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Werkstoffe auf Basis von Eisen und niedrig legierten Stählen haben im allgemeinen recht geringe Korrosionsbeständigkeit. Eisenteile werden daher meist mit korrosionshemmenden Überzügen, wie galvanische Schichten, Lackierungen u. dgl. versehen. Vor allem hat sich das Aufbringen von Lackschichten für den Korrosionsschutz bewährt, wobei sich moderne Verfahren der Elektrotauchlackierung bedienen, die umweltschonend arbeitet, da die Lacke überwiegend auf Wasserbasis hergestellt sind und nur gennge Mengen von beim Trocknen zu verdampfenden organischen Lösungsmitteln enthalten. Überdies kann beim Elektrotauchlackieren im Gegensatz zu anderen Lackiertechniken, wie dem üblichen Spritzlackieren, mit sehr hoher Lackausbeute gearbeitet werden.
Die zu beschichtenden Werkstücke werden nach den bekannten Verfahren der Elektrotauchlackierung als Kathode (Kataphorese) oder Anode (Anaphorese) in das Lackbad eingehängt. Durch Anlegen hoher Spannungen werden mit sehr guter Badstreuwirkung sehr gleichmässige Schichten mit nur geringem Lösungsmittelgehalt aufgebracht. Die Schichten werden dann bei erhöhten Temperaturen eingebrannt, wobei die restlichen Lösungsmittel - überwiegend Wasser - abdampfen und die aufgebrachten Kunstharze zu sehr dichten und relativ harten Schichten vernetzen. Da die Haftung der elektrophoretisch aufgebrachten Schichten auf glatten Eisenflächen gering ist, wird vor dem Lackieren eine Phosphatterbehandtung durchgeführt.
Die bekannten Verfahren der Oberflächenbeschichtung lassen sich nicht ohne weiteres auf Sintereisenteile übertragen. Sinterwerkstoffe haben meist hohe Porosität, die zum grossen Teil "offen" ist, d. h. die Poren stehen untereinander und mit der Oberfläche der Werkstücke in Verbindung. Beim Einbringen von Sintereisenteilen In flüssige Bäder werden die Poren sehr rasch gefüllt und die eingedrungene Flüssigkeit erschwert eine Aufbringung von Korrosionsschutzschichten auf die Oberfläche beträchtlich. So werden z. B. beim Galvanisieren die von den Poren aufgenommenen, salzhaltigen Bäder von den galvanischen Niederschlägen eingeschlossen und lassen sich auch durch sorgfältiges Waschen der beschichteten Werkstücke nicht mehr genügend entfernen.
Schon beim Trocknen der Teile, insbesondere aber bei späterer Korrosionsbeanspruchung, kommt es zum "Ausblühen" der Salzreste und zu einer Verstärkung der Korrosion.
Aus demselben Grund ist auch eine Phosphatierbehandiung von Sinterteilen problematisch. Die in die Porenräume eingedrungene Phosphatierungslösung ist ebenfalls praktisch nicht mehr restlos zu entfernen und verursacht Schwierigkeiten bei nachfolgenden Beschichtungsmassnahmen.
Übliche, durch Streichen, Spritzen oder Tauchen aufgebrachte Lacke dringen gleichfalls in die Poren ein. Abgesehen von einem sehr hohen Lackmittelverbrauch, werden ungleichmässig dicke Lackschichten erhalten, die Lösungsmittel dampfen nur unvollständig aus und die Oberflächenschichten werden meist blasig und unansehnlich.
Zur Vermeidung bzw. Verringerung dieser Probleme wird in der Literatur ein Porenverschluss der Sinterteile durch Imprägnieren nach verschiedenen Methoden vorgeschlagen. Diese Verfahren konnten sich aber nicht allgemein durchsetzen, da sie aufwendig und teuer sind. Daneben ist es höchstens mit grossem Aufwand möglich, überschüssige Imprägniermittel von der Oberfläche der Werkstücke zu entfernen. Beim nachfolgenden Aufbringen von Schichten stört der verbliebene Film von Imprägniermittel. Phosphatierungsmittel oder galvanische Bäder benetzen schlecht und die galvanische Abscheidung wird überdies durch die schlechte elektrische Leitfähigkeit dieser Filme gestört.
