AT392088B - Bad fuer die herstellung von ueberzuegen auf metallblechen mit hoher stanzbarkeit - Google Patents
Bad fuer die herstellung von ueberzuegen auf metallblechen mit hoher stanzbarkeit Download PDFInfo
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Description
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine neue Art von Überzugsbad für die Herstellung von gut stanzbaren Überzügen auf Metallblechen im allgemeinen und im speziellen auf solchen Metallblechen, die zur Herstellung von Keinen für elektrische Maschinen verwendet werden. Für die Herstellung dieser Kerne wird das dünne Stahlblech, das mit einem geeigneten Überzug versehen ist, entsprechend der Zeichnung oder der erforderlichen Form ausgestanzt und die Stanzstücke werden zu Paketen übereinander geschichtet, um den Schichtkem auszubilden.
Aus einer ganzen Reihe von den Fachleuten bekannten Gründen muß die Kante des ausgestanzten Bleches ein sehr sauberes Profil aufweisen; mit steigender Anzahl der mit der Stanzform ausgeführten Stanzvorgänge ist es jedoch praktisch unmöglich, die Bildung von Graten an den ausgestanzten Kanten und eine steigende Zunahme deren Größe zu vermeiden.
Die maximal tolerierte Größe dieser Grate ist unterschiedlich, in Abhängigkeit von den für das Endprodukt festgelegten Qualitätsanforderungen, doch kann eine Grenze von etwa 50 pm als ein guter Kompromiß zwischen der Qualität der hergestellten Kerne und der Wirtschaftlichkeit der Stanzvorgänge angesehen werden.
Zur Erhöhung der Anzahl der Stanzschritte, die mit einer Stanzform ausgeführt werden können, bevor diese abgebaut und nachgeschärft werden muß, kann die Härte der Stanzform durch Verwendung harter, Wolframcarbid oder Kobalt enthaltender Legierungen anstelle von normalem Stahl für die Formen erhöht werden, oder es kann das Metallblech beeinflußt werden, indem dieses in irgendeiner Weise leichter durchtrennbar ausgebildet wird und indem, kurz gesagt, die Schmiermitteleigenschaften des isolierenden Überzuges auf dem Blech verbessert werden.
Dieser letztgenannte Lösungsversuch führte dazu, daß die anorganischen Überzüge auf Phosphatbasis, welche eine Gebrauchsdauer von 50000 bis 70000 Stanzvorgängen für Stahlformen ergaben, durch vollständig organische Überzüge ersetzt wurden, welche bis zu 300000 Stanzvorgänge mit einer Stahlstanzform erreichen ließen. Diese Überzüge wiesen jedoch Nachteile auf, wie eine Instabilität bei über 350 bis 400 °C liegenden Temperaturen, welche beispielsweise ein Spannungsfreiglühen der ausgestanzten Bleche oder ein Verschweißen der Außenkante von Kernen für Statoren von rotierenden elektrischen Maschinen verhindert.
Die nachfolgenden anorganischen oder gemischt anorganisch-organischen Überzüge auf der Basis von Chromsäure oder deren Derivaten führten zu deutlichen Vorteilen hinsichtlich der Stanzbarkeit, doch blieben einige schwerwiegende Probleme bestehen. Zufolge der durch Chrom verursachten Verunreinigung und Umweltbelastung ist es unerläßlich, kostspielige Anlagen für die Behandlung von Beschichtungsbadresten und zum Schutz der Arbeitsumwelt voizusehen. Hinzu kommt, daß das hohe Oxidationsvermögen von Chromsäure und deren Derivaten die Stabilität von Beschichtungsbädem gefährdet, welche organische Harze enthalten, und, auf lange Zeit gesehen, auch die Stabilität der gebildeten Überzüge gefährden kann.
