PROCESS FOR THE HARD ANODIZING OF ALUMINIUM CAST PARTS PRODUCED BY VACUUM CASTING

Abstract: 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 degrees C for a period of 3 to 20 minutes.

Description: Verfahren zur Hart-Anodisation von im Vakuumdruckguss hergestellten Aluminium-Gussteilen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hart-Anodisation von im Vakuumdruckguss hergestellten Aluminium-Gussteilen mit einem Silizium-Gehalt von mehr als 5 %, einem Strontium Gehalt von 0,005 - 0,08 % und/oder einem Natriumgehalt von 0,003 - 0,02 %. Aus der Zeitschrift "GieBerei", 1982, Heft 19, Seite 521 ff., ist es bekannt, vergütbare Aluminiumgussstücke durch Vakuumdruckgiessen herzustellen. Die dabei verwendeten AlSi-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 Gefüge auf lockung sowie Rissbildung überstanden wurde. Nach dieser Veröffentlichung ist es Ziel der Wärmebehandlung, eine möglichst hohe Fe53;tigkeit zu erreichen. Dies erfolgt erst bei längeren Glühzeiten und entsprechend hohen Temperaturen von etwa 500 OC. 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). 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 Beansnruchung ein geringerer Verschleisswiderstand, da auch bei hoher Schichthärte die Verschleissfestigkeit von den Schwachstellen der Oxidschicht her begrenzt ist. Insbesondere Druckgusslegierungen wie GD-AlSi12, GD-AlSi12(Cu) und GD-AlSi9Cti3 lassen sich nur mit Hilfe von Sonderverfahren hartanodisieren (Aluminium-Taschenbuch, 14. Auflage 1983, S. 725; R. Nissen "Verschleissfeste Oberflächenschichten auf Alu E Lum liartanodisation- ", Metalloberfläche 36, (1982) 4, Seite 148-149; "Korrosions- und Verschleissschutz für Alumi nium-Druckgusslegierungen", Firmeninformation AHC Rerpen, Metall 37 (1983) 4, Seite 304). Lediglich bei der Druckgusslegierung GD-AlMg9 ist nach dem bisherigen Stand der Technik eine Hartanodisation nach dem Gleichstrom-Schwefelsäureverfahren (GS-Verfahren) bzw. dem Gleichstrom-Schwefelsäure-Oxalsäureverfahren (GSX-Verfahren) bei niedriger Temperatur (O - 5 OC) möglich. Si-haltige Druckgusslegierungen 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-Plitteilungen (1973) 10, Seiten 174k182) sowie Pulsanodisation (DE OS 32 44 217). Andererseits lassen sich insbesondere kompliziert geformte Druckgussteile nur giessen, wenn Legierungen mit höheren Si-Gehalten verwendet werden. 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, qeicmässig ausgebildete Hartoxidschicht herzustellen. Erfindungsgemäss wird dies durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale ermöglicht. 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. 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. Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Aluminlum-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 OC. Die erfindungsgemäss angewandten Temperaturen ermöglichen nun bei einer speziellen Wärmebehandlung der Guss stücke unter Zusatz von Natrium, Strontium, ggf. von Antimon, Calcium, Barium unifoder Lanthan zur Legierung, dass eine Hartanodisationsschicht auf den Gussteiloberflächen mit sehr gleichmässigem Schichtaufbau erzeugt werden kann. Bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird während der Glühbehandlung des Gussteils eine Einformung der Silizium-Partikel und eine homogenere Verteilung bewirkt. 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. Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Esfünrunos- beispiele näher erläutert. Beispiel 1 Ein Gussteil aus GD-AlSi10Mg (10 % Si, 0,3 E 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/dmê 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 theoretisch mögliche Schichtdicke ("Aluminium" 41 (1965) 7, Seiten 417-422) von 46 /um wurde nicht erreicht, Im Querschliff wurde eine Schichtdicke von 30 /um mit Einzelwerten bis herunter zu 20 /um ermessen. Eine E7vlra 1 robe wurde nach dem Giessen 15 min W 1 1 µ 2 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/um 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. 