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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Aluminiumblechs
mit einer dekorativen Oberflächenstruktur
und ein gebogenes Aluminiumblech (siehe z.B. JP-A 404 1003).
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Die
Werte, die in dieser Patentanmeldung für die Oberflächenrauheit
Ra angegeben sind, entsprechen DIN 4768.
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Blechmaterial,
wie z.B. Aluminium, Aluminiumlegierungen und rostfreier Stahl, mit
einer dekorativen Oberflächenstruktur
wird unter anderem für Haushaltsgeräte, wie
z.B. das Äußere von
Kühlschränken und
Gefrierschränken,
und für
die Frontplatten von audiovisuellen Anlagen benutzt. Blechmaterial
dieses Typs hat ein glänzendes
metallisches oder, falls erwünscht,
ein mattes metallisches äußeres Erscheinungsbild
und kann, falls erwünscht,
mit einer organischen Deckschicht zur weiteren Dekoration oder zum
Schutz versehen sein. Eine typische glänzende metallische Oberflächenstruktur
wird im Allgemeinen dadurch erzielt, dass das Blechmaterial beispielsweise
mit Glasperlen oder mit Granalie aus rostfreiem Stahl gestrahlt
wird. Ein Nachteil einer durch Perlstrahlen erzielten Oberflächenstruktur
besteht darin, dass das Blechmaterial chargenweise und manchmal
sogar von Hand gehandhabt wird und somit sehr teuer ist. Des Weiteren
kommt es häufig vor,
dass ein Endprodukt, wie zum Beispiel eine Kühlschranktür, hergestellt wird, und dann
wird dieses Produkt manuell oder halbautomatisch mit der gewünschten
glänzenden
oder matten gehämmerten Oberflächenstruktur
versehen. Darüberhinaus
lassen die existierenden Dicken für Außenflächen von Haushaltsmaterialien
beispielsweise kein manuelles Glasperlenstrahlen zu, da die Gefahr
besteht, dass es aufgrund des Strahldrucks zu Verformungen kommt. Des
Weiteren besteht das Risiko, dass es beim manuellen Strahlen zu
Inhomogenität
kommt.
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Vom
Markt wird ein Aluminiumblechmaterial mit einer Oberflächenstruktur
nachgefragt, die sich der Oberflächenstruktur
eines Glasperlenfinish so weit wie möglich annähert. Ein erwünschtes
Aluminiumblechmaterial dieses Typs muss preiswerter sein als die
Kosten für
ein Blechmaterial mit einer Oberflächenstruktur, die durch Strahlen,
insbesondere mit Glasperlen, erzielt wurde.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Aluminiumblechs mit einer gewünschten dekorativen Oberflächenstruktur
wie oben beschrieben anzugeben, die auf wenigstens eine Seite des
Aluminiumblechs aufgebracht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das
Ergebnis ist ein Verfahren, das kontinuierlich und in industriellem
Maßstab
durchgeführt werden
kann, um ein Aluminiumblech mit der erwünschten dekorativen oben beschriebenen Oberflächenstruktur
auf wenigstens einer Seite des Aluminiumblechs herzustellen, wobei
die dekorative Oberflächenstruktur
nahe bis sehr nahe an die des bekannten Finishs, der durch die Verwendung
von Glasperlen erzielt wird, herankommt, während der Selbstkostenpreis
des fertigen Produkts deutlich niedriger ist als der des Aluminiumblechmaterials,
das in Chargen oder von Hand gestrahlt wird. Ein kaltgewalztes Aluminiumblech,
das typischerweise bereitgestellt wird, besitzt eine Oberflächenrauheit
Ra in einem Bereich von 0,2 bis 0,6 Mikron, nach DIN 4768 gemessen. Des
Weiteren gewährleistet
das Verfahren gemäß der Erfindung,
dass das ursprüngliche
Walzfinish vollständig
oder fast vollständig
verschwunden ist. Walzfinish ist ein Begriff, der einem Fachmann
bekannt ist und bezieht sich auf mikroskopisch sichtbare dünne Linien,
die im Wesentlichen in Walzrichtung ausgerichtet sind. Des Weiteren
führt das
erzielte Verfahren zu einem relativ preisgünstigen Halbfabrikat auf einer
Spule mit einer gewünschten
dekorativen Oberflächenstruktur,
wobei das Halbfabrikat dann zur Herstellung von Endprodukten verwendet werden
kann, wie z.B. Türen
für Haushaltsgeräte, die dann
keiner weiteren manuellen Behandlung bedürfen.