Die gute Stanzbarkeit der Chromate enthaltenden Überzüge, welche insbesondere im Falle der neuen Einschicht-Überzugstypen eine Lebensdauer der Stanzform von über eine Million Stanzvorgängen ermöglichen, welche Zahl bisher durch keine andere Beschichtungstype erreicht werden konnte, führt jedoch dazu, daß die Hersteller die höheren Kosten und die größeren Schwierigkeiten, die mit der Verwendung solcher Überzüge verbunden sind, in Kauf nehmen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Zustand dadurch zu verbessern, daß ein neues Übeizugsbad für Stahlbleche für eine elektrische Anwendung vorgeschlagen wird, wobei der Überzug sehr gute elektrische Isolierung und eine sehr gute Stanzbarkeit aufweist. Der Überzug ist verhältnismäßig billig, wärmebeständig und leicht auf das Blech auftragbar, gleichzeitig über lange Zeit beständig, schweißbar, nicht verunreinigend und nicht toxisch.
Diese Zielsetzungen werden mit diesem neuen anorganisch-organischen Überzugsbad erreicht, worin der anorganische Teil des Bades aus wenigstens einer Verbindung, ausgewählt unter Phosphorsäure und ihren wasserlöslichen Derivaten, besteht, während der organische Teil aus einem mit den Phosphorsäureionen verträglichen synthetischen Harz besteht. Das Harz ist von jener Type, welche stabile Suspensionen oder wässerige Emulsionen ausbildet, und kann vorteilhaft aus einer Gruppe ausgewählt sein, die Acrylharze und ihre Polymere, Copolymere und Ionomere, Ethylenvinylacetat-Copolymere und wärmehärtende Epoxyharze von jener Type umfaßt, die als Grundierung für die Lackierung von Autokarosserien verwendet wird.
Aus der Literatur sind zahlreiche Überzugsbäder für Metallbleche bekannt, die in unterschiedlichen Zusammensetzungen u. a. auch Phosphorsäure und ein organisches Harz enthalten.
So beschreibt die AT-PS-335 245 ein Verfahren zur Herstellung eines einen Haftgrund bildenden Rostschutzmittels, die EP-A1-0 091 166 hat ein Verfahren zum Behandeln von Metalloberflächen zwecks Verbesserung des Korrosionsschutzes und der Lackhaftung zum Gegenstand, die EP-A1-0 033 417 betrifft ein Verfahren und eine Zusammensetzung für den Korrosionsschutz, die DD-PS-80 653 stellt ein Verfahren zum Präparieren metallischer Betonbearbeitungs- und Transportgeräte gegen anhaftenden Beton und Zement zur Verfügung und die JP-OS-56 29 678 bezieht sich auf einen Isolierüberzug, der ein organisches Harz, Chromat und Phosphat enthält. In diesen Literaturstellen findet sich jedoch keine wie immer geartete Anregung, die zu der vorliegenden Erfindung führen könnte, welche sich mit dem Problem der Stanzbarkeit von Stahlblechen beschäftigt und hiefür, ausgehend von dem zuvor dargelegten Stand der Technik, eine neue technisch vorteilhafte Lösung findet.
Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Überzugsbades, auf Trockenbasis bezogen, liegt innerhalb der folgenden Bereiche: anorganischer Teil 60 bis 95 Gew.-%, organischer Teil 5 bis 40 Gew.-%. Diese
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Zusammensetzungsbereiche ergeben einen guten Kompromiß zwischen Stanzbarkeit und Schweißbarkeit; eine Zunahme des organischen Anteils führt zu einer Verbesserung der Stanzbarkeit und zu einer Verschlechterung der Schweißbarkeit Der soeben angegebene Zusammensetzungsbereich ist aber nicht als der einzig mögliche anzusehen. Es ist beispielsweise durchaus vorstellbar, daß spezielle Anwendungsgebiete von Harzen und/oder neue Harzformulierungen und/oder spezielle Kostenbedingungen der Komponenten und/oder ein nur auf einige wenige Eigenschaften beschränktes Interesse für den Überzug und ähnliche Gesichtspunkte Modifikationen des
