37 (1983) 4, Seite 304).

[0008] Lediglich bei der Druckgußlegierung GD-AIMg9 ist nach dem bisherigen Stand der Technik eine Hartanodisation nach dem Gleichstrom-Schwefelsäureverfahren (GS-Verfahren) bzw. dem Gleichstrom-Schwefetsäure-Oxalsäureverfahren (GSX-Verfahren) bei niedriger Temperatur (0 - 5 °C) möglich. Si-haltige Druckgußleglerungen erfordern beim Hartanodisieren hingegen die Anwendung von aufwendigen Sonderverfahren mit bestimmten Elektrolytmischungen bzw. Stromformen wie Gleichstrom mit überlagertem Wechselstrom (H. Winterhager, R. Nissen "Hartanodisation mit Wechselstromüberlagerung" DFBO-Mitteilungen (1973) 10, Seiten 174 - 182) sowie Pulsanodisation (DE-OS-3 244 217). Andererseits lassen sich insbesondere kompliziert geformte Druckgußteile nur gießen, wenn Legierungen mit höheren Si-Gehalten verwendet werden.

[0009] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von gut anodisierbaren Druckgußteilen mit Si-Gehalten über 5 %, ggf. unter Zusatz von 1 - 5 % Cu, hergestellt durch Vakuumdruckgießen, anzugeben. das es ermöglicht, auf Gußstücken aus diesen Legierungen besonders wirtschaftlich nach dem GS- bzw. GSX-Verfahren eine verschleißfeste, gleichmäßig ausgebildete Hartoxidschicht herzustellen.

[0010] Erfindungsgemäß wird dies durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht.

[0011] Die Erfindung ermöglicht nun bei einer speziellen Wärmebehandlung der Gußstücke unter Zusatz von Natrium. Strontium, ggf. von Antimon, Calzium, Barium und Lanthan zur Legierung eine Anodisationsschicht auf dem Gußteil mit gleichmäßigem Schichtaufbau.

[0012] Die Zugabe von weiteren Legierungsbestandteilen, wie Antimon, Calzium, Barium und/oder Lanthan sorgt für ein besonders glattes, dichtes Gefüge im Druckgußteil. Es sind keine Lunker oder Poren an der Gußoberfläche zu erkennen.

[0013] Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Aluminium-Gußteil zusätzlich 1 - 5 % Kupfer aufweist. Dann bildet sich eine gleichmäßige Hartoxidschicht mit hoher Schichtdicke aus. Bei einem Si-Gehalt zwischen 8 und 14 % hat es sich gezeigt, daß die Oberflächenschicht nach der Hartanodisation besonders verschleißfest ist. Die in den Unteransprüchen 3 - 5 angegebenen Zusatzelemente entfalten ihre Wirkung besonders günstig bei Glühtemperaturen zwischen 430 und 480°C.

[0014] Die erfindungsgemäß angewandten Temperaturen ermöglichen nun bei einer speziellen Wärmebehandlung der Gußstücke unter Zusatz von Natrium, Strontium, ggf. von Antimon, Calcium, Barium und/oder Lanthan zur Legierung, daß eine Hartanodisationsschicht auf den Gußteiloberflächen mit sehr gleichmäßigem Schichtaufbau erzeugt werden kann.

[0015] Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Glühbehandlung des Gußteils eine Einformung der Silizium-Partikel und eine homogenere Verteilung bewirkt.

[0016] Bei der Hartanodisation hat dies zur Folge, daß im Unterschied zu nicht geglühten Gußteilen die relativen Unterschiede der Oxidschichtdicken gering sind. Zudem steigt die Anodisationsspannung beim Hartanodisieren langsamer an, weshalb weniger Wärme erzeugt wird. Daraus folgt eine geringere chemische Rücklösung der Oxidschicht und damit eine größere Härte und höhere Verschleißfestigkeit. Auch das Aussehen der Oxidschicht wird dadurch einheitlicher.

