DE102005026409A1

DE102005026409A1 - Verfahren zur Reinigung eines Metallkörpers

Info

Publication number: DE102005026409A1
Application number: DE200510026409
Authority: DE
Inventors: Lothar Zapf
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-09
Also published as: DE102005026409B4

Abstract

Bei einem Verfahren zur Reinigung eines Metallkörpers, insbesondere eines Magnetkörpers, bei dem der Metallkörper in einem Säurebad gereinigt wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Säurebad wenigstens ein Stoff zugesetzt wird, durch dessen Reaktion mit einem weiteren im Säurebad befindlichen Stoff ein Gas freigesetzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Metallkörpers.

Metallkörper, die zu vielerlei Zwecken in der Technik eingesetzt werden, unterliegen vielfach der Korrosion. Dies gilt insbesondere für magnetische Werkstoffe und besonders solche die Seltene Erden als Bestandteil aufweisen. Aus diesem Grunde werden die genannten Körper passiviert, das heißt korrosionshemmend oder -hindernd beschichtet. Um eine entsprechende Beschichtung zuverlässig und dauerhaft aufbringen zu können, müssen die Metallkörper beziehungsweise Magnetkörper vorher gründlich gereinigt werden. Dabei können an den Metallkörpern von vorangehenden Bearbeitungsschritten wie beispielsweise der spannenden Bearbeitung, dem Schleifen oder ähnlichen Schritten Stoffe anhaften, die schwierig zu entfernen sind wie beispielsweise Kühl- oder Schmierstoffe und Schleifschlamm. Dies ist insbesondere auch dann schwierig, wenn die Metallkörper feine Bohrungen, enge Öffnungen, Ausnehmungen, insbesondere Hinterschneidungen und jede Art von Spalten aufweisen. Diese sind besonders schwierig zu reinigen.

Es ist üblich, die Metallkörper vor der Passivierung zu „beizen", das heißt diese einer aggressiven Säure auszusetzen, um alle Fremdbeschichtungen zu entfernen und die Oberfläche für die Passivierung optimal vorzubereiten.

Zu diesem Zweck wird ein derartiger Metallkörper in ein Säurebad eingebracht, wo die Säure mit den zu entfernenden Stoffen und mit der Oberfläche des Körpers in Wechselwirkung tritt. Diese Wechselwirkung ist jedoch insbesondere in den engen Spalten beziehungsweise Ausnehmungen in ihrer Wirkung begrenzt, da dort das Säureangebot schnell aufgebraucht ist und ein Flüssigkeitsaustausch nur sehr begrenzt stattfindet. Dies verlängert entweder die Prozesszeit, die der Metallkör per in dem Säurebad zubringen muss oder die Reinigung findet nicht im gewünschten Grad statt.

Es können sich dann in den engen Ausnehmungen salzhaltige Korrosionsprodukte bilden oder es bleiben Kühl- bzw. Schmierstoffe auf den Oberflächen. Es hat sich gezeigt, dass hier auch eine Hochdruckanwendung der Säure kaum Abhilfe schaffen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren zur Reinigung eines Metallkörpers, bei dem dieser in einem Säurebad gereinigt wird, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine zuverlässige, dauerhafte und gründliche Reinigung mit einfachen technischen Mitteln zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass dem Säurebad wenigstens ein Stoff zugesetzt wird, durch dessen Reaktion mit einem weiteren im Säurebad befindlichen Stoff ein Gas freigesetzt wird.

Das Gas wird naturgemäß in Gasblasen im Säurebad freigesetzt und zwar überall dort, wo die Stoffe miteinander reagieren, das heißt gleichmäßig über das Volumen des Säurebades verteilt.

Die nachfolgende Bewegung von Gasbläschen findet entsprechend auch in engen Spalten und Ausnehmungen statt. Die Gasbläschen bewegen sich durch das Säurebad, reißen Schmutzpartikel und andere Stoffe, die sich auf der Oberfläche des Metallkörpers befinden, mit und bewirken gleichzeitig eine Bewegung der Flüssigkeit des Säurebades auch innerhalb der engen Zwischenräume/Spalte des Metallkörpers. Hierdurch bleibt das Angebot an Säure im Bereich der engen Zwischenräume/Spalte des Metallkörpers erhalten und es kann eine nachhaltige Reinigung dort erfolgen.

Es ist dabei darauf zu achten, dass sowohl die verwendete Säure als auch Reaktionsprodukte nicht in unerwünschter Form mit den Materialien des Metallkörpers wechselwirken.