Das Bad für die Anwendung des Überzuges ist vom Wasser-Basis-Typus, dessen Gehalt an aktiven Komponenten in dem Bereich von 10 bis 30 Gew.-% liegt
Auch diese Grenzwerte können jedoch modifiziert werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der angewendeten Beschichtungsanlage. In einer Anlage, in welcher Bandmaterial zwischen Quetschwalzen durchgeführt wird, kann die Konzentration der aktiven Komponenten in dem Bad umso höher sein, je größer der von den Walzen ausgeübte Druck ist
Es ist jedoch zu bedenken, daß die Stärke des Endüberzuges unter 2 μτη betragen muß, vorzugsweise zwischen 0,5 und 1 pm, weil mit diesem Bereich ein guter Stapelfaktor in den Kernen erreicht werden kann, während sichergestellt ist, daß der Überzug sehr gute Eigenschaften hinsichtlich Obeiflächenaussehen, Adhäsion, Stanzbarkeit elektrische Isolierung und Schweißbarkeit aufweist
Wie bereits erwähnt, muß das ausgewählte Harz mit einer Lösung von Phosphorsäure oder ihren wasserlöslichen Derivaten verträglich sein. Dies bedeutet, daß beim Vermischen der wässerigen Harzsuspension oder -emulsion mit dem anorganischen Teil des Beschichtungsbades keine deutlichen Änderungen in seinen physikalischen Eigenschaften auftreten dürfen, und zwar weder sofort noch nach langer Zeit Diese Forderung ist nicht leicht zu erfüllen, weil bei der Bildung des Uberzugsbades viele Harze ausfallen oder das ganze Bad zum Gelieren bringen.
Zur weiteren Charakterisierung der vorstehend als in der vorliegenden Erfindung verwendbar bezeichneten Harze kann angeführt werden, daß die Emulsionen auf Acrylharzbasis von der mit nichtionischen oberflächenaktiven Mitteln stabilisierten Type sein müssen, während im Falle von Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren die Emulsion nicht mit Polyvinylalkohol stabilisiert sein darf oder auch mit Borax keine Reaktion ergeben darf. Warmhärtende Epoxyharze wiederum müssen von der mit Phosphorsäure neutralisierten Type sein.
Die vorstehenden Harze sind erfolgreich ausprobiert worden. Es könnten jedoch auch andere Harzarten verwendet werden, beispielsweise Harze auf Polyvinylchloridbasis, wobei die einzige Forderung darin besteht, daß sie gegenüber Phosphorsäure und deren wasserlöslichen Derivaten beständig sein müssen.
In dem Überzug spielt das Harz tatsächlich eine zweifache Rolle: Es wirkt als ein Schmiermittel, zufolge seines organischen Aufbaus, und es wirkt als ein Bindemittel für den anorganischen Teil, um das Wegbrechen von anorganischen Teilchen in der Schneidezone zu vermeiden, welche eine abrasive Wirkung auf die Stanzform ausüben würden.
Es folgt daraus, daß die Art oder Klasse von Harzen, die verwendet werden können, auf die Endeigenschaften des Überzuges keinen wesentlichen Einfluß hat.
Die an einer Versuchsanlage ausgeführten Überzugstests führten zu den in der folgenden Tabelle schematisch dargestellten Ergebnissen: Überzugsbad Überzugsstärke, pm Anzahl der Stanzvorgänge Schweiß barkeit Isolierung, Ω x cm H3P04,10 %ig 211kg Harz A 8 kg 0,9 1,3 . 106 1 10-20 HoP04,10 %ig 211kg Harz A16 kg 1 1,8. 106 0,76 30-50 H3PO4,10 %ig 211kg Harz B 8 kg 0,6 1,1. 106 1 10-20 -3-
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Tabelle-Fortsetzung Überzugsbad Überzugsstärke, |im Anzahl der Stanzvorgänge Schweiß barkeit Isolierung, Λ fixem A1(H2P04)3,10 %ig 203 kg Harz B 6kg 0,8 OO H-» 1 10-15 H3PO4,10%ig 211kg Harz C11 kg 0,6 1,3.106 0,9 15-30 A1(H2P04)3,10 %ig 203 kg Harz C 6 kg 0,8 9.105 1 10-15 25