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Obgleich
die dekorative Oberflächenstruktur des
bekannten, durch den Einsatz von Glasperlen erzielten Finishs mit
einer Oberflächenrauheit
Ra von bis zu 0,3 Mikron dicht angenähert ist, beträgt die Rauheit
Ra, die im Verfahrensschritt (b) angewandt wird, vorzugsweise höchstens
2,5 Mikron, Unter diesem Wert nähert
sich die dekorative Oberflächenstruktur
ganz dicht der des bekannten Finishs, das durch die Verwendung von
Glasperlen erzielt wird, an.
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Es
hat sich herausgestellt, dass insbesondere mit Oberflächenrauheitswerten
Ra von über
1,8 Mikron das Erscheinungsbild des Finishs dem durch die Verwendung
von Glasperlen erzielten immer noch sehr nahe kommt.
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In
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Oberflächenrauheit
mittels Walzen mit einer nicht deterministischen Struktur auf das
Aluminiumblech aufgebracht, noch bevorzugter mithilfe von elektroerosiver
strukturbildender Walzen oder kurz EDT-Walzen. Dies erlaubt das
kontinuierliche und in industriellem Maßstab erfolgende Aufbringen
einer gewünschten
Oberflächenstruktur, zum
Beispiel auf eine Rolle aus Aluminiumblechmaterial. Des Weiteren
wird das Aufbringen der gewünschten
Oberflächenrauheit
mittels EDT-Walzen u. a. dadurch erzielt, dass das ursprüngliche
Walzfinish auf dem kaltgewalzten Aluminiumblech der gewünschten
Enddicke vollständig
oder nahezu vollständig
verschwunden ist. Während
des Aufbringens der Oberflächenstruktur
durch die EDT-Walzen wird das gewünschte Ergebnis in einem oder
mehreren leichten Kaltwalzdurchläufen
erzielt. Dies verändert die
Dicke des endgültigen
Aluminiumblechs um weniger als 15% und typischerweise um etwa bis
zu 6% gegenüber
dem kaltgewalzten Aluminiumausgangsmaterial.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Oberflächenrauheit
auf das Aluminiumblech durch Walzen mit einer nichtdeterministischen
Struktur aufgebracht, die mithilfe des Präzisionsstrukturbildungsverfahrens
hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird eine geringe Menge
Chrom in Form von runden oder kugeligen Punkten auf die Walzen aufgebracht.
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Bei
einer Ausführungsform
gemäß dem Verfahren
hat die Walze mit der nicht deterministischen Struktur eine Oberflächenrauheit
Ra in einem Bereich zwischen 2 und 6 Mikron, vorzugsweise zwischen
3 und 6 Mikron, nach DIN 4768 gemessen. Abhängig von der Verringerung der
Dicke des Aluminiumblechs, die während
des Aufrauens in einem oder mehreren Kaltwalzdurchläufen entsteht,
wird auf diese Weise eine dekorative Oberflächenstruktur innerhalb des
gewünschten
Ra-Bereichs auf dem Aluminiumblech erzielt.
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Bei
einer Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird in einem Verfahrensschritt (c) das aufgeraute Aluminiumblech
mit einer Beschichtung versehen, z.B. mittels Färben, wobei in einem solchen
Fall die Auftragsschicht eine Farbschicht ist, oder mittels Nano-Beschichtung,
wobei in einem solchen Fall die Auftragsschicht eine Nano-Beschichtung
ist, oder durch Eloxieren, wobei in einem solchen Fall die Auftragsschicht
eine Eloxalschicht ist. Die Nano-Beschichtung kann ein Sol-Gel-Verfahren
enthalten.
