DE60000331T2

DE60000331T2 - Mechanisch texturiertes blech aus aluminium-legierung

Info

Publication number: DE60000331T2
Application number: DE60000331T
Authority: DE
Inventors: O. Shannon
Original assignee: Pechiney Rolled Products LLC
Current assignee: Constellium Rolled Products Ravenswood LLC
Priority date: 1999-01-27
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: US6153316A; WO2000044510A1; DE60000331D1; US6138490A; AU2568700A; EP1146971A1; EP1146971B1; ATE222148T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Metallblechmaterialien, die sich für Beleuchtungsreflektoranwendungen eignen. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung Aluminiumblechmaterialien mit einer texturierten Oberfläche und ein Verfahren zur Herstellung der Blechmaterialien bereit.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

Aluminiumbleche sind bei Beleuchtungsanwendungen, wie etwa Reflektorsystemen, verwendet worden. Für diese Anwendungen müssen Aluminiumbleche verschiedene photometrische Eigenschaften aufweisen, um den Anforderungen der Beleuchtungsbefestigungshersteller gerecht zu werden. Zu den ganz besonders erwünschten photometrischen Eigenschaften gehören eine hohe Gesamtreflexion (die Lichtmenge, die von dem Blech reflektiert wird, als Anteil des einfallenden Lichts) und die diffuse oder ungerichtete Lichtreflexion. Diese Eigenschaften sind nach dem Stand der Technik durch die Kombination einer sorgfältigen Legierungsauswahl für das Blechmaterial und einer von zwei Kaltwalzarbeitsweisen erreicht worden. Bei einer Arbeitsweise wird das Blechmaterial bis auf ein Standard-Mill-Finish kaltgewalzt, worauf entweder eine chemische/elektrochemische Zurichtung oder eine organische Beschichtung folgt. Bei der anderen Arbeitsweise wird mindestens eine Oberfläche des Aluminiumlegierungsblechs mit einer gerichteten oder glänzenden kaltgewalzten Oberfläche kaltgewalzt, wobei eine glatt geschliffene Arbeitswalze verwendet wird. Dieses sich ergebende Blech weist ein hohes gerichtetes oder spiegelartiges Reflexionsvermögen und ein hohes Gesamtreflexionsvermögen auf. Nachdem es glänzend gewalzt wurde, wird das Blech durch chemische oder elektrochemische (Anodisieren) Oberflächenbehandlungen mit diffusem und ungerichtetem Lichtreflexionsvermögen versehen.
Verfügbare Verfahren zum Herstellen einer erwünschten diffusen, ungerichteten, reflektierenden Oberfläche mit ausreichendem Gesamtreflexionsvermögen weisen mehrere Nachteile auf. Erstens ergibt die Mill- Finish Kaltwalz-Arbeitsweise ein Endproduktaussehen, das wegen einer Anordnung von dicht beabstandeten Mikroerhebungen und Einsenkungen, die in Maschinenrichtung in die Blechoberfläche eingeprägt sind, wesentliche gerichtete Lichtreflexionseigenschaften aufweist. Zweitens ist die Herstellung von glänzenden, kaltgewalzten, gerichteten Oberflächen kostspielig, und diese können durch oberflächliches Zerkratzen der gerichteten Oberfläche während des Walzens, der Handhabung und/oder der Endzurichtung leicht unbrauchbar gemacht werden. Drittens ist die Generierung einer diffusen, ungerichteten, photometrischen Oberfläche durch chemische/elektrochemische Zurichtung der glänzenden Oberfläche wegen der mikrostrukturellen Merkmale im Blech, die eine negative Auswirkung auf die Dichte des Endprodukts haben können, nicht leicht reproduzierbar. Z. B. werden photometrische Eigenschaften, zu denen das gerichtete Reflexionsvermögen, das Gesamtreflexionsvermögen, DI (Bildklarheit), Farbe und Richtungsabhängigkeit gehören, des fertigen Blechs durch Unreinheiten in der gewählten Aluminiumlegierung, den Walzzustand, die thermomechanische Verarbeitung und die chemischen/elektrochemischen Zurichtungsvorgänge beeinträchtigt. Durchsichtige organische Beschichtungen leiden unter mangelnder Haltbarkeit, da die organische Beschichtung während der Auslagerung Vergilben und Bruch ausgesetzt ist.
Obwohl es bisher nicht für Beleuchtungsanwendungen verwendet wurde, wurde texturiertes Blechmaterial zur Verwendung bei Autokarrosserie-Außenteilen hergestellt. Texturierte Bleche werden hergestellt, indem eine oder beide flachen gegenüberliegenden Oberflächen des Blechmaterials (oder des Bandmaterials) mit einem Muster aus Oberflächenmerkmalen versehen wird bzw. werden. Dies wurde vorgenommen, um Reibungskräfte zu reduzieren und zu steuern und/oder um die geeignete Schmierung zwischen der Blechoberfläche und dem Werkzeug, das bei den Umformvorgängen, wie etwa Stanzen, verwendet wird, bereitzustellen. Texturiertes Blechmaterial ist auch verwendet worden, um eine Oberfläche für das Auftragen von Farbe vorzubereiten. Blechmaterial ist mit Mustern aus Oberflächenmerkmalen versehen worden, indem eine ausgewählte texturierte Walzoberfläche auf einer oder mehreren Arbeitswalzen eines Kaltwalzwerks, das verwendet wird, um das Blechmaterial auf die Enddicke zu reduzieren, erstellt wurde. Verschiedene Techniken, zu denen Strahlen, Energiestrahl (wie etwa Laser- oder Elektronenstrahl) oder elektrische Entladung (EDT) gehören, sind verwendet worden, um die ausgewählte texturierte Walzoberfläche zu erstellen.