Für die Reinigung insbesondere von Magnetkörpern, die Seltene Erden enthalten, hat sich Salpetersäure bewährt. Dieser kann vorteilhaft Amidosulfonsäure oder Harnstoff zugesetzt werden. Die bei der Einwirkung der Salpetersäure entstehende salpetrige Säure (HNO₂) wird mit der Amidosulfonsäure oder dem Harnstoff unter Freisetzung von Stickstoff oder Kohlendioxid umgesetzt, das in Form von Gasbläschen in ausreichender Menge entsteht, um den erfindungsgemäßen Effekt in ausreichendem Maß zu verwirklichen. Dabei wird Amidosulfonsäure bevorzugt, da die entsprechende Reaktion schneller verläuft als die mit Harnsäure und entsprechend eine höhere Gasentwicklung pro Zeiteinheit erreicht wird.

Die dem beschriebenen Vorgang zugrunde liegenden stöchiometrischen Gleichungen lauten wie folgt:
Bei der Reaktion von Salpetersäure mit NdFeB wird Salpetersäure zu salpetriger Säure reduziert. Fe → Fe²⁺ + 2e^–; Nd → Nd³⁺ + 3e^–; B + 3H₂O → B(OH)₃ + 3H⁺ + 3e^– HNO₃ + 2H⁺ + 2e^– → HNO₂ + H₂O (Gleichung 1a–d)

Salpetrige Säure setzt in stark saurer Umgebung das reaktive Nitrosylkation (NO⁺) frei. HNO₂ + H⁺ → H₂O + NO⁺ (Gleichung 2)

Das Nitrosylkation reagiert mit Amidosulfonsäure beziehungsweise Harnstoff in der folgenden Weise: NO⁺ + H₂N – SO₃H → H₂SO₄ + H⁺ + N₂ (Gleichung 3) 2NO⁺ + H₂NCONH₂ → 2N₂ + CO₂ + H₂O + 2H⁺ (Gleichung 4).

Die Gasentwicklung entsprechend dieser Reaktionsfolge ist ausreichend, um für einen sicheren Säureaustausch in sehr engen Spalten und Ausnehmungen des Metallkörpers infolge der feinsten Gasbläschenbildung zu sorgen. Dadurch wird die Reinigungswirkung der Salpetersäure in diesen kritischen Bereichen stark verbessert.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Säurebad zwischen 1 und 40%, vorzugsweise zwischen 3 und 30% Salpetersäure enthält.

Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Säurebad zwischen 0,5 und 10%, vorzugsweise zwischen 1 und 5% Aminosulfonsäure enthält. Prozentangaben bedeuten im Zusammenhang der vorliegenden Ausführungen üblicherweise Volumenprozent.

Zusätzlich können dem Säurebad zur Herabsetzung der Oberflächenspannung Tenside zugesetzt werden. Vorteilhaft ist der Tensidanteil geringer als 5 Volumenprozent. Als Tenside können Alkylphenolethoxylate oder langkettige Alkanolethoxylate verwendet werden.

Das beschriebene erfindungsgemäße Reinigen eines Metallkörpers kann sich als Prozessschritt in die gesamte Bearbeitung eines Metallkörpers einfügen, indem dieser zunächst spanend bearbeitet wird, was das Bearbeiten in Drehbänken, das Abschleifen und ähnliche Bearbeitungsmethoden einschließt inklusive Schweißmethoden und ähnlichem, dass danach eine Reinigung in der beschriebenen Weise stattfindet und dass der Metallkörper darauf durch die Beschichtung mit einem korrosionshemmenden Stoff passiviert wird.

Durch die dank der Erfindung wesentlich verbesserte Reinigung kann auch die nachfolgende Passivierung perfektioniert werden, so dass eine nachfolgende Korrosion besser als bisher verhindert wird. Beispielsweise sind Ausnehmungen zur Aufnah me von Achsen, Lagern und ähnlichem nicht mehr notwendigerweise zu vergießen beziehungsweise zu versiegeln, wenn die entsprechende Passivierung genügend gut ist. Dies erleichtert auch die nachfolgende Verarbeitung der erfindungsgemäß bearbeiteten Metallkörper.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch die Ausnehmung in einem Metallkörper während der Behandlung im Säurebad.
Mit 1 ist in der Figur der Metallkörper bezeichnet, der aus NdFeB besteht. In diesen ist eine Ausnehmung 2 eingebracht, die eine Hinterschneidung 3 aufweist. Im Bereich der Hinterschneidung 3 ist die Ausnehmung besonders schwierig zu reinigen. Der Magnetkörper 1 befindet sich im Säurebad und die Ausnehmung 2 ist vollständig mit den Substanzen des Säurebades gefüllt.
Es sind Gasbläschen in Form von Kreisen dargestellt, die durch Reaktion der Substanzen des Säurebades auch in der Ausnehmung 2 entstehen und in Richtung der nach oben gerichteten Pfeile 4, 5 aufsteigen. Dabei reißen sie Schmutzpartikel und auch die Substanzen des Säurebades nach oben mit und im Gegenzug strömt in Richtung des Pfeiles 6 neue unverbrauchte Flüssigkeit des Säurebades in die Ausnehmung 2 hinein, so dass dort zur Auflösung der Schmutzbeschichtung immer genug unverbrauchte Substanz des Säurebades bereitsteht. Dadurch kann die Reinigung der Oberflächen des Metallkörpers 1 auch im Bereich der Ausnehmung 2 und ihrer Hinterschneidung 3 gewährleistet werden.
Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele für die Erfindung detailliert geschildert.