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, dass sich Eisen-Sinterteile bei einem Elektrotauchlackierverfahren anders verhalten als kompakte Eisenteile und dass sich Sinterteile nach dem erfindungsgemässen Verfahren einwandfrei mit sehr guten, korrosionsschützenden Lackschichten überziehen lassen.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen, gut haftenden Überzuges von gleichmässiger Schichtdicke und mit hervorragenden Korrosionsschutzeigenschaften auf porösen Sintermetallteilen, das da-durch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtung der Sintermetallteile entweder ohne Vorbehandlung oder nach einer Dampfblaubehandlung derselben nach an sich bekannten Verfahren der Elektrotauchlackierung erfolgt.
Die aufgebrachte Beschichtung wird eingebrannt, wobei nach einer besonderen Ausführungsform die beschichteten Sintermetallteile vor dem Einbrennen 10 - 30 min bei Temperaturen zwischen 80 und 130 C, vorzugsweise bei 100-120 C, vorgetrocknet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mittels kathodischer Elektrotauchlackierung erfolgt.
Es war nicht vorhersehbar, dass bei der Elektrotauchlackierung die Schwierigkeiten nicht auftreten, die das Beschichten von Sinterteilen nach anderen Verfahren, wie Galvanisieren oder stromloses Lackieren, erschweren bzw. unmöglich machen. Aus den Elektrophoresebädern, die in dem überwiegend aus Wasser bestehenden, salzfreie und praktisch neutralen Lösungsmittel elektrisch geladene, suspendierte Kunstharzteilchen, gefüllt mit verschiedenen Pigmenten, enthalten, werden unter dem Einfluss der angelegten hohen Spannung (200 - 400 V) sehr rasch dichte, nur wenig Lösungsmittel enthaltende, sehr gleichmässig dicke
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Lackschichten abgeschieden.
Die Poren werden schon 10 den ersten Sekunden der nur wenige Minuten dauernden Lackierbehandlung weitgehend mit Harzteilchen verlegt und es dringen nur sehr geringe Anteile des Lackbades tiefer in die Poren der Werkstücke ein. Aufgenommene Anteile des salzfreie und neutralen Lösungsmittels stören nicht. Diese verdunsten bzw. verdampfen durch die noch poröse Lackschicht beim nachfolgenden Einbrennen der Lacke restlos und rückstandsfrei. Nachträgliche Korrosionen durch aus den Poren austretende Salzreste können also nicht auftreten. Ein teures Imprägnieren und ein Porenverschluss der Sinterteile ist daher nicht erforderlich.
Der Vorteil der Elektrotauchlackierung, sehr gleichmässige Schichten zu bilden, kommt vor allem bei den Sinterteilen zum Tragen. Die elektrophoretisch abgeschiedenen Harzschichten weisen einen hohen elektrischen Widerstand auf, d. h. die elektrophoretische Abscheidung kommt an den Stellen, an denen schon dickere Lackschichten entstanden sind, zum Stillstand, während an Stellen, die noch ungenügend gedeckt sind, die Lackabscheidung fortschreitet. Es werden auch die oberflächennahen, gröberen Poren dicht mit Harz gefüllt, ebenso ist die "Streufähigkeit" der Lackbäder sehr gut, d. h. auch Kanten, Winkel, Bohrungen u. dgl. werden gut und gleichmässig beschichtet.
Je nach der Zusammensetzung der Bäder und den Beschichtungsbedingungen werden Lackschichten zwischen etwa 10 und 40 um erhalten, die über die gesamte Oberfläche der oft kompliziert geformten Sinterteile sehr gleichmässige Dicke aufweisen.