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Die
Wahl der Dicke und die Art der Schicht wird von der Endanwendung
des Aluminiumblechs bestimmt. Abhängig von der Dicke und der
Art der Schicht kann die dekorative Oberflächenstruktur erzielt werden
oder sogar dem gewünschten
Erscheinungsbild der kugelgestrahlten Oberflächenstruktur angepasst werden.
Alternativ kann die Oberfläche auf
diese Weise mit der gewünschten
Farbe versehen werden. Darüberhinaus
ist die Oberfläche
des aufgerauten Aluminiumblechs besser gegen Kratzer und andere äußere Einflüsse durch
die Beschichtung geschützt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird das aufgeraute Aluminiumblech in einem Verfahrens schritt (c)
eloxiert oder durch Eloxierung mit einer Eloxalschicht mit einer
Dicke in einem Bereich bis zu 15 Mikron, noch bevorzugter in einem
Bereich von 3 bis 15 Mikron, versehen. Die Eloxierung kann auf die übliche kontinuierliche
Art und Weise in industriellem Maßstab erfolgen, indem das Streifenmaterial
kontinuierlich ein Eloxierungsbad durchläuft. Farbeloxierung ist ebenfalls
möglich.
Es hat sich herausgestellt, dass das kontinuierlich hergestellte
und eloxierte Streifenmaterial auch weiteren Behandlungen unterzogen
werden kann, wie zum Beispiel Stanzen, Biegen und leichtes Tiefziehen,
ohne dass es zu einem übermäßigen Reißen der
aufgetragenen eloxierten Schicht kommt. Trotz des Aufbringens einer
dünnen
eloxierten Schicht bleibt die aufgebrachte Oberflächenrauheit
innerhalb des gegebenen Rahmens, und die gewünschte Oberflächenstruktur
wird somit auch beibehalten. Da ein Produkt nicht länger in
Chargen nach der Verformung eloxiert werden muss, kommt es zu einer
deutlichen Kostensenkung beim Endprodukt.
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Ein
weiterer Vorteil der Eloxierung beispielsweise gegenüber Färben besteht
darin, dass die durch Eloxierung erzielte eloxierte Schicht einen
sehr guten Schutz gegen äußere chemische
Einflüsse bietet,
zum Beispiel verschüttete
Kochzutaten wie Tomatensoße
und Senf.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird das Aluminiumblech, nach dem Aufbringen der gewünschten
Oberflächenrauheit
und vor der Eloxierung, in einem Verfahrensschritt (b1) gebeizt.
Das Aluminiumblech kann chemisch oder elektrochemisch in einem alkalischen oder
sauren Medium gebeizt werden. Bevorzugter wird das Aluminiumblech
in einem alkalischen Medium gebeizt. Das Zwischenbeizen vor dem Eloxieren führt zu dem
Endblechmaterial, das eine vom Erscheinungsbild her etwas mattere
Oberflächenstruktur
hat. Für
eine Anzahl von Anwendungen des Aluminiumblechs, das durch das Verfahren
gemäß der Erfindung
erzielt wurde, ist dies eine höchst
wünschenswerte
Eigenschaft des Blechmaterials. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
dass sich eine Beizbehandlung relativ leicht in eine kontinuierliche
industrielle Fertigungsstraße
einfügen
lässt,
die für
das Verfahren gemäß der Erfindung
geeignet ist.
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Im
Prinzip können
alle geschmiedeten Aluminiumlegierungen, die erfolgreich mittels
Eloxierung behandelt werden können,
mit dem Verfahren gemäß der Erfindung
behandelt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die Aluminiumlegierungen,
die nicht wärmebehandelt
werden können,
viel erfolgreicher verarbeitet werden können als die Aluminiumlegierungen,
die wärmebehandelt
werden können.