Die amerikanischen Patente Nr. 4 111 032 und 5 025 547; die japanischen Patentschriften Nr. 64-5 628 vom 10. Januar 1989 und 2-107 751 vom 19. April 1990; und die Veröffentlichungen "Electron Beam Texturing of Rolls", "Update of Developments in Lasertex Development of High Image Clarity Steel Sheet by Laser Texturing Technology", "Application of Laser-Texturing Steel Sheets for Auto Body Panels" und "Advance in Electro- Discharge Texturing (EDT) for Cold Mill Work Rolls" erschienen in "Iron and Steel Engineer", August 1991, Seite 33 bis 59 inbegriffen, beschreiben die Texturierung von Stahlblechmaterial. Außerdem beschreiben die US 4 111 032 und 5 025 547 eine Texturierung, bei der das sich ergebende texturierte Blech hervorstehende Bereiche oder Wülste aufweist. Außerdem beschreibt die EP 0 000 606 A1 eine Texturierung, die durch Walzen mit texturierten Walzen erhalten wird, worauf ein erneutes Walzen mit untexturierten Walzen folgt. Die JP-A-09-057 304 (Sumitomo Light Metal Ind Ltd) beschreibt das Kaltwalzen mit Walzen, die eine durchschnittliche Rauhigkeit Ra in der axialen Richtung von ≤ 0 35 um aufweisen, und Walzöl verwendet, dessen Viskosität für die Herstellung von Aluminiumplatten mit geringer optischer Anisotropie 2 cs beträgt.
Es ist ersichtlich, dass keine der oben genannten Erfindungen und Patentschriften, ob einzeln oder kombiniert betrachtet, die vorliegende Erfindung wie in den Patentansprüchen angegeben beschreibt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Man hat unerwarteterweise herausgefunden, dass man ein Metallblechmaterial sowohl mit ungerichteten als auch mit diffusen photometrische Reflexionsmerkmalen versehen kann, indem man direkt eine texturierte Oberfläche auf einer oder mehreren Oberflächen des Blechmaterials durch mechanische Texturierung erstellt. Dies wird durch Walzen des Blechmaterials mit einer oder mehreren texturierten Arbeitswalzen erreicht. Die Arbeitsweise nach dem Stand der Technik, die darin besteht, eine gerichtete oder glänzende gewalzte Oberfläche oder eine Mill-Finish-Oberfläche, die eine chemische Gravierung für die darauf folgende elektrochemische Zurichtung (Anodisieren) erfordert, zu erstellen, kann ausgeschlossen werden. Noch unerwarteter ist das Gesamtreflexionsvermögen der texturierten Metallbleche gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem der glänzenden gewalzten Bleche nach dem Stand der Technik vergleichbar, selbst wenn die gerichtete Reflexion unwesentlich geringer ist. Viele Probleme, die mit der Erstellung und Verarbeitung glänzenden, gewalzten, gerichteten Blechmaterials verbunden sind, sowie die damit verbundenen Kosten, werden somit vermieden. Ebenso werden die mit der Mill- Finish-Vorgehensweise verbundenen Effekte der Richtungsabhängigkeit beseitigt.
Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird eine ungerichtete, diffuse, reflektierende Blechoberfläche erstellt, bei der die Blechoberfläche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie auf ihrer gesamten Oberfläche zufällig geformte, mikroskopische Vertiefungen aufweist. Bevorzugt nehmen die Vertiefungen die ineinander greifende Form von dicht nebeneinander liegenden oder sich überlappenden Dachziegeln an. Die Vertiefungen können ausgerichtet sein, so dass jede Vertiefung im Wesentlichen eine Querbreitenabmessung im Verhältnis zu einer Längsachse des Blechs und eine Längsabmessung, die größer ist als ihre Breite, aufweist. Bevorzugt weisen die Vertiefungen eine im Wesentlichen gleichachsige Form auf. Die Blechoberfläche kann nach dem Kaltwalzen mit der oder den texturierten Walzen Zurichtungsschritten, wie etwa chemisches Glänzen und Anodisieren, oder einer durchsichtigen organischen Beschichtung unterzogen werden.
Entsprechend ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mechanisch texturiertes Blech und ein Verfahren zur Herstellung des Blechs zum Gebrauch bei Beleuchtungsanwendungen bereitzustellen. Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mechanisch texturiertes Blech zu herzustellen, das Verfahrenskosten rationalisiert und reduziert, und gleichzeitig auf einheitlichere Art und Weise erwünschte diffuse, ungerichtete photometrische Eigenschaften mit hoher Gesamtreflexion zu ergeben. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in dem zuvor erwähnten texturierten Blech ein Muster aus Vertiefungen bereitzustellen.
Noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein texturiertes Blech und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen, bei dem das Blech durch eine oder mehrere texturierte Arbeitswalzen eines Kaltwalzwerks mit der Texturierung versehen wird.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Kaltwalzverfahren, bei dem Arbeitswalzen zusammen mit der Verwendung eines Kühlmittels für die Walzen verwendet werden.
Dieses und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden leicht nach weiterer Durchsicht der nachstehenden Beschreibung und Zeichnungen hervorgehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematischer Aufriss eines Kaltwalzwerkständers zum Gebrauch bei einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens.
Fig. 2A und 2B sind Mikrographien (350·) eines Rasterelektronenmikroskops (SEM), welche die texturierten Walzoberflächentopographien abbilden.
Fig. 3A und 3B sind Oberflächentopographien (350·) gewalzter Bleche, die mit zwei verschiedenen Walzen-Texturierungsmustern über einen Bereich verschiedener Kaltwalzwerk-Reduktionsanteile hergestellt wurden.
Fig. 4A und 4B sind SEM-Mikrographien (350·) von zwei gewalzten Oberflächen, die jeweils mit untexturierten (herkömmlich geschliffenen) und texturierten Arbeitswalzen hergestellt wurden.
Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen durchgehend entsprechende Merkmale in den beigefügten Zeichnungen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Mit Bezug auf Fig. 1 wird dort schematisch ein hinlänglich bekannter 4-stufiger Kaltwalzwerkständer 10 abgebildet, der ein Paar Arbeitswalzen 12 aus geschmiedeter Stahllegierung aufweist, von denen jede durch eine Stützwalze 14 unterstützt wird, wobei die Arbeitswalzen einen Walzendurchgang bilden, um in der durch den Pfeil 17 angegebenen Richtung ein Blech (Band) 16 aufzunehmen, das durch eine Walzkraft mit der Beschriftung F reduziert und texturiert werden soll. Der Ständer 10 kann ein einzelner Ständer sein, durch den das Blech 16 gegeben wird, um die endgültige Kaltreduktion vorzunehmen, um das Blech auf seine Endabmessung zu reduzieren, oder kann der letzte Ständer eines Duo-Kaltwalzwerks sein, z. B. ein Duo- Kaltwalzwerk mit fünf Ständern.
Eine oder beide der Arbeitswalzen 12 weisen eine texturierte Walzoberfläche auf, je nachdem, ob eine oder beide der gewalzten flachen Oberflächen des Blechs eine texturierte Oberfläche haben sollen. Ebenso wird schematisch mit dem Ständer 10 eine Walzenkühleinrichtung gezeigt, wobei die Bezugsnummern 18 und 20 jeweils das Leitungssystem und die Verteilerköpfe der Kühlmitteleinrichtung zum Auftragen eines Kühlmittels angeben. Beim Kaltwalzen von Aluminium können zwei verschiedene Kühlmittelarten für die Walzen verwendet werden, nämlich eines auf Wasserbasis und eines auf Mineralölbasis. Obwohl beide auf die vorliegende Erfindung anwendbar sind, wird die Verwendung eines auf Mineralöl basierenden Kühlmittels, also auf Kerosin basierend, bevorzugt. Zu den Vorteilen der Verwendung von Mineralöl gehören die Unabhängigkeit von Wasserflecken und die erhöhte Formkontrolle für die optischen Texturierungsdurchgänge.
Die Technik und/oder das Verfahren zur Texturierung einer oder beider der Arbeitswalzen 12 kann eine bzw. eines von mehreren derzeit verfügbaren sein, z. B. Energiestrahl (Laser- oder Elektronenstrahl), elektrische Entladung oder Strahlen. Bevorzugt wird die Texturierung durch elektrische Entladung (EDT) verwendet. Die texturierten Walzen können dann chromiert werden, um Verschleißmerkmale zu verbessern. Erfindungsgemäß ist es wichtig, dass beim Texturieren der Walze ein zufälliges Muster aus Vertiefungen im Wesentlichen über die gesamte Arbeitswalzenoberfläche gebildet wird, bevorzugt mit einem wesentlichen Ausmaß von quer oder zufällig angeordneten hervorstehenden Unebenheiten.
Es hat sich herausgestellt, dass es durch die Steuerung des Texturierungsmusters auf der Walzoberfläche der texturierten Arbeitswalze einfacher und reproduzierbar ist, das gewalzte Blech mit den erwünschten photometrischen Eigenschaften zu versehen. Die Bedeutung des Texturierungsmusters ist ersichtlich, wenn man die Stahlwalzenoberflächen der in Fig. 2A und 2B gezeigten Arbeitswalzen 12 vergleicht. Fig. 2A bildet einen Bereich einer Walze aus geschmiedeter Stahllegierung ab, deren äußere Oberfläche 22 geschliffen, der EDT unterzogen und chromiert wurde. Die Oberfläche 22 von Fig. 2A hat einen Rauhigkeitswert von 70 RA, wobei RA den arithmetischen Mittelwert der Rauhigkeit darstellt, wie er durch die Anzahl und die Amplitude der Vertiefungen oder Erhebungen in einem bestimmten Bereich der Oberfläche in Mikrozoll bestimmt wird (dies entspricht einem in um ausgedrückten Wert von 1,78. Nachstehend werden