Erläuterungen zur Tabelle: - H3PO4,10 %ig ist eine wässerige Lösung mit einem Gehalt an 10 Gew.-% H3PO4 - AlCHjPO^· 10 %ig ist eine wässerige Lösung mit einem Gehalt an 10 Gew.-% Al^PO^ 30 - Harz A ist ein Polyacrylharz vom Methylmethacrylat-Typus in wässeriger Emulsion mit einem Gehalt an 50 Gew.-% (Handelsbezeichnung: Crilat 2454, Montedison) - Harz B ist ein Ethylen-Vinylacetat-Harz in einer wässerigen Emulsion mit einem Gehalt an 55 Gew.-% (Handelsbezeichnung: Airflex410, Air Products and Chemical Inc.) - Harz C ist ein warmhärtendes, pigmentfreies Epoxyharz für die Kataphorese, neutralisiert mit H3PO4, in 35 wässeriger Emulsion mit einem Gehalt von 50 Gew.-% (Handelsbezeichnung: Type 779205, IVI) - Anzahl der Stanzvorgänge ist jene erreichbare Zahl von Stanzschritten, die mit einer Stahl-Stanzform mit einem rechteckigen Querschnitt von 2 x 1 cm ausgeführt werden können, bevor ein Grat von über 50 μιη Höhe auf dem ausgestanzten Blech gebildet wird. - Schweißbarkeit ist das Verhältnis der Schweißgeschwindigkeit an einem Stapel von Stanzprodukten, die 40' gemäß der vorliegenden Erfindung überzogen sind, zu der Schweißgeschwindigkeit an einem identischen Stapel von Blechen, die bloß phosphatiert worden sind; das Schweißen wird bei der maximalen Geschwindigkeit ausgeführt, die eine lunkerfreie Schweißnaht ergibt - Isolierung ist der Isolierungsweit, gemessen nach dem ASTM-Franklin-Test. 45 Die vorstehend beschriebenen Überzüge wurden durch Eintauchen des Bleches (nicht orientierter Siliciumstahl mit einem Gehalt an 0,5 bis 3,1 Gew.-% Si) in das Beschichtungsbad bei Raumtemperatur und anschließendes Einbrennen an Luft bei 260 °C während 15 Sekunden erhalten. Überdies halten sie ein Spannungsfreiglühen der ausgestanzten Bleche bei 830 °C in einer neutralen Atmosphäre aus.
Die Überzüge können mittels des Bades gemäß der Erfindung auf jeden beliebigen Stahl aufgebracht werden, 50 vorzugsweise auf zum Stanzen vorgesehene Qualitäten. Der Überzug besteht aus einem noch nicht bestimmten komplexen Gemisch aus Phosphaten (von Eisen und anderen Elementen wie Aluminium, Calcium, Magnesium usw., die von wasserlöslichen Salzen der Phosporsäure stammen) und von mit Phosporsäureionen verträglichen i
Harzen. 55
Claims (5)
- AT 392 088 B PATENTANSPRÜCHE 1. Überzugsbad für die Herstellung von Überzügen mit hoher Stanzbarkeit auf Metallblech, insbesondere Stahlblech, bestehend aus einem Gemisch von wässerigen Lösungen wenigstens einer anorganischen Verbindung, ausgewählt unter Phosphorsäure und deren wasserlöslichen Derivaten, und von mit Phosphorsäureionen verträglichen synthetischen Harzen, wobei der Gehalt des Bades an aktiven Komponenten von 10 bis 30 Gew.-% beträgt und der Rest Wasser ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Komponenten von 60 bis 95 Gew.-% anorganischen Teil und von 5 bis 40 Gew.-% organischen Teil umfassen.
- 2. Überzugsbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Teil aus Harzen auf Acrylbasis besteht.
- 3. Überzugsbad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Harze auf Acrylbasis in wässeriger, durch nichtionische oberflächenaktive Mittel stabilisierter Emulsion vorliegen.
- 4. Überzugsbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Anteil aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymerharzen besteht 5. Überzugsbad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ethylen-Vinylacetat-Copolymerharze in wässeriger, mit Borax keine Reaktion ergebender Emulsion vorliegen. 6. Überzugsbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Anteil aus warmhärtenden Epoxyharzen besteht. 7. Überzugsbad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die warmhärtenden Epoxyharze in wässeriger Emulsion vorliegen und mit Phosphorsäure neutralisiert sind.
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