1. Ein röhrchenförmiges Werkstück aus NdFeB mit den Abmessungen: Außendurchmesser = 2 mm, Innendurchmesser = 0,4 mm und Länge = 5 mm wurde nach der mechanischen Bearbeitung zunächst mit Waschbenzin öl- und fettfrei gespült und getrocknet. Anschließend wurde das Werkstück in einer Lösung aus 1 Volumenteil Salpetersäure 53%, 10 Volumenteile Wasser, 3 Volumenprozent Amidosulfonsäure sowie 0,5% Isotridecanolethoxylat behandelt. Nach einer Behandlungszeit von drei Minuten wurde gut mit VE-Wasser gespült und der Innendurchmesser mittels Pressluft ausgeblasen. Das Spülen erfolgt durch 3-maliges Eintauchen des Werkstücks in VE-Wasser. Nach jedem Tauchen lässt man die Spalte leerlaufen. Anschließend wurde die Oberfläche des Magnetkörpers durch Phosphatieren passiviert. Dann wurde der Magnetkörper gespült und getrocknet. Eine Inaugenscheinnahme der Oberfläche im Innenbereich des Röhrchens zeigte, dass diese absolut frei von losen und anhaftenden Schleifrückständen und absolut rostfrei war.
2. Mit Hilfe einer Drahtsäge wurde in einen Magnetkörper aus NdFeB der Höhe 30 mm ein 0,2 mm breiter und 25 mm tiefer Spalt eingebracht. Der Magnetkörper wurde wie unter 1 beschrieben gereinigt. Als Säurebad diente ein Gemisch von 1 Volumenteil Salpetersäure (53%), 6 Volumenteilen Wasser, 5% Amidosulfonsäure und 1% Nonylphenolethoxylat. Die Reinigungszeit betrug fünf Minuten. Nach dem Reinigen, Passivieren und Trocknen wurde der Block am Spalt zerbrochen und das Innere des Spaltes optisch begutachtet. Die Beurteilung der Oberflächensauberkeit erfolgte durch Abkleben mittels Klebeband. Im Ergebnis zeigte sich, dass der Reinigungszustand im Spalt vergleichbar dem Reinigungszustand an den Außenseiten des Quaders war. Schleifschlammrückstände oder Rostspuren waren nicht erkennbar.
3. Vergleichsversuche ohne die erfindungsgemäßen Zusätze zu den Substanzen des Säurebades bei sonst gleicher Reinigung (Verwendung von 1% Salpetersäure 53% und 6 Volumenteilen Wasser) ergaben, dass die Magnetkörper an den Außenseiten jeweils einwandfrei gereinigt waren, dass jedoch im Inneren der Ausnehmung beziehungsweise des Spaltes Schleifschlamm- und teilweise angerostete Rückstände zu Tage traten.

Dies zeigt, dass durch die Erfindung tatsächlich die Qualität der Reinigung wesentlich verbessert und auch die Prozesszeit beim Reinigen verkürzt werden kann.

Claims

Verfahren zur Reinigung eines Metallkörpers (1), bei dem der Metallkörper in einem Säurebad gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Säurebad wenigstens ein Stoff zugesetzt wird, durch dessen Reaktion mit einem weiteren im Säurebad befindlichen Stoff ein Gas freigesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper (1) ein eine NdFeB-Legierung aufweisender Magnetkörper ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Säurebad Salpetersäure (HNO₃) enthält.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Säurebad Amidosulfonsäure (H₂N – SO₃H) zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Säurebad Harnstoff (H₂ NCONH₂) zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Säurebad zwischen 1 und 40% Salpetersäure enthält.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Säurebad zwischen 3 und 30% Salpetersäure enthält
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Säurebad zwischen 0,5 und 10% Amidosulfonsäure enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Säurebad zwischen 1 und 5% Amidosulfonsäure enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem Säurebad Tenside zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Tenside Alkylphenolethoxylat oder langkettige Alkanolethoxylate zugesetzt werden.
Verfahren zur Bearbeitung eines Metallkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zunächst spanend bearbeitet wird, dass er danach gemäß Patentanspruch 1 oder einem der folgenden gereinigt wird und dass er daraufhin durch eine Beschichtung passiviert wird.