in um ausgedrückte Werte RAum genannt). Bei der Untersuchung der Oberfläche 22 ist zu beachten, dass eine wesentliche Anzahl relativ großer Bereiche vorhanden ist, die nicht merklich texturiert wurden, von denen einer mit 24 gekennzeichnet ist, wobei es wegen dem Ausmaß der Wulsttrennung noch relativ "flache" Oberflächen der Walze gibt. Vergleichsweise weist die geschliffene, mit EDT texturierte und chromierte Walzenoberfläche 28 wie in Fig. 2B gezeigt einen Rauhigkeitsnennwert von 40 RA (1,02 RAum) auf, wobei bei diesem Rauhigkeitsnennwert praktisch alle Bereiche im Wesentlichen wie geschliffen verändert wurden, wie es bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt wird. Im Vergleich mit den Wülsten 26 sind die Wülste 30 kleiner und näher aneinander liegend. Bei der bevorzugten Form der Erfindung ist es erwünscht, dass der RA-Nennwert der texturierten Arbeitswalzenoberfläche im Wesentlichen im Bereich von 25 bis 55 RA Mikrozoll (0,64 bis 1,40 RAum), und bevorzugt zwischen 25 und 45 RA Mikrozoll (0,64 bis 1,14 RAum), bleibt.
Die Punktzahl oder das Abstandsmaß (p), ein Maß der Erhebungen pro Zoll (ppi) der linearen Entfernung quer zur Maschinenrichtung, mit einem Stiftprofilmesser gemessen, ist ebenfalls eine nützliche Messung der texturierten Arbeitswalzenoberfläche. Es hat sich herausgestellt, dass die in Fig. 2B gezeigte Walzenoberfläche von 40 RA (1,02 RAum) einen Punktzahlwert von ungefähr 500 Erhebungen pro Linearzoll (197 Erhebungen pro Linearzentimeter). Bei der bevorzugten Form der Erfindung ist es erwünscht, dass die Punktzahl im Wesentlichen in dem Bereich von 300 bis 550 Erhebungen pro Zoll (118 bis 216 Erhebungen pro cm) bleibt.
Die Eindrücke, die durch mit Wülsten texturierte Walzenoberflächen gemacht werden, sind Vertiefungen auf dem Blech 16. Wenn das Muster der Wülste auf der Walzenoberfläche in den vorgeschriebenen RA- und Punktzahlbereichen bleibt, weist ein hergestelltes Blech 16 besonders erwünschte photometrische Besonderheiten auf, die für diffuse, ungerichtete Beleuchtungsanwendungen geeignet sind. Bevorzugt weist das texturierte Blech ein texturiertes Muster auf, bei dem die Vertiefungen dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen RA-Bereich von 10 bis 55 Mikrozoll (RAum 0,254 bis 1,40 um) und eine Punktzahl von 300 bis 550 ppi (Erhebungen pro Zoll) (118 bis 216 Erhebungen pro cm) aufweisen. Besonders bevorzugt geht der RA- Bereich von ungefähr 15 bis ungefähr 36 Mikrozoll (RAum 0,38 bis 0,91 um).
Indem wir uns nun dem Effekt zuwenden, den Walzentexturen von 40 RA (1,02 RAum) und 70 RA (1,78 RAum) auf ein Blech 16 haben, nehmen wir Bezug auf Fig. 3A und 3B. Die abgebildeten Bleche können aus einer von mehreren derzeit für Beleuchtungsblech verwendeten Aluminiumlegierungen hergestellt werden. Z. B. AA 3104 und AA 5005 (bei der Aluminium Association angemeldete Legierungen) eignen sich perfekt für die vorliegende Erfindung. In Fig. 3A wird eine Reihe von vier wiedergegebenen Oberflächentopographien von vier Blechen gezeigt, wobei die Bleche auf einer ihrer Oberflächen durch eine einzelne texturierte Arbeitswalze von 70 RA (1,78 RAum) mit einer Texturierung versehen wurden, und zwar für vier ausgewählte Kaltwalzreduktionen, nämlich 3%, 5%, 10% und 15%, in der Figur von oben nach unten gelesen. Die vier mit 70 RA (1,78 RAum) gewalzten Oberflächen sind als 32, 34, 36 und 38 gekennzeichnet. In Fig. 3B werden ähnliche Abbildungen für vier von mit 40 RA. (1,02 um) texturierten Arbeitswalzen hergestellte Bleche gezeigt; wobei die Oberflächen der Bleche als 40, 42, 44 und 46 gekennzeichnet sind. Die Beschaffenheiten der in Fig. 3A und 3B dargestellten Oberflächen geben die Bedeutung der Beziehung zwischen der RA der texturierten Arbeitswalze und der Reduktion in % während dem texturierten Kaltwalzen zu erkennen. Die Walzkraft nimmt zu, wenn die Reduktion in % erhöht wird. Die Verwendung einer texturierten Arbeitswalze innerhalb der bevorzugten Bereiche, wie durch die EDT- Walze von 40 RA (1,02 RAum) dargestellt, veränderte die Rauhigkeit eines gewalzten Blechs nicht merklich in Abhängigkeit von der Reduktion in %, wodurch eine einheitliche Blechtexturierung über einen Bereich von Reduktionen in % möglich wird. Im Vergleich erhöht die Verwendung der EDT-Walze von 70 RA (1,78 RAum) die Rauhigkeit eines gewalzten Blechs, wenn die Reduktion in % zunimmt.