Überraschenderweise ergibt die Elektrotauchlackierung von Sinterteilen im Gegensatz zur Lackierung von glatten Eisenoberflächen auch ohne Vorbehandlung eine gute Haftung der Lackschichten. Während bei glatten Oberflächen die Lackschichten nur wenig haften, können sie sich bei den Sinterteilen in den oberflächennachen Poren "verklammern" und es wird eine gute Haftung erreicht, die sogar mit steigender Porosität der Sinterteile besser wird. Die bei kompaktem Eisen zur Haftverbesserung erforderliche Vorbehandlung durch Phosphatieren, die aus den schon erwähnten Gründen bei Sinterteilen Probleme macht, kann also entfallen und eingespart werden.
Aus Beschichtungsversuchen an Werkstücken, die mittels einer, bei Sinterwerkstoffen oft angewandten Dampfblaubehandlung, d. h. das Aufbringen einer dünnen Schicht von elektrisch leitendem Magnetit (Fe304) durch eine Behandlung der Teile mit überhitztem Wasserdampf bei Temperaturen zwischen 450 und 600 C vorbehandelt waren, ergab sich, nicht vorhersehbar und überraschend, eine entscheidende Verbesserung der Qualität einer elektrophoretisch aufgebrachten Lackschicht. Die Magnetit schicht stört wegen ihrer elektrischen Leitfähigkeit die elektrophoretische Lackabscheidung nicht. Die rauhen Magnetitschichten ergeben einen ausgezeichneten Haftgrund, ähnlich dem von Phosphatschichten auf glatten Oberflächen von porenfreien Eisenwerkstücken.
Die Probleme des Phosphatierens, d. h. das Verbleiben von Salzresten in den Poren, sind bei der Dampfblaubehandlung nicht gegeben. Die Verbesserung der Haftung wirkt sich vor allem bei Sinterwerkstoffen mit geringer Porosi-tät aus, bei denen die Verklammerung der Lackschichten in den Poren weniger wirksam ist. Bei der Dampfblaubehandlung werden die Poren der Sinterwerkstoffe zum Teil geschlossen ; die gleichzeitige Aufrauhung der Oberflächen überkompensiert den Verlust an Haftung durch die geringer gewordene Porosität.
Diese Wirkung der Dampfblaubehandlung ist neu. Eine Dampfblaubehandlung von Eisenteilen zur Verbesserung der Haftung von Lackschichten ist nicht bekannt und wurde auch bei kompakten, porenfreien Eisenwerkstücken noch nicht untersucht.
Wie erwähnt, werden die im Elektrophoresebad beschichteten Teile "eingebrannt". Sie werden aus dem Lackbad entnommen, anhaftende Badreste vom noch feuchten, aber dichten und griffesten, elektrophoretisch aufgebrachten Überzug mit neutralem, salzfreie Wasser abgewaschen, rasch in einen Umluftofen eingebracht und bei Temperaturen zwischen etwa 130 und 200 C eingebrannt. Bei beschichteten Sinterteilen, vor allem Teilen mit hoher Porosität, kann es jedoch beim Einbrennen nach dem üblichen Verfahren zur Bildung von Blasen kommen. Die in denPoren eingeschlossenen Lösungsmittelreste können den Lackfilm aufblasen.
Die Blasenbildung bei den beschichteten Sinterwerkstoffen wird erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass die Teile nicht sofort in den Einbrennofen eingebracht, sondern 10 - 30 min bei einer Temperatur von 80-130 C, vorzugsweise 100-120 C, vorgetrocknet und erst danach bei üblicher Einbrenntemperatur behandelt werden.