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Mit
dem Verfahren gemäß der Erfindung
werden sehr gute Ergebnisse erzielt, wenn die Aluminiumlegierung,
die aus den Aluminium Association Serien (AA)1xxx, (AA)3xxx, (AA)5xxx
und (AA)6xxx gewählt
wird, für
das kaltgewalzte Aluminiumblech verwendet wird. Dabei ist vorzugsweise
eine geschmiedete Aluminiumlegierung, die nicht wärmebehandelt werden
kann, aus der AA5xxx-Serie auszuwählen. Dies sind Aluminiumlegierungen,
bei denen Magnesium das bedeutendste Legierungselement ist. Typische
die Erfindung jedoch nicht einschränkende Beispiele sind die Legierungen
AA5005 und AA5754.
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Bevorzugter
wird das kaltgewalzte Aluminium in einen gehärteten Zustand gebracht, der
einem Fachmann auch als H-Zustand bekannt ist. Diese Bezeichnung
trifft auf Produkte zu, die nach dem Glühen oder nach dem Warmformen
kaltgeformt wurden, oder auf eine Kombination aus Härten und
Glühen
oder Stabilisieren zum Zwecke der Härte, um bestimmte mechanische
Eigenschaften zu erzielen. Typische Beispiele, die die Erfindung
jedoch nicht einschränken,
sind ein H14- und ein H22-Zustand. Es hat sich herausgestellt, dass
insbesondere geschmiedete Aluminiumlegierungen mit einem H-Zustand,
effizient und in industriellem Maßstab reproduzierbar, für die Aufbringung
der gewünschten
Oberflächenrauheit
durch Kaltwalzen, und insbesondere durch EDT-Walzen, besonders geeignet
sind.
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Die
Erfindung wird ebenso durch ein gebogenes Aluminiumblechteil verwirklicht,
wie z.B. die Tür eines
Kühlschranks
oder eines Gefrierschranks oder das Gehäuse einer Fernbedienung für audiovisuelle Anlagen,
hergestellt aus einem Aluminiumblech, das sich durch die Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergeben hat.
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine Anzahl von Beispielen,
die die Erfindung nicht einschränken,
beschrieben.
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Beispiel 1
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Aus
der AA5754-Legierung in einem H-Zustand und mit einer Dicke von
0,7 mm in industriellem Maßstab
hergestelltes Aluminiumblech mit einer Oberflächenrauheit Ra von 1,35 Mikron,
nach DIN 4768 gemessen, wobei eine industrielle EDT-Walze benutzt
wird. Die in diesem Beispiel benutzte EDT-Walze besitzt eine Oberflächenrauheit
Ra von etwa 2,5 Mikron. Das geraute Aluminiumblech wird dann in
einer auf Natriumhydroxid basierenden alkalischen Lösung schwach
gebeizt und wird dann in einer Schwefelsäurelösung mit einer eloxierten Schicht mit
einer Dicke von 5 Mikron versehen. Die endgültige Oberflächenrauheit
Ra des erzielten Aluminiumblechs beträgt 1,31 Mikron. Das erzielte
Aluminiumblech wird dann mit einer schützenden Kunststofffolie versehen
und dann gebogen, um eine Türfüllung für einen
Kühlschrank
zu bilden. Die Abschlussoberfläche
der Türfüllung lieferte
eine gute Annäherung
an das Erscheinungsbild eines Finishs, das durch die Verwendung
von Glasperlen erzielt wird. Glanzmessungen wurden mit einem Winkel
von 60°,
in Übereinstimmung
mit RSTM D-523, auf dem kaltgewalzten Aluminiumblech nach dem Aufrauen
mithilfe der EDT-Walze und nach der Eloxierung durchgeführt. Die
Ergebnisse betrugen jeweils 175,4 und 25,6 Glanzeinheiten.