Wenn man sich die Oberflächentopographien der Fig. 3A und 3B ansieht, ist es ersichtlich, dass bei einer 15%igen Reduktion durch die Wülste oder Eindrücke der texturierten Walzenoberfläche geformte Vertiefungen deutlich sichtbar sind. Höhere Reduktionsstufen können eine wesentliche Abflachung der Vertiefungen hervorrufen, was seinerseits die Streuung des reflektierten Lichts reduziert. Bei einer 10%igen Reduktion zeigen Oberflächen Vertiefungen, bei denen die Abflachung weniger sichtbar ist, und die deshalb bevorzugt werden. Bei den 3%igen und 5%igen Kaltwalz- Reduktionsbedingungen behielten die texturierten Vertiefungen der texturierten Oberflächen weitgehend die Wiedergabe der texturierten Originalwalzenoberfläche als negatives Relief, nahezu ohne sichtbare Abflachung, und sind deshalb besonders bevorzugt. Man kann einen gewissen Wiedergabeverlust, bis zu 40%, in dem Blech zulassen, je nach den physikalischen Eigenschaften der Metalle des Blechs und der Walze, sowie den Verfahrensbedingungen, zu denen der Walzdruck, die Walzgeschwindigkeit, die Blechspannung und die Schmierung gehören. Entsprechend kann für ein Blech 16 mit für Beleuchtungsanwendungen geeigneten photometrischen Eigenschaften die Reduktion zwischen ungefähr 2% bis ungefähr 15% liegen. Eine bevorzugte Reduktion liegt zwischen mehr als 2% bis ungefähr 10%.
Bei bevorzugten Reduktionsstufen kann das Ausmaß oder die Frequenz einer gewissen Anzahl von hinlänglich bekannten Herstellungsproblemen verringert oder im Wesentlichen beseitigt werden. Z. B. können negative Bundverformungsprobleme im Wesentlichen für einseitige EDT-Anwendungen beseitigt werden, sowie reduzierter Walzverschleiß für größere Walzkampagnen und längeres Walzenleben. Schmutzerzeugung, d. h. Schuttwalzen, wird wesentlich verringert. Folglich können erwünschte photometrische Eigenschaften praktischer und mit geringerem Herstellungsverlust durch solche Probleme erreicht werden. Die bevorzugten Walzreduktionen minimieren auch die unannehmbare "fühlbare" Oberflächenrauhigkeit des fertigen Beleuchtungsblechs. Für einseitig EDT-gewalzte Bleche aus 0,020 Zoll (0,51 mm) dickem AA 3104-Aluminium beträgt die besonders bevorzugte Reduktion in % ungefähr 5%, wenn texturierte Arbeitswalzen verwendet werden, die ein texturiertes Muster aus 40 RA Mikrozoll (1,02 RAum) und 500 Punktzahlen pro Zoll (197 Punktzahlen pro cm) aufweisen. Für zweiseitige EDT-Bleche wird eine Reduktion von 3% unter den gleichen Blech- und Walzbedingungen besonders bevorzugt.
Wie es aus dem Vergleich jeweils der Oberflächen 32 und 34 mit den Oberflächen 40 und 42 ersichtlich ist, ist die Reduktion in % wichtig, um eine bessere Texturierungsbeschaffenheit in dem Blech zu erhalten. Auf den Oberflächen 40 und 42 wurde eine Texturierung vorgenommen 10, ohne den Umriss, die Form und das zufällige Quermuster und die Größen der texturierten Vertiefungen über die gesamten Oberflächen merklich zu stören. Im Gegensatz dazu besitzen die Oberflächen 32 und 34 noch die oben angemerkten Nachteile bezüglich de Beschaffenheit von 70 RA (1,78 RAum) der Walzenoberfläche aus Fig. 3A, auf der wesentliche Flachbereiche sichtbar sind. Es ist ebenfalls wichtig, darauf hinzuweisen, dass die Oberflächen 40 und 42 dadurch gekennzeichnet sind, dass sie über der gesamten Oberfläche zufällig gebildete Vertiefungen aufweisen, wobei die Vertiefungen eine ineinander greifende Form annehmen, die entweder wie eng nebeneinander liegende oder wie sich überlappende Dachziegeln oder Fischschuppen aussehen, wobei jede Vertiefung eine wesentliche Querbreitenabmessung im Verhältnis zur Längsachse des Blechs und eine Längenabmessung, die geringfügig größer ist als ihre Breite, wobei das Längen-/Breiten-Verhältnis ungefähr 1 : 1,5 beträgt und mit der Reduktion in % zunimmt, d. h. ein im Wesentliches gleichachsiges Muster, aufweist.
Um die photometrischen Eigenschaften, mit denen ein Metallblech durch mechanisches Texturieren versehen wird, besser zu schätzen zu wissen, wurden vergleichbare Legierungen mit und ohne texturierte Arbeitswalzen reduziert. Fig. 4A und 4B zeigen zwei stellvertretende Blechoberflächen der gleichen Abmessung und Aluminiumlegierung. Die Blechoberfläche 50 aus Fig. 4A stellt ein gewalztes Blech dar, das untexturierte, Mill-Finish-Arbeitswalzen verwendet, wie sie herkömmlicherweise verwendet werden, wobei ein gewöhnliches Kühlmittel auf Mineralölbasis verwendet wurde. Die hergestellte gewalzte Blechoberfläche ist im Allgemeinen durch lange, parallele, zufällig beabstandete, längliche, sehr seichte Erhebungen und Absenkungen 51 in der Maschinenrichtung gekennzeichnet. Entsprechend weist die Blechoberfläche 50 sehr richtungsabhängige Lichtreflexionseigenschaften auf. Im Vergleich wurde die Blechoberfläche 52 in Fig. 4B mit EDT-texturierten Walzen hergestellt und nochmals mit einem Kühlmittel auf Mineralölbasis gewalzt. Die texturierten Vertiefungen 53 werden als tief und ausgedehnt, quer angeordnet und gleichachsig gezeigt. Dieses Muster aus zufälligen Vertiefungen stellt eine wirksame Streuung des reflektierten Lichts bereit, die im Wesentlichen ungerichtet ist.

