DE102009028097A1

DE102009028097A1 - Verfahren zum chemischen Entgraten

Info

Publication number: DE102009028097A1
Application number: DE200910028097
Authority: DE
Inventors: Martin-Nikolaus Meyn; Gunter Buxbaum; Wolfgang Spiess
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zum chemischen Entgraten von chemischen Werkstücken, welches durch die Verfahrensschritte gekennzeichnet ist, dass (1) in einem ersten Verfahrensschritt die zu behandelnden Werkstücke mit mindestens einer ersten wässrigen sauren Lösung zumindest einer oxidierenden Verbindung behandelt werden und (2) in einem zweiten Verfahrensschritt die aus Verfahrensschritt (1) resultierenden Werkstücke mit mindestens einer zweiten Lösung, umfassend mindestens ein oberflächenaktives Mittel und mindestens eine Builderverbindung, behandelt werden und (3) in einem dritten Verfahrensschritt die aus Verfahrensschritt (2) resultierenden Werkstücke mit mindestens einer dritten Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, eine verdünnte Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) und Wasserstoffperoxid und/oder Wasserstoffperoxid-abspaltende Verbindungen, behandelt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemischen Entgraten von Werkstücken, wobei die zu bearbeitenden Teile nacheinander verschiedenen Prozesslösungen ausgesetzt werden, sowie Werkstücke, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung spezieller Lösungen zum chemischen Entgraten beziehungsweise Behandeln von Werkstücken.
Leichtmetallbauteile werden häufig im Druckgussverfahren hergestellt. Derartige Bauteile aus Zink-, Magnesium- und/oder Aluminium-Legierungen werden in vielen Bereichen eingesetzt. Es gibt kaum einen Bereich des täglichen Lebens, in dem man nicht auf Bauteile aus Zinkdruckguss stößt. Meist sind diese unscheinbar und auf den ersten Blick nicht als solche erkennbar. Zinkdruckguss kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn hohe Festigkeit, Maßhaltigkeit und Korrosionsbeständigkeit gefragt sind. Wegen der hohen Standzeiten der Druckgussformen (500 000 bis 2 000 000 Einpressvorgänge sind beim Zinkdruckguss durchaus üblich), der kurzen Zykluszeiten, die eine hohe Produktivität gewährleisten, und der geringen erforderlichen Nachbearbeitung ist Zinkdruckguss vor allem für Großserien wirtschaftlich interessant. Der Selbstkostenpreis eines Druckgussteils wirkt sich deshalb beim Werkstoff Zink insbesondere bei Großserien ab 50 000 Abgüssen positiv, d. h. Kosten reduzierend, aus – auch im Vergleich mit anderen Produktionsverfahren wie Stanzen, Umformen oder Schmieden. Bauteile aus Zinkdruckguss finden unter anderem Einsatz im Automobilbau, im Maschinen- und Apparatebau, in der Elektrotechnik und Elektronik sowie im Bauwesen.
Nachteilig an dem Druckgussverfahren von Zink- und Magnesium-Legierungs-Bauteilen ist jedoch, dass aufgrund des Herstellungsprozesses im Allgemeinen Press- und Schneidegrate sowie Späne an den Werkstücken verbleiben und die entsprechenden Fehlstellen durch Entgraten entfernt werden müssen.
Herkömmliche Verfahren zur Entfernung dieser Grate sind größtenteils mechanische Verfahren wie Schleifen, Polieren, Sandstrahlen und Elektrochemischer Abtrag (ECM). Die Qualität der hierdurch erhaltenen Werkstücke ist häufig nicht zufrieden stellend und ferner sind insbesondere die mechanischen Verfahren dahingehend von Nachteil, dass sie einen großen Personaleinsatz benötigen. Ferner sind Werkstücke mit innenliegenden Graten mit herkömmlichen Verfahren praktisch gar nicht zufrieden stellend zu bearbeiten.
Ein Verfahren, welches nur einen geringen Personalaufwand bedarf und gleichzeitig auch innenliegende Grate verarbeiten kann, ist das so genannte chemische Entgraten.