[0017] Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

[0018] Ein Gußteil aus GD-AlSi10Mg (10 % Si, 0,3 % Fe, 0,25 % Mg) mit einem Sr-Zusatz von 0,02 %, hergestellt im Vakuumdruckgießverfahren, wurde nach Abdrehen der Oberfläche entfettet, kurz gebeizt und nach dem GSX-Verfahren mit einer Stromdichte von 2 A/dm während 70 min bei 10°C anodisiert. Hierbei trat an der Oberfläche des Gußteils eine deutliche Gasbildung auf. Die bei dem Stromdurchgang von 140 A min/dm² (8400 C/dm²) theoretisch mögliche Schichtdicke ("Aluminium" 41 (1965) 7, Seiten 417 - 422) von 46 µm wurde nicht erreicht. Im Querschliff wurde eine Schichtdicke von 30 µm mit Einzelwerten bis herunter zu 20 µm gemessen.

[0019] Eine Parallelprobe wurde nach dem Gießen 15 min bei 180°C geglüht, in Wasser abgeschreckt und 2 Stunden bei 150°C warm ausgelagert. Bei Anwendung derselben Anodisationsbedingungen wurde an der Oberfläche dieses Teils nur eine schwache Gasbildung beobachtet. Dabei konnte eine wesentlich dickere Oxidschicht von 40 - 45 pm entsprechend der theoretisch möglichen Schichtdicke ("Aluminium" 41 (1965) 7, Seiten 417 - 422) erzeugt werden. Die relative Schichtdickenschwankung war geringer als bei dem nicht wärmebehandelten Gußteil.

[0020] Zusätzlich wurde das Abriebverhalten der beiden Proben mit Hilfe des Abriebgeräts "Typ 317 neu" von der Firma Erichsen untersucht ("Aluminium" 54 (1978) 8, Seiten 510 - 514). Hierbei wird die Oberfläche der Oxidschicht mit Hilfe eines mit Schmirgelpapier belegten Reibrades, das auf einer Fläche von 12 x 30 mm hin- und herbewegt wird, abgerieben. Die Schichtdikkenabnahme wird in Abhängigkeit von der Anzahl der Hin- und Herbewegungen ("Doppelschübe") bestimmt. Als Anpreßdruck werden 4 N gewählt. Das Ergebnis dieser Versuche für die beschriebenen Proben ist in Fig. 1 dargestellt. Während die Oxidschicht der ersten Probe (unbehandelt) nach 2000 Doppelschüben um 16 µm abgenommen hatte, betrug der Abtrag bei der zweiten Probe (wärmebehandelt) nur 6 µm. Außerdem war die Schichtdickenabnahme im oberflächennahen Bereich (bis zu 800 Doppelschüben) bei der unbehandelten Probe wesentlich höher; d.h., die äußere Oberfläche der Oxidschicht, die in der Praxis zuerst beansprucht wird, war relativ weich.

Beispiel 2

[0021] Ein Gußteil aus GD-AISi12Cu (11 % Si, 0,9 % Fe, 1 % Cu, 0,4 % Mg), veredelt mit 0,01 % Na, wurde im Vergleich zu einem Gußteil derselben Art aus GD-AIMg9 (8,4 % Mg, 1,1 % Si, 0,6 % Fe) untersucht. Die Wärmebehandlung wurde gemäß der folgenden Tabelle durchgeführt. Anodisiert wurde 120 min nach dem GSX-Verfahren mit einer Stromdichte von 3 A/dm², wobei theoretisch eine Oxidschichtdicke von 120 µm zu erwarten war. An ebenen, vor der anodischen Oxidation mechanisch bearbeiteten Oberflächen wurde mit Hilfe des nach dem Wirbelstromverfahren arbeitenden Meßgeräts "Permascope" (DIN 50 984) die Schichtdicke gemessen.