Erfindungsgemäss ist die Vortrocknungstemperatur, abhängig von der Zusammensetzung der Lackierbäder, so zu wählen, dass die in die Poren eingedrungenen Lösungsmittel rasch verdampfen, dass aber die Lackschichten bei der Vortrocknungstemperatur noch nicht zu vernetzen beginnen und infolgedessen dampfundurchlässig werden. Bei Sinterteilen mit geringer Porosität, bei denen nur wenig Lösungsmittel in die Poren eindringt, kann auf die Vortrocknungsbehandlung verzichtet werden.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden auf Sinterteilen, auch mit hoher Porosität, sehr glatte, gut aussehende, gut haftende und ausgezeichnet korrosionsschützende Überzüge erhalten.
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Beispiel 1 :
Ein Sinterwerkstoff aus Reineisen mit einer Pressdichte von 6, 8 g/cm3 (entspricht etwa 13, 5 % Porosität) wird trocken und ohne Vorbehandlung in ein Kataphoresebad (STOLLAQUID G 1083 der Fa. Herberts Austria GmbH) eingetaucht und 3 min mit einer Badspannung von 270 V beschichtet. Die aus dem Bad ausgehobenen Sinterteile werden kurz mit kaltem, deionisiertem Wasser abgesprüht, 20 min bei 1200C vorgetrocknet und schliesslich in einem Luftumwälzofen 20 min bei 1800C eingebrannt. Es wird eine sehr glatte Lackschicht mit einer Schichtdicke von durchschnittlich 20 um erhalten.
Die Lackschicht haftet ausgezeichnet (Gitterschnittprobe nach DIN 53 151, GT-O). Nach 240 h Salzsprühtest nach DIN 50 021 SS ist nur minimal Rostung zu beobachten (Rostgrad nach DIN 53210, Ri1). Die Haftung ist auch nach dem Salzsprühtest ausgezeichnet und Unterrostungen an, vor dem Korrosionstest eingebrachten Schnitten, treten höchstens in geringem Ausmass auf. Die Prüfung erfolgt durch Kreuzschnitt bis zum Untergrund vor dem Korrosionstest und Abreissprobe mit Klebeband nach dem Korrosionstest (Wd : 1 mm nach DIN 53 167).
Beispiel 2 :
Ein Eisen-Kupfer-Sinterwerkstoff mit 2 % Kupfer und einer Pressdichte von 6, 4 g/cm3 (entspricht 18, 5 % Porosität) wird auf übliche Weise 4 h bei 5000C mit überhitztem Wasserdampf einer Dampfblaubehandlung unterzogen und anschliessend, wie in Beispiel 1 beschrieben, 3 min bei 300 V Badspannung kataphoretisch beschichtet. Die Schichten werden vorgetrocknet und eingebrannt, wodurch eine Schichtdicke von durchschnittlich 25 um erhalten wird. Die Haftfestigkeit und die Korrosionsschutzwirkung der Schicht sind
EMI3.1
Wd : 0 - 1Beispiel 3 :
Ein Eisen-Sinterwerkstoff mit einer Pressdichte von 7, 2 g/cm3 (entspricht 8, 4 % Porosität) wird nach einer Dampfblaubehandlung auf übliche Weise in einem anaphoretischen Lackierbad (STOLLAQUID G 1044 der Fa.
Herberts Austria GmbH) 3 min bei 270 V Badspannung behandelt und die Beschichtung ohne Vortrocknen eingebrannt. Wie bei den anderen Beispielen werden glatte, fest haftende und ausgezeichnet korrosionsschützendeschichten erhalten (270 h Salzsprühtest nach DIN 50 021 SS, Wd : 0 mm nach DIN 53
EMI3.2
209 : m0g0).Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines geschlossenen, gut haftenden Überzuges von gleichmässiger Schicht- dicke und mit hervorragenden Korrosionsschutzeigenschaften auf porösen Sintermetallteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Sintermetallteile entweder ohne Vorbehandlung oder nach einer Dampfblaubehandlung derselben nach an sich bekannten Verfahren der Elektrotauchlackierung erfolgt.