Aluminiumdruckgussteil mit einer Aluminiumoxid-Konversionsschicht und Verfahren zu seiner Herstellung

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.

Beschreibung

[0001] Es ist bekannt, Anodisierschichten auf Aluminiumlegierungen - wie auch auf Aluminiumdruckguß - zu erzeugen (siehe dazu Wernick, Pinner, Zurbrügg, Weiner

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).

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] Als Aluminiumdruckguß eignen sich alle technisch relevanten Metallegierungen wie GD-AlSi9Cu3, GD-AlSi12, GD-AlMg3Si, GD-AlSi10Mg, GD-AlMg9.

[0007] 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.

[0008] Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel dargestellt werden.

Beispiel

[0009] 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.

[0010] 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

[0011] Sowohl die Korrosionsstandzeit als auch die Durchschlagfestigkeit und Härte haben sich im Vergleich zur direkten Druckgußanodisation wesentlich erhöht.

[0012] 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.

Ansprüche

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.