BEISPIELE

Beispiel A

EDT-texturiertes AA 3104

Ein Aluminiumblech in Bundform wurde einem Kaltreduktionswalzwerk zwischen Arbeitsrollen aus geschmiedeter Stahllegierung mit Durchmessern von 20 Zoll (508 mm) und Härtewerten von 93 bis 102 Shore C zugeführt. Das Aluminiumbund bestand aus einer AA 3104- Legierung. Das Blech erfuhr eine 5%ige Reduktion, um seine Dicke auf die erwünschte Endabmessung von 0,020 Zoll (0,51 mm) zu verringern, mit einer Spannungsstufe zwischen 44 ksi und 46 ksi (303,4 MPa bis 317,2 MPa). Die Endreduktion wurde mit einer EDT- texturierten Walze ausgeführt. Die Arbeitswalzen während der Reduktion wurden einem Kühlmittel auf Mineralölbasis ausgesetzt. Das aus dem Walzwerk 10 kommende Blech wurde wieder aufgewickelt, erfuhr eine Teilentfestigung und wurde auf die gewünschte Breite aufgeschnitten. Chemisches Oberflächenpolieren durch chemisches Glänzen und Anodisieren wurde dann auf das Blech angewandt, um ein Beleuchtungsblech, Probe A, zu ergeben. Die photometrischen Eigenschaften von Probe A sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Beispiel B