Ein Verfahren zum chemischen Entgraten ist aus der US 2,955,027 bekannt, bei welchem eine Kombination aus Chromsäure und Flusssäure bzw. Fluorkieselsäuren und/oder Fluorborsäure verwendet wird. Nach heutigem Wissensstand ist der Einsatz von Chromsäure und Flusssäure sowie von Chromaten oder Fluoriden in sauren Lösungen jedoch mit hohen ökologischen Gefahren und hohen Gesundheitsrisiken verbunden, so dass weiterhin ein Bedarf an alternativen Verfahren besteht.
Die vorliegende Erfindung stellt sich im Hinblick auf den aufgezeigten Stand der Technik die Aufgabe, ein Verfahren zum chemischen Entgraten bereitzustellen, welches wirtschaftlich und hochflexibel zum Entgraten von Guss-, Druckguss- und Spritzgusstellen einsetzbar ist.
Darüber hinaus soll das erfindungsgemäße Verfahren die Nachteile des Standes der Technik überkommen. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Verfahren ohne die Verwendung von umweltgefährdenden Stoffen und/oder gesundheitsgefährdenden Stoffen auskommen.
Die Lösung dieser Aufgabe geht aus von einem Verfahren zum chemischen Entgraten von Werkstücken. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann dadurch gekennzeichnet, dass

(1) in einem ersten Verfahrensschritt die zu behandelnden Werkstücke mit mindestens einer ersten wässrigen sauren Lösung mindestens einer oxidierenden Verbindung behandelt werden; und
(2) in einem zweiten Verfahrensschritt die aus Verfahrensschritt (1) resultierenden Werkstücke mit mindestens einer zweiten Lösung, umfassend mindestens ein oberflächenaktives Mittel und mindestens eine Builderverbindung, behandelt werden; und
(3) in einem dritten Verfahrensschritt die aus Verfahrensschritt (2) resultierenden Werkstücke mit mindestens einer dritten Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, eine verdünnte Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) und Wasserstoffperoxid und/oder Wasserstoffperoxid-abspaltende Verbindungen, behandelt werden.

Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass durch die dreistufige Behandlung, welche zunächst mit mindestens einer ersten wässrigen sauren Lösung von mindestens einer oxidierenden Verbindung, dann mit einer zweiten Lösung, umfassend mindestens ein oberflächenaktives Mittel und mindestens eine Builderverbindung, sowie daran anschließend mit einer dritten Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, eine verdünnte Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) und Wasserstoffperoxid und/oder Wasserstoffperoxid-abspaltende Verbindungen, erfolgt, metallische Werkstücke effizient chemisch entgratet werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet darüber hinaus dahingehend Vorteile, als dass es weder umweltgefährdende Substanzen noch gesundheitsgefährdende Substanzen einsetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum chemischen Entgraten von metallischen Werkstücken geeignet. Unter metallischen Werkstücken werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung dreidimensionale Gegenstände verstanden, welche einen metallischen Anteil aufweisen, jedoch nicht vollständig aus metallischen Materialien bestehen müssen, und beispielsweise durch Press- und Schneidevorgänge hergestellt werden und insbesondere Grate (Fehlstellen) aufweisen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch bevorzugt, wenn das metallische Werkstück aus ein, zwei oder mehreren Metallen bzw. aus Legierungen besteht.
Unter dem chemischen Entgraten versteht man im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen gezielten Materialabtrag an einer Werkstückoberfläche zum Entfernen von Rauheiten bzw. Rauhigkeiten mittels einer chemischen Lösung.
Die chemische Entgratung ist ein chemischer Prozess, bei welchem die zu bearbeitenden Werkstücke in eine erste, wie oben stehend definierte chemische Lösung getaucht werden, in welcher ein Abtrag des Materials erfolgt.