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 gewählte Das Ergebnis dieser Versuche für die beschriebenen Proben ist in Fig. 1 -dargestellt. Während die Oxidschicht der ersten Probe (unbehandelt) nach 2000 Doppelschüben um 16Zum abgenommen hatte, betrug der Abtrag bei der zweiten Probe (wärme- behandelt) nur 6 um 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 Ein Gussteil aus GD-AlSi12Cu (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-AlMg9 (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/dmê , wobei theoretisch eine Oxidschichtdicke von 120/um 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. Die Messergebnisse waren wie folgt: EMI6.1 <tb> Legierung <SEP> Zustand <SEP> Schichtdicke <SEP> Bemerkungen <tb> <SEP> m <tb> <SEP> GD <SEP> GuB <SEP> <SEP> unbehandelt <tb> <SEP> sehr <SEP> unter <tb> <SEP> schiedlich <tb> <SEP> 15 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 4800C <SEP> 95 <SEP> - <SEP> 115 <SEP> Schichtdicke <tb> <SEP> geglüht, <SEP> abge- <SEP> gleichmässig <tb> <SEP> schreckt <tb> <SEP> 15 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 480 C <SEP> 100 <SEP> - <SEP> 120 <SEP> Schichtdicke <tb> <SEP> geglüht, <SEP> abge- <SEP> gleichmässig <tb> <SEP> schreckt <SEP> u. <SEP> 2 <SEP> h <SEP> bei <tb> <SEP> 150 <SEP> C <SEP> ausgelagert <tb> GD-AlMg9 <SEP> Guss <SEP> unbehandelt <SEP> 110 <SEP> - <SEP> 115 <SEP> Schichtdicke <tb> <SEP> gleichmässig <tb> <SEP> 15 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 4800C <SEP> 95 <SEP> - <SEP> 100 <tb> <SEP> geglüht, <SEP> abge <tb> <SEP> schreckt <tb> <SEP> 15 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 4800C <SEP> 105 <SEP> - <SEP> 115 <tb> <SEP> geglüht, <SEP> abge <tb> <SEP> schreckt <SEP> u. <SEP> 2 <SEP> h <SEP> bei <tb> <SEP> 150 <SEP> C <SEP> ausgelagert <tb> Wie die Aufstellung zeigt, waren die Schwankungen der Oxidschichtdicke bei GD-AlSi12Cu im Zustand "Guss unbehandelt" sehr gross, während bei Anwendung des erfindungsgnässen Verfahrens (veredelte Schmelze u. WÅarmebehandlung des Gussteiles) eine für DruckguBlegierungen bei der anodischen Oxidation- sehr gleich.aBige Schichtdicke erzielt wurde. Bei der bekannt gNt anodisierbaren Legierung GD-AlMg9 waren hingegen unabhängig van den.inderselben Weise durchgeführten Wärmebehandlungen - die Schichtdicken annähernd gleich. Auf Grund dieses Befunds war das andersartige Verhalten der Druckgusslegierung GD-AlSi12Cu nicht zu erwarten. Das Abriebverhalten der anodisierten Proben wurde in derselben Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, geprüft. Hierbei ergaben sich die folgenden Abriebfestigkeiten: EMI7.1 <tb> Legierung <SEP> Zustand <SEP> Doppelschübe/m <SEP> <tb> GD-AlSi12Cu <SEP> Guss <SEP> unbehandelt <SEP> 120 <tb> <SEP> 15 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 4800C <SEP> ge- <SEP> 230 <tb> <SEP> glüht, <SEP> abgeschreckt <tb> <SEP> u. <SEP> 2 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 150 C <SEP> <tb> <SEP> ausgelagert <tb> GD-AlMg9 <SEP> Guss <SEP> unbehandelt <SEP> ¯ <SEP> 260 <tb> <SEP> 15 <SEP> min <SEP> bei <SEP> 480"C <SEP> ge- <SEP> 260 <tb> <SEP> glüht, <SEP> abgeschreckt <tb> <SEP> u. <SEP> 2 <SEP> h <SEP> bei <SEP> 1500C <tb> <SEP> ausgelagert <tb> Die anodisierten Proben aus GD-AlSi12Cu zeigten eine erhebliche Verbesserung der Abriebfestigkeit bei Anwendung der aufgeführten Wärmebehandlung vor der anodischen Oxidation, während dieselbe Wärmebehandlung bei GD-AlMg9 sich auf die Abriebfestigkeit nicht auswirkte.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Hart-Anodisation von im Vakuumdruckguss hergestellten Aluminium-Gussteilen mit einem Silizium Gehalt von mehr als 5 %, einem Strontium-Gehalt von 0,005 - 0,08 % und/oder einem Natriumgehalt von 0,003 0,02 %, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile vor der Anodisation nach dem GS- oder GSX-Verfahren einer Glühung bei Temperaturen von mindestens 400 OC für die Dauer von 3 - 20 Minuten unterzogen werden. 2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vergossene Schmelze 0,001 - 0,1 % Antimon, Calzium, Barium undioder Lanthan enthält. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass das Aluminiumgussteil zusätzlich 1 - 5 % Kupfer aufweist. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass \der Silizium-Gehalt 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 vor 0 - 15 OC durchgeführt wird.

Inventors: MEIER, HANS-JOACHIM, SPRIESTERSBACH, JOCHEN, DR.
Applicants: VEREINIGTE ALUMINIUM-WERKE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1985
Main classification: C25D11
IPC codes: C25D11, C22F1