EDT-texturiertes AA 5205 mit 8%iger Endreduktion

Ein Blech aus Aluminium-AA 5205-Legierung in Bundform wurde einem Kaltreduktionswalzwerk zwischen Arbeitsrollen aus geschmiedeter Stahllegierung mit Durchmessern von 20 Zoll (508 mm) und Härtewerten von 93 bis 102 Shore C zugeführt. Das Blech erfuhr eine 8%ige Reduktion, um seine Dicke auf die erwünschte Endabmessung von 0,018 Zoll (0,46 mm) zu verringern, mit einer Spannungsstufe zwischen 22 ksi und 26 ksi (151,7 MPa bis 179,3 MPa). Die Endreduktion wurde mit einer EDT-texturierten Walze ausgeführt, die einem Kühlmittel auf Mineralölbasis ausgesetzt wurde. Das aus dem Walzwerk 10 kommende Blech wurde wieder aufgewickelt, erfuhr eine Teilentfestigung und wurde in gewünschte Breiten aufgeschnitten. Chemisches Oberflächenpolieren durch chemisches Glänzen und Anodisieren wurde dann auf das Blech angewandt, um ein Beleuchtungsblech, Probe B, zu ergeben. Die photometrischen Eigenschaften von Probe B sind in Tabelle 1 wiedergegeben.

Beispiel C

EDT-texturiertes AA 5205 mit 38% Endreduktion

Die Bedingungen für dieses Beispiel waren die gleichen wie für Beispiel B, außer dass das Blech eine 38%ige Reduktion erfuhr, um seine Dicke auf die erwünschte Endabmessung von 0,012 Zoll (0,03 mm) zu verringern, mit einer Spannungsstufe zwischen 27 ksi und 32 ksi (186,2 MPa bis 220,6 MPa). Die photometrischen Eigenschaften dieses fertigen Blechs sind in Tabelle 1 wiedergegeben, Probe C. Im Gegensatz zu Probe B zeigt Probe C die negativen Auswirkungen der großen 38%igen Enddurchgangsreduktion auf die erwünschten photometrischen Eigenschaften RS, DI und D, wobei diese Eigenschaften jedoch immer noch besser sind als die der Standard-Mill-Finish-Probe D.
Zu Vergleichszwecken wurde auch ein verfügbares Standard-Mill-Finish kaltgewalztes Blech aus AA 5205 durch chemisches Glänzen und Anodisieren zugerichtet, um die Probe D zu ergeben. Zu weiteren Vergleichszwecken wurde auch ein verfügbares einseitig glänzendes (OSB) Blech aus AA 5205 durch chemisches Glänzen und Anodisieren zugerichtet, um die Probe E zu ergeben. TABELLE 1
Das gerichtete Reflexionsvermögen (RS) ist ein Maß der reflektierten Bildqualität, wobei [0] keine Bildklarheit bedeutet, und 100 ein perfekt klares Spiegelbild angibt. Hier stellt Proben in dem bevorzugten Bereich für einen ungerichteten Beleuchtungsreflektor dar.
Die Bildausgeprägtheit (DI) ist ein ähnlicher Wert wie das gerichtete Reflexionsvermögen, wird jedoch anhand eines anderen Tests gemessen.
Das Gesamtreflexionsvermögen (TR) ist ein Maß der Lichtmenge, die von der gesamten Oberfläche reflektiert wird, wobei man von einer wirksamen parabolischen Form ausgeht. Die TR-Stufen sind von Unreinheiten in dem Metall abhängig und verteilen sich auf verschiedene Qualitätsstufen. Während ein reineres Aluminium, wie etwa eine 5205-Legierung, zu einem TR-Nennwert von 85 führen könnte, werden die für die AA 3104-Legierung im Bereich von 79 bis 80 auf der Legierungsreinheit basierend als annehmbar angesehen.
Die Richtungsabhängigkeitsmessung (D) ist ein Verhältnis des in Querrichtung reflektierten Lichts, geteilt durch das in Maschinenrichtung reflektierte Licht, wobei 1 eine absolute Richtungsunabhängigkeit aufweist. Für diese Messung wird das reflektierte Licht bei einem Reflexionswinkel zwischen 28 und 32 Grad gemessen, was 2-Grad-Reflexionsvermögen genannt wird.
Wie aus dem Obigen ersichtlich, sind die gemessenen photometrischen Eigenschaften der fünf Proben sehr unterschiedlich. Während sich das Gesamtreflexionsvermögen in Abhängigkeit von der Grundmetallreinheit nur wenig ändert, ändern sich das gerichtete Reflexionsvermögen (RS), die Bildausgeprägtheit (DI) und die Richtungsabhängigkeit (D) sehr in Abhängigkeit von der Topographie des naturharten Blechs. Nur das EDT texturierte Blech stellt die optimale Kombination aus hohem Gesamtreflexionsvermögen, geringem gerichtetem Reflexionsvermögen und Richtungsunabhängigkeit bereit. Ebenso ergaben die erfindungsgemäß hergestellten Beleuchtungsbleche für das geschulte oder ungeschulte Auge ein "angenehmeres", fast seidiges Aussehen im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Materialien, was für die Anwendung der vorliegenden Erfindung wichtig ist und bei durch andere Verfahren hergestellten Materialien fehlt.
Es versteht sich natürlich, dass sich die vorliegende Erfindung nicht auf die einzige oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern alle möglichen Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Patentansprüche einbezieht.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines texturierten Metallblechs aus Metallblechmaterial für Beleuchtungsanwendungen, wobei besagte Methode das mechanische Texturieren von mindestens einer Oberfläche des besagten Metallblechmaterials mit mindestens einer rotierenden texturierten Arbeitswalze umfasst, um mindestens eine der besagten Oberflächen des besagten Metallblechmaterials mit ungerichteten, diffus reflektierenden photometrischen Eigenschaften zu versehen, die zufällige Vertiefungen durch das besagte Texturieren über den gesamten Bereich der besagten mindestens einen Oberfläche bilden und den RA-Wert der besagten Vertiefungen mit etwa 10 bis etwa 55 Mikrozoll (0,254 bis 1,40 um) und den Point-Count-Wert besagter Vertiefungen mit 300 bis 550 Erhebungen pro Zoll (118 bis 216 Erhebungen pro cm) zu steuern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der besagten Texturierung die besagte texturierte Arbeitswalze mit einem Schmiermittel geschmiert wird, das aus einem Mineralölschmiermittel und einem Schmiermittel auf Wasserbasis gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Vertiefungen dachziegelartig übereinander angeordnet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Arbeitswalze eine texturierte Walzfläche aufweist, die durch ein elektrisches Entladungsverfahren hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Arbeitswalze aus einer Kaltreduzierwalze eines Reduzierwalzenpaars für die Dickenreduzierung des besagten Metallblechmaterials auf eine Endabmessung besteht, wobei das besagte Verfahren des weiteren darin besteht, dass das besagte Metallblechmaterial mit einer Kraft kaltgewalzt wird, die ausreicht, um das besagte Metallblechmaterial auf die besagte Endabmessung zu reduzieren, wenn das besagte Metallblechmaterial zwischen dem besagten Reduzierwalzenpaar durchläuft.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Walze des Reduzierwalzenpaars eine texturierte Arbeitswalze ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das besagte Metallblechmaterial aus einer Aluminiumlegierung besteht, und die besagte Endabmessung im Bereich von etwa 0,010 bis 0,035 Zoll (0,25 bis 0,89 mm)liegt, die dadurch erreicht wird, dass das besagte Metallblechmaterial mit einer ausreichend großen Kraft kaltgewalzt wird, um eine Reduzierung um etwa 2 bis etwa 40% des in das besagte Walzenpaars eingeführten Blechmaterials zu erreichen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Endabmessung im Bereich von 0,012 bis 0,020 Zoll (0,30 bis 0,51 mm) liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die besage Reduzierung im Bereich von über 2% bis 40% der zwischen das besagte Walzenpaar eingeführten Blechdicke liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu den besagten zufälligen Vertiefungen auch Vertiefungen gehören, die quer zu einer Längsachse der Reduzierwalze verlaufen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Vertiefungen quer zu der Längsachse der Reduzierwalzen verlaufende Bereiche haben, von denen mindestens die Mehrheit generell gleichachsige Formen aufweisen.

12. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem des weiteren ein Fertigungsschritt für das organische Beschichten des besagten Blechs vorgesehen ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem des weiteren ein Fertigungsschritt für chemisches Glänzen und Eloxierung vorgesehen ist.

14. Ein texturiertes Metallblech, das mit nichtgerichteten und diffusen photometrischen Eigenschaften für Beleuchtungsanwendungen versehen ist, die durch mechanisches Texturieren mindestens einer Oberfläche mit zumindest einer rotierenden, texturierten Arbeitswalze erreicht werden können, wobei das besagte texturierte Metallblech zufällige Vertiefungen aufweist, die generell über den gesamten Bereich der besagten zumindest einen Oberfläche vorhanden sind, wobei die besagten zufälligen Vertiefungen

- entweder Bereiche aufweisen, die quer zu einer Längsachse der texturierten Arbeitswalze verlaufen, von denen zumindest die Mehrheit generell gleichachsige Formen aufweisen,

- oder eine dachziegelartige Form bilden.

15. Texturiertes Metallblech nach Anspruch 14, das eine Endabmessung im Bereich von etwa 0,012 bis 0,020 Zoll aufweist (0,30 bis 0,51 mm) aufweist, die durch Kaltwalzen des Metallblechmaterials mit einer Kraft erreicht wird, die ausreicht, um das besagte Blechmaterial um etwa 2 bis 40% zu reduzieren.

16. Texturiertes Metallblech nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Reduzierung im Bereich von über 2% bis etwa 40% liegt.