Die vorteilhafte Wirkung dieses Verfahrens besteht insbesondere darin, dass sobald das zu bearbeitende Werkstück in das Bad getaucht ist, die Bearbeitung an allen benetzten Oberflächen weitgehend unabhängig von der Größe und Form des Bauteils erfolgt. Dabei wird Werkstoff durch chemische Auflösung an der Oberfläche abgetragen, die dabei eingeebnet und geglättet wird. Im Gegensatz zu mechanischen Entgratungsverfahren beginnt die Einebnung im Mikrobereich und erfasst erst mit zunehmender Behandlungsdauer auch größere Strukturen, die verrundet und an der Oberfläche geglättet werden.
Bei Ecken und Kanten ist der Werkstoffabtrag um ein Mehrfaches verstärkt, was bewirkt, dass diese Bereiche bevorzugt abgebaut werden. Dabei werden Grate bis zu einigen Zehntel Millimeter Größe zuverlässig beseitigt. Der Werkstoffabtrag erfolgt ohne jede Belastung des Werkstücks. Aufgrund der Belastungsfreiheit des Verfahrens können weiche und biegeempfindliche Teile gefahrlos bearbeitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet in einem weiten Konzentrationsbereich sehr gleichförmig, bewirkt eine lange Lebensdauer des Bades und ermöglicht zuverlässig reproduzierbar die Einhaltung enger Toleranzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in weitem Bereich anwendbar und eignet sich insbesondere für folgende Aufgabenstellungen:

(1) Entgraten von Kanten und Flächen im gesamten Oberflächenbereich, also auch an nur schwer zugänglichen Stellen wie im Inneren von Bohrungen und Durchbrüchen;
(2) Beseitigung von Schuppen, Flittern, Überlappungen und Partikeln von Oberflächen zur Schaffung partikelarmer Systeme und um die Verunreinigung von Betriebsmedien zu vermeiden;
(3) Herstellung technisch reiner Oberflächen;
(4) Glättung der Oberflächen zur Verminderung von Reibung und Verschleiß;
(5) Erhöhung der Dauerfestigkeit durch Beseitigung von lokalen Zugspannungen und Risskeimen;
(6) Vorbehandlung vor dem Beschichten, Galvanisieren und Emaillieren zur Verbesserung von Schichthaftung und -aufbau sowie der Kantenüberdeckung;
(7) Vorbehandlung vor PVD-, CVD- und Diffusionsverfahren;
(8) Verbesserung der Löt- und Schweißbarkeit; und
(9) Verbesserung der Reinigungsfähigkeit.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich von der dreidimensionalen Ausbildung der einzelnen Werkstücke für beliebige Ausgestaltungen. Größere Werkstücke können somit in entsprechend großen Bädern für den ersten, zweiten und dritten Verfahrensschritt behandelt werden. Ferner ist es möglich, in einem Bad des ersten, zweiten oder dritten Verfahrensschritts mehrere Werkstücke gleichzeitig zu behandeln. Hierfür ist es möglich, die einzelnen Werkstücke an ein Gestell zu hängen und dann das Gestell zusammen mit den zu behandelnden Werkstücken in das Bad zu geben.
Hierdurch ist auch eine Automatisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für das chemische Entgraten von Werkstücken aus einem beliebigen Metall oder beliebigen Metallmischungen (Legierungen). Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Werkstücke bearbeitet werden, welche als Hauptkomponenten Aluminium, Zink und/oder Magnesium enthalten. Daneben können in untergeordneten Mengen weitere in der einschlägigen Literatur bekannte Legierungsbestandteile, wie zum Beispiel Kupfer, Seltene Erden, Kalzium, Silizium und/oder weitere Metalle aus der Gruppe der Übergangselemente enthalten sein. insbesondere ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Werkstücke, enthaltend Zink, Aluminium und Magnesium und deren Legierungen zu entgraten. Des weiteren ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, Werkstücke, umfassend Zink, Aluminium, Kupfer und deren Legierungen, zu entgraten.
Diese Werkstücke werden vorzugsweise als Druckguss-Werkstücke erzeugt.
