Eloxieren: Aluminiumzusammensetzung

Mikrostruktur von Aluminium

Merkmale der Mikrostruktur des Materials von Aluminiumprofilen - Aluminiumlegierungen - sind sehr oft der Grund für die Inhomogenität des Aussehens ihrer eloxierten Oberfläche. Die Gründe für eine solche Heterogenität der Mikrostruktur sind in der Regel keine technologischen Probleme. Eloxieren von Aluminium, und Verstöße gegen die Technologie zur Herstellung von Aluminiumprofilen - von der chemischen Zusammensetzung der Charge und dem Gießen von Barrensäulen bis zur Technologie der Wärmebehandlung beim Abschrecken in einer Presse und in einem künstlichen Alterungsofen.

IM Teile 1 der Einfluss der Technologie des Gießens von Barren-Säulen wurde berücksichtigt,
im Teile 2 – Einfluss der Profilpresstechnik, und auch Matrixkonstruktionen.

In diesem Teil - Teile 3 - der Einfluss von Legierungselementen und Verunreinigungen in der verwendeten Aluminiumlegierung auf die Qualität der eloxierten Profile wird berücksichtigt.

Temperaturbedingungen bei der Herstellung von Aluminiumprofilen

Die Temperaturbedingungen bei der Herstellung von eloxierten Aluminiumprofilen sind in der Abbildung schematisch dargestellt 1.

Bild 1 - Temperaturwechsel während der Produktion
eloxierte Aluminiumprofile [1]

Die überwiegende Mehrheit der Aluminiumprofile besteht aus Legierungen der Serie 6xxx, Legierungselemente davon sind Magnesium und Silizium (Abb 2).

Bild 2 - Basislegierungen zur Herstellung von Aluminiumprofilen

Um den Einfluss des Legierungselementgehalts besser zu kontrollieren, sowie der Gehalt an unerwünschten Verunreinigungen, Hydro Aluminium unterteilt gängige Legierungen, z.B, 6060, für schmalere Innenlegierungen, z.B, 606035 (Zeichnungen 3 und4).

Bild 3 - Interne Aluminiumlegierungen von Hydro Aluminium

Bild 4 – Legierungselementgehalt – Magnesium und Silizium –
in AD31-Legierungen, 6060, 6063 und 606035

Aluminiummikrostruktur und alkalisches Ätzen

Alkalisches Beizbad ist der wichtigste technologische Schritt, um die optischen Unterschiede zwischen verschiedenen Aluminiumprofilen zu erkennen. Diese Unterschiede entstehen durch Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung der Legierungen oder der Menge, Formen und Verteilungen intermetallischer Partikel, z.B, Mg₂Si oder AlFeSi.
Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung führen zu unterschiedlichen Partikelarten hinsichtlich ihres chemischen Potenzials, Diese Partikel können bezüglich der Aluminiumbasis der Legierung anodisch oder kathodisch sein.. Dadurch ergibt sich eine unterschiedliche Anfälligkeit der Oberfläche der Profile gegenüber alkalischem Ätzen.
Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber alkalischem Ätzen ergeben Unterschiede im Glanzgrad (oder Schleier) der Oberfläche nach alkalischem Ätzen und Eloxieren (Abbildung 4).

Bild 4 – Aluminiumoberfläche nach alkalischem Ätzen:
„matt“ (links) und „glänzend“ (rechts)

Einfluss von Legierungselementen und Verunreinigungen

Silizium. In AlFeSi- und Mg-Partikeln enthalten₂Und, die die Oberflächenmorphologie von Aluminium nach alkalischem Ätzen beeinflussen. Dieser Einfluss erfolgt durch die Partikelgröße, ihre Verteilung, Verhältnis der anodischen und kathodischen Eigenschaften von Einschlüssen.
Eisen. In AlFeSi-Partikeln enthalten. Niedriger Eisengehalt (weniger als 0,13 %) ergibt nach dem Eloxieren eine glänzende Oberfläche (bei einer Anodenschichtdicke von max 10 µm) (Abbildung 5) .
Kupfer. Kupferzusätze (0,12-0,15 %) ergeben nach dem Eloxieren eine glänzende Oberfläche (Abb 6). Um maximalen Glanz zu erzielen, muss der Eisengehalt reduziert werden.. Zu viel Kupfer ergibt nach dem Eloxieren ein mattes Finish (niedriger Glanz).
Mangan. Mangan-Additive beeinflussen die Umwandlung von Beta-AlFeSi-Partikeln in Alpha-AlFeSi-Partikel - von länglichen zu runden Formen. AlFeSi-Partikel beeinflussen die Kompressibilität der Legierung und ihr Verhalten beim alkalischen Ätzen.. Mangan beeinflusst die Größe und Verteilung von Mg-Partikeln₂Und. Außerdem, Mangan hemmt (verlangsamt) das Kornwachstum (cm. auch unten über Chrom).
Magnesium. Teil von Mg-Partikeln₂Und, die die Oberflächeneigenschaften nach alkalischem Ätzen beeinflussen. Der hohe Gehalt an Silizium und Magnesium ergibt nach dem Ätzen und Eloxieren eine graue, nicht glänzende Oberfläche (Abb 7).
Chrom. In Kombination mit Mangan hemmt das Kornwachstum.
Zink. Zu viel freies Zink (Zn+2) im alkalischen Beizbad führt zu einer körnigen Eloxaloberfläche (Bilder 8 und 9). Freies Zink stammt aus Aluminiumlegierungen mit hohem Zinkgehalt, meist, als Verunreinigung.
Titan. Titan beeinflusst die Korngröße in Verbindung mit Bor. Beim Gießen von Säulen wird ein Titan-Bor-Ligaturstab in die Aluminiumschmelze eingebracht, um eine optimale reduzierte Korngröße zu erzielen, und auch um die Bildung von zentralen Rissen im Barren zu verhindern.

Bild 5 - Einfluss des Eisengehalts auf die Reflektivität
eloxierte Aluminiumprofiloberfläche 6060 [1]

Bild 6 - Einfluss des Kupfergehalts in Legierungen der Serie 6xxx
vom Glanz einer eloxierten Oberfläche [1]

Bild 7 - Einfluss des Magnesium- und Siliziumgehalts in Legierungen 6060 und 6063
vom Glanzgrad der Eloxaloberfläche [1]

Bild 8 - "Galvanische" Oberfläche
eloxiertes Aluminiumprofil [1]

Bild 9 - Selektives Ätzen von Körnern
mit erhöhtem Zinkgehalt [1]

Eine Quelle: Tom Haug, Hydro-Aluminium, IHAA-Symposium, 2014, New York.