[0022] Die Meßergebnisse waren wie folgt:

Wie die Aufstellung zeigt. waren die Schwankungen der Oxidschichtdicke bei GD-AISi12Cu im Zustand "Guß unbehandelt" sehr groß. während bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens (veredelte Schmelze u. Wärmebehandlung des Gußteiles) eine für Druckgußleglerungen bei der anodischen Oxidation sehr gleichmäßige Schichtdicke erzielt wurde. Bei der bekannt gut anodisierbaren Legierung GD-AIMg9 waren hingegen unabhängig von den inderselben Weise durchgeführten Wärmebehandlungen - die Schichtdicken annähernd gleich. Auf Grund dieses Befunds war das andersartige Verhalten der Druckgußlegierung GD-AlSi12Cu nicht zu erwarten.

[0023] Das Abriebverhalten der anodisierten Proben wurde in derselben Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, geprüft.

[0024] Hierbei ergaben sich die folgenden Abriebfestigkeiten:

Die anodisierten Proben aus GD-AISi12Cu zeigten eine erhebliche Verbesserung der Abriebfestigkeit bei Anwendung der aufgeführten Wärmebehandlung vor der anodischen Oxidation, während dieselbe Wärmebehandlung bei GD-AIMg9 sich auf die Abriebfestigkeit nicht auswirkte.

Ansprüche

1. Verfahren zur Hartanodisation von im Vakuumdruckguß hergestellten Aluminium-Gußteilen mit einem Siliziumgehalt von mehr als 5 % sowie einem Strontiumgehalt von 0,005 bis 0,08 % und/oder einem Natriumgehalt von 0.003 bis 0,2 %, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußteile vor der Anodisation, die nach dem Gleichstromschwefelsäure- oder Gleichstromschwefelsäureoxalsäure-Verfahren durchgeführt wird, einer Glühung bei Temperaturen von 400 bis 480°C für die Dauer von 3 bis 20 Minuten unterzogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vergossene Schmelze zusätzlich mindestens eines der folgenden Elemente enthält: Antimon, Calzium, Barium, Lanthan, wobei die Gesamtmenge der zugesetzten Elemente 0,001 bis 0,1 % beträgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumgußteil zusätzlich 1 - 5 % Kupfer aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt zwischen 8 und 14 % liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühtemperatur zwischen 430 und 480°C liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartanodisation bei Temperaturen von 0 bis 15°C durchgeführt wird.

Claims

1. Process for hard anodizing of cast aluminium parts produced in the vacuum die-casting process, with a silicon content of more than 5 % as well as a strontium content of 0.005 to 0.08 % and/or a sodium content of 0.003 to 0.2 %, characterized in that the castings are subjected before the anodizing, which is carried out by the direct current sulphuric acid or direct current sulphuric acid oxalic acid process, to an annealing at temperatures of 400 to 480°C for a period of 3 to 20 minutes.

2. Process according to claim 1, characterized in that the cast melt additionally contains at least one of the following elements: antimony, calcium, barium, lanthanum, the total amount of the added elements being 0.001 to 0.1 %.

3. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminium casting additionally contains 1-5 % copper.

4. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the silicon content is between 8 and 14 %.

5. Process according to claim 1, characterized in that the annealing temperature is between 430 and 480°C.

6. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the hard anodizing is carried out at temperatures of 0 to 15°C.

Revendications

1. Procédé d'anodisation dure de pièces de fonderie réalisées en aluminium avec une teneur en silicium de plus de 5 % ainsi qu'une teneur en strontium de 0,005 à 0,08 % et/ou une teneur en sodium de 0,003 à 0,2 %, caractérisé en ce que les pièces de fonderie sont soumises à une mise en solution de 400 à 480°C pendant 3 à 20 minutes avant l'anodisation qui est réalisée selon le procédé à courant coutinu à l'acide sulfurique ou le procédé à courant continu à l'acide sulfurique et à l'acide oxalique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse fondue contient au moins l'un des éléments suivants: antimoine, calcium, baryum, lanthane, la teneur totale des éléments ajoutés étant comprise entre 0,001 et 0,1 %.

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce de fonderie d'aluminium comprend en plus 1 à 5 % de cuivre.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en silicium est comprise entre 8 et 14 %.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de mise en solution est comprise entre 430 et 480°C.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'anodisation dure est réalisée à des températures de 0 à 15°C.

Zeichnung