Insbesondere ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, Werkstücke aus Zinkdruckguss-Legierungen chemisch zu entgraten. Diese Legierungen enthalten üblicherweise geringe Mengen an Aluminium (im Allgemeinen bis zu 10 Gew.-%) und/oder Kupfer (bis zu 5 Gew.-%). Zu diesen Zink-Druckgusswerkstücken gehören insbesondere Werkstücke, welche ausgehend von der Legierungen Zamak^® 3 und Zamak^® 5 erhalten werden. Dass sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zum chemischen Entgraten von Werkstücken eignet, welche ausgehend von diesen kupferhaltigen Zinklegierungen eignen, ist insbesondere überraschend, da der Kupfergehalt dieser Legierungen bei dem chemischen Entgraten üblicherweise Probleme bereitet, da häufig ein fest anhaftender schwarzer Kupferbelag bzw. Kupferoxidbelag an der Oberfläche der Werkstücke verbleibt, welcher sich von dem Werkstück nicht einfach abtragen lässt.
Ebenso vorteilhaft ist das Entgraten von Werkstücken aus Magnesium-Guss-Legierungen im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich. Derartige Legierungen sind zahlreich in der Literatur bekannt. Beispielhaft sollen Legierungen mit der Bezeichnung AZ 41 mit ca. 4% Aluminium und ca. 1% Zink und AZ 91 mit ca. 9% Aluminium und 1% Zink neben Magnesium genannt werden. Eine andere häufig benutzte Magnesium-Guss-Legierung, ZE 41, wird vorwiegend in Werkstücken für die Luftfahrttechnik eingesetzt. Sie enthält neben Magnesium ca. 4% Zink und ca. 1% Seltene Erden.
Bevor die Werkstücke dem ersten Behandlungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens unterworfen werden, können übliche Vorbehandlungsschritte an den Werkstücken durchgeführt werden. Hierzu gehören insbesondere die Reinigung der Oberflächen der Werkstücke von Schmutz- und/oder Ölresten. Zwischen diesen einzelnen Vorbehandlungsschritten und insbesondere vor dem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt können jeweils Spülvorgänge vorgesehen sein. Durch diese Spülvorgänge kann erreicht werden, dass keine Verschleppung der jeweiligen Prozessmedien in die nächste Behandlungsstufe erfolgt, was andernfalls zu einer Schädigung der Bäder bis hin zur Unbrauchbarkeit der Bäder führen kann.
Die so gegebenenfalls vorbehandelten Werkstücke werden dann dem ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt.
Verfahrensschritt (1)
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst als einen ersten Verfahrensschritt (1) die Behandlung eines Werkstückes mit mindestens einer ersten wässrigen sauren Lösung mindestens einer oxidierenden Verbindung.
Die mindestens eine oxidierende Verbindung wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Salpetersäure, Salzen der Salpetersäure, Chlorsäure, Salzen der Chlorsäuren, Eisen(III)-chlorid und beliebigen Mischungen davon.
Die Konzentration dieser mindestens einen oxidierenden Verbindung beträgt vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das im Verfahrensschritt (1) verwendete Behandlungsbad.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Salpetersäure besonders bevorzugt.
Die Verwendung von verdünnter Salpetersäure in einem Konzentrationsbereich von insbesondere 1,00 bis 30,00 Gew.-%, vorzugsweise 2,00 bis 20,00 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad, ist hinsichtlich der chemischen Entgratung von Druckgussteilchen, umfassend Zink, besonders bevorzugt.
Das Behandlungsbad, welches in Verfahrensschritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, kann darüber hinaus noch weitere Zusätze enthalten.
Ein möglicher Zusatz dabei sind oberflächenaktive Stoffe, welche vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 g/L, besonders bevorzugt 0,02 bis 3,5 g/L, insbesondere 0,02 bis 3,00 g/L, speziell 0,02 bis 2,00 g/L, jeweils bezogen auf das im Verfahrensschritt (1) verwendete Behandlungsbad, verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn als oberflächenaktive Stoffe Tenside aus der Gruppe der Polyoxyethylenether mit 2 bis 10 Ethylenoxideinheiten verwendet werden.
