Warum lassen sich Aluminium-Druckgussteile so schwer eloxieren?

CNC-gefräste Gehäuse in Kombination mit anodischer Oxidation ergeben typischerweise hochwertige Oberflächen und überlegene ästhetische Texturen, allerdings leiden sie unter hohen Produktionskosten und langen Lieferzeiten.

Nehmen wir ein Smartphone-Gehäuse als Beispiel: Beim CNC-Fräsen dauert allein der erste Zuschnitt über 30 Minuten; inklusive Nachbearbeitung nähert sich die Gesamtbearbeitungszeit einer Stunde. Im Gegensatz dazu benötigt das Druckgussverfahren nur 20 bis 30 Sekunden für die Formgebung, und inklusive Nachbearbeitung ist der gesamte Vorgang in 10 bis 20 Minuten abgeschlossen. Druckgussverfahren nutzen Formen für die Hochgeschwindigkeitsformung, wodurch Bearbeitungszeit und Kosten deutlich reduziert werden. Allerdings ist Aluminium-Druckguss bekanntermaßen schwer zu eloxieren.

Warum ist das Eloxieren von Aluminiumdruckguss schwierig?

Die anodische Oxidation ist ein elektrochemischer Prozess. Das Legierungsteil dient als Anode, während Edelstahl, Chrom oder ein leitfähiger Elektrolyt als Kathode fungiert. Unter bestimmten Spannungs- und Strombedingungen in einem Elektrolyten oxidiert die Anode und bildet einen anodischen Oxidfilm auf der Werkstückoberfläche. Für die Farbanodisierung ist typischerweise eine Schwefelsäureanodisierung erforderlich.

Materialbeschränkungen bei der Schwefelsäureanodisierung

Die Anwesenheit von Legierungselementen kann die Qualität der Oxidschicht beeinträchtigen. Unter identischen Bedingungen ergibt reines Aluminium die dickste, härteste, korrosionsbeständigste und gleichmäßigste Oxidschicht. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollte der Aluminiumgehalt des Materials im Allgemeinen über 95 % liegen.

• Kupfer: Führt zu einer rötlichen Verfärbung des Oxidfilms, verschlechtert die Elektrolytqualität und erhöht die Oxidationsdefekte.
• Silizium: Verfärbt den Oxidfilm grau, insbesondere wenn der Gehalt 4.5 % übersteigt.
• Eisen: Aufgrund seiner inhärenten Eigenschaften erscheint Eisen nach dem Anodisierungsprozess als schwarze Flecken auf der Oberfläche.

Aluminiumdruckgusslegierungen

Aluminiumgusslegierungen und Druckgussteile weisen im Allgemeinen einen hohen Siliziumgehalt auf, was zu dunklen Oxidschichten führt. Eine farblose, transparente Schicht zu erzielen, ist praktisch unmöglich; mit steigendem Siliziumgehalt verändert sich die Farbe der Schicht von Hellgrau über Dunkelgrau bis hin zu Schwarzgrau. Daher sind Standard-Aluminiumgusslegierungen für die dekorative Anodisierung ungeeignet.

Gängige Aluminium-Druckgusslegierungen lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen:

1. Al-Si-Legierungen: Hauptsächlich einschließlich YL102 (ADC1), YL104 (ADC3, A360).
2. Al-Si-Cu-Legierungen: Hauptsächlich einschließlich YL112 (A380, ADC10), YL113 (A383, ADC12), YL117 (B390, ADC14).
3. Al-Mg-Legierungen: Vorwiegend einschließlich 302 (5180, ADC5, ADC6).

Al-Si- und Al-Si-Cu-Aluminiumlegierungen

Wie die Namen bereits andeuten, sind Silizium und Kupfer neben Aluminium die Hauptbestandteile. Der Siliziumgehalt liegt typischerweise zwischen 6 % und 12 % und dient vor allem der Verbesserung der Fließfähigkeit der Schmelze. Kupfer ist der zweithäufigste Bestandteil und wird zur Erhöhung der Festigkeit und der Zugeigenschaften eingesetzt. Der Eisengehalt wird üblicherweise zwischen 0.7 % und 1.2 % gehalten, um den Entformungsprozess zu optimieren.

Aufgrund dieser Zusammensetzung lassen sich diese Legierungen nicht effektiv farbig anodisieren. Selbst mit Entsilizierungsbehandlungen sind die Ergebnisse selten zufriedenstellend. Darüber hinaus bilden Al-Si- oder hochkupferhaltige Legierungen nur schwer einen stabilen Oxidfilm; die entstehende Schicht ist oft matt, grau und glanzlos.

Al-Mg Aluminiumlegierungen

Al-Mg-Legierungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie hochwertige Oxidschichten bilden können, die sich farbig anodisieren lassen. Dies ist ein entscheidendes Unterscheidungsmerkmal zu anderen Druckgusslegierungen. Sie weisen jedoch auch einige Nachteile auf:

• Der anodische Film weist Ungleichmäßigkeiten und eine hohe Porosität auf, was es schwierig macht, eine optimale Korrosionsbeständigkeit zu erreichen.
• Magnesium neigt zu Kaltverfestigung und Sprödigkeit, wodurch die Dehnung verringert und die Neigung zu Heißrissen erhöht wird. Legierungen wie ADC5 und ADC6 weisen einen breiten Erstarrungsbereich und eine hohe Schwindung auf, was häufig zu Schwindungsporosität und Rissen führt. Ihre schlechte Gießbarkeit schränkt ihre Verwendung für Werkstücke mit komplexen Geometrien ein.
• Kommerzielle Al-Mg-Legierungen weisen häufig komplexe Spurenzusammensetzungen und eine geringe Aluminiumreinheit auf. Bei der Schwefelsäureanodisierung bilden sie tendenziell einen undurchsichtigen, milchig-weißen Schutzfilm anstelle eines transparenten, was zu einer schlechten Färbeleistung führt.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass gängige Aluminium-Druckgusslegierungen im Allgemeinen für die Schwefelsäureanodisierung ungeeignet sind. Dies gilt jedoch nicht für alle Druckgusswerkstoffe. Speziallegierungen wie Al-Mn-Co (z. B. DM32) und Al-Mn-Mg (z. B. DM6) bieten ein optimales Verhältnis von Druckgusseigenschaften und Anodisierbarkeit.

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