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Beispiel 2
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Aus
der AA5005-Legierung in einem H-Zustand und mit einer Dicke von
0,5 mm auf industrieller Ebene hergestelltes Aluminiumblech mit
einer Oberflächenrauheit
Ra von 1,53 Mikron, nach DIN 4768 gemessen, wobei eine industrielle
EDT-Walze benutzt wird. Das geraute Aluminiumblech wurde dann in
einer auf Natriumhydroxid basierenden alkalischen Lösung schwach
gebeizt und wurde dann in einer Schwefelsäurelösung mit einer eloxierten Schicht
mit einer Dicke von 5 Mikron versehen. Die endgültige Oberflächenrauheit
Ra des erzielten Aluminiumblechs betrug 1,52 Mikron. Das erzielte
Aluminiumblech wurde dann mit einer schützenden Kunststofffolie versehen
und dann gebogen, um eine Platte für eine Fernbedienung zu bilden.
Die endgültige
Oberfläche
der Fernbedienung lieferte eine sehr gute Annäherung an das Erscheinungsbild
eines Finishs, das durch die Verwendung von Glasperlen erreicht wird.
Glanzmessungen wurden mit einem Winkel von 60° nochmals, in Übereinstimmung
mit ASTM D-523, auf dem kaltgewalzten Aluminiumblech nach dem Aufrauen
mithilfe der EDT-Walze und nach der Eloxierung durchgeführt. Die
Ergebnisse betrugen jeweils 182,2 und 23,1 Glanzeinheiten.
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Beispiel 3
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Aluminiumblech,
das aus der AA5754-Legierung in einem H-Zustand und mit einer Dicke
von 0,7 mm in industriellem Maßstab
hergestellt wurde, wurde mit einer Oberflächenrauheit Ra von 2,1 Mikron, nach
DIN 4768 gemessen, versehen, wobei eine industrielle EDT-Walze benutzt
wurde. Die in diesem Beispiel benutzte EDT-Walze besitzt eine Oberflächenrauheit
Ra von etwa 3,8 Mikron. Das geraute Aluminiumblech wurde dann in
einer auf Natriumhydroxid basierenden alkalischen Lösung schwach
gebeizt und wurde dann in einer Schwefelsäurelösung mit einer eloxierten Schicht
mit einer Dicke von 5 Mikron versehen. Die endgültige Oberflächenrauheit Ra
des erzielten Aluminiumblechs beträgt 2,0 Mikron. Das erzielte
Aluminiumblech wurde dann mit einer schützenden Kunststofffolie versehen
und dann gebogen, um eine Türfüllung eines
Kühlschranks
zu bilden. Die endgültige
Oberfläche
der Türfüllung lieferte
eine sehr gute Annäherung
an das Erscheinungsbild eines Finishs, das durch die Verwendung von
Glasperlen erzielt wird. Glanzmessungen mit einem Winkel von 60°, in Übereinstimmung
mit ASTM D-523, wurden ebenfalls auf dem kaltgewalzten Aluminiumblech
nach dem Aufrauen mithilfe der EDT-Walze und nach der Eloxierung
durchgeführt. Die
Ergebnisse betrugen jeweils 128,3 und 22,7 Glanzeinheiten.
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Zum
Vergleich wurden Aluminiumbleche mit einer Oberflächenrauheit
Ra von 0,9 Mikron und Ra 1,0 Mikron mithilfe einer EDT-Walze versehen.
Eine visuelle Untersuchung offenbarte, dass diese Bleche keine Oberflächenstruktur
haben, die sich der gewünschten,
durch Glasperlenstrahlen erzielten Oberflächenstruktur annähert.
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Es
sollte beachtet werden, dass es insbesondere bei einer relativ dicken
eloxierten Schicht und/oder bei wesentlichen Umformungsabläufen, die auf
dem dekorativen Aluminiumblech, das mit einer dekorativen Oberflächenstruktur
versehen ist, durchgeführt
werden, vorteilhaft sein kann, dass diese gekrümmt oder gebogen wird, bevor
das Aluminiumblech eloxiert wird und zwar trotz der höheren Kosten,
die durch die chargenweise Eloxierung entstehen. Dies hat den Vorteil,
dass die eloxierte Schicht während
der Umformung nicht beschädigt
werden kann.