Als ein weiterer möglicher Zusatz zu dem Behandlungsbad des Verfahrensschrittes (1) kann mindestens ein Komplexbildner verwendet werden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen, wird erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass der Komplexbildner das Kupfer komplexiert und somit bewirkt, dass es nicht zu der Reaktion von in Lösung gegangenem Kupfer mit der Oberfläche des Werkstückes kommt. Dadurch wird ein erneutes Abscheiden auf der Oberfläche des behandelten Werkstückes vermieden. Der Komplexbildner wird beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den Tartraten und Citraten. Insbesondere kann Ammoniumtartrat verwendet werden.
Die Arbeitstemperatur des Bades im Verfahrensschritt (1) kann in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise wird der Verfahrensschritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Raumtemperatur durchgeführt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Verfahrensschritt (1) jedoch auch bei Temperaturen in einem Bereich von 10 bis 40°C durchgeführt werden.
Die Dauer der Behandlung der Werkstücke mit der ersten Behandlungslösung kann in weiten Bereichen variieren und hängt im Wesentlichen von der Menge an Material ab, welche von dem Werkstück entfernt werden soll. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch bevorzugt, den Verfahrensschritt (1) für einen Zeitraum von 15 Sekunden bis zu 10 Minuten, besonders bevorzugt 15 Sekunden bis 5 Minuten, durchzuführen.
Im Anschluss an den ersten Verfahrensschritt werden die Werkstücke in ein zweites Bad für den zweiten Verfahrensschritt überführt.
Verfahrensschritt (2)
In dem zweiten Verfahrensschritt werden die aus Verfahrensschritt (1) erhaltenen, bearbeiteten Werkstücke mit mindestens einer zweiten Lösung, umfassend mindestens ein oberflächenaktives Mittel und mindestens eine Builderverbindung, behandelt.
Bei der mindestens einen Builderverbindung handelt es sich vorzugsweise um eine Verbindung, die ausgewählt ist aus der Gruppe der Silicate, der Polyphosphate, der Phosphonocarbonsäuren, des Iminodisuccinats, der Polyasparginsäure, der Salze der Polyasparginsäure und Mischungen dieser Verbindungen. Unter diesen Builderverbindungen ist 2-Phosphonobutan-1,2,4-tricarbonsäure und Iminodisuccinat besonders bevorzugt. Noch bevorzugter ist Iminodisuccinat.
Die Konzentration dieser mindestens einen Builderverbindung in dem Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes.
Darüber hinaus kann das zweite Behandlungsbad weitere Zusätze umfassen. Zu nennen sind hier beispielsweise Beizinhibitoren. Diese Beizinhibitoren können dabei im Allgemeinen ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus 2-Propin-1-ol, 2-Butin-1,4-diol und Mischungen davon. Die Konzentration dieser Beizinhibitor-Verbindung in dem Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,01 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, wenn das im zweiten Verfahrensschritt verwendete Behandlungsbad oberflächenaktive Substanzen umfasst. Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn als oberflächenaktive Substanzen Tenside aus der Gruppe der Polyoxyethylenether mit 2 bis 10 Ethylenoxideinheiten verwendet werden.
Die Konzentration dieser Verbindungen in dem Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,001 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes.
Die Behandlung in dem zweiten Verfahrensschritt kann in Gegenwart von Ultraschall erfolgen.
Der dabei auf die zu behandelnden Werkstücke ausgeübte Energieeintrag durch den Ultraschall beträgt vorzugsweise 2 bis 60 W/L, besonders bevorzugt 5 bis 30 W/L.
Die Arbeitstemperatur des Bades im Verfahrensschritt (2) kann in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise wird der Verfahrensschritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Raumtemperatur durchgeführt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Verfahrensschritt (2) jedoch auch bei Temperaturen in einem Bereich von 10 bis 60°C durchgeführt werden.
Die Dauer der Behandlung der Werkstücke mit der zweiten Behandlungslösung kann in weiten Bereichen variieren und hängt im Wesentlichen von der Menge an Material ab, welche nach dem Entgraten im Verfahrensschritt (1) als Rückstand noch auf dem Werkstück verbleibt und von diesem heruntergespült werden muss. Üblicherweise ist es jedoch bevorzugt, den Verfahrensschritt (2) für einen Zeitraum von 30 Sekunden bis zu 60 Minuten, besonders bevorzugt 30 Sekunden bis 30 Minuten, insbesondere 1 Minute bis 30 Minuten, durchzuführen.
Im Anschluss an den zweiten Verfahrensschritt werden die Werkstücke in ein drittes Bad für den dritten Verfahrensschritt überführt.
Verfahrensschritt (3)
In dem dritten Verfahrensschritt werden die aus Verfahrensschritt (2) erhaltenen, bearbeiteten Werkstücke mit mindestens einer dritten Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, eine verdünnte Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) und Wasserstoffperoxid und/oder Wasserstoffperoxid-abspaltende Verbindungen, behandelt.
Bei der mindestens einen Builderverbindung handelt es sich vorzugsweise um solche, wie vorstehend für Verfahrensschritt (2) definiert, wobei die Builderverbindungen in den Verfahrensschritten (2) und (3) gleich oder verschieden sein können.
Die Konzentration dieser mindestens einen Builderverbindung in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,5 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes.
Bei der verdünnten Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) handelt es sich vorzugsweise um solche wie vorstehend definiert. Auch hinsichtlich der bevorzugten Zusammensetzung der verdünnten Lösung wie aus Verfahrensschritt (2), die in Verfahrensschritt (3) eingesetzt wird, wird auf die vorstehend definierten Vorzugsbereiche verwiesen.
Die Konzentration dieser verdünnten Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes.
Bei Wasserstoffperoxid-abspaltenden Verbindungen handelt es sich vorzugsweise um Verbindungen, die ausgewählt sind aus der Gruppe der Alkali- und/oder Alkaliperoxide, Perborate, Persulfate und/oder Mischungen dieser Verbindungen. Unter diesen Wasserstoffperoxid-abspaltenden Verbindungen ist Kaliumperoxosulfat besonders bevorzugt.
Besonders bevorzugt umfasst die Lösung des dritten Verfahrensschrittes Wasserstoffperoxid.
Die Konzentration von Wasserstoffperoxid in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist damit die in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes vorliegende Wasserstoffperoxid-Konzentration gemeint, die erfindungsgemäß durch Zusatz von Wasserstoffperoxid und/oder durch den Zusatz von Wasserstoffperoxid-abspaltenden Verbindungen erreicht werden kann, wobei die Konzentration solcher Wasserstoffperoxid-abspaltender Verbindungen in dem Behandlungsbad dann so zu wählen ist, daß die Konzentration des daraus freigesetzten Wasserstoffperoxids in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes dem vorstehend definierten Konzentrationsbereich entspricht.
Darüber hinaus kann das dritte Behandlungsbad weitere Zusätze umfassen. Dabei ist es bevorzugt, wenn das im dritten Verfahrensschritt verwendete Behandlungsbad oberflächenaktive Substanzen umfasst. Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn als oberflächenaktive Substanzen Tenside aus der Gruppe der Polyoxyethylenether mit 2 bis 10 Ethylenoxideinheiten verwendet werden.
Die Konzentration dieser Verbindungen in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,001 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes.
Die Arbeitstemperatur des Bades im Verfahrensschritt (3) kann in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise wird der Verfahrensschritt (3) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Raumtemperatur durchgeführt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Verfahrensschritt (3) jedoch auch bei Temperaturen in einem Bereich von 10 bis 60°C durchgeführt werden.
Die Dauer der Behandlung der Werkstücke mit der dritten Behandlungslösung kann in weiten Bereichen variieren und hängt im Wesentlichen von der Menge an Material ab, welche nach dem Entgraten im Verfahrensschritt (1) und der Behandlung im Verfahrensschritt (2) als Rückstand noch auf dem Werkstück verbleibt und von diesem heruntergespült werden muss. Üblicherweise ist es jedoch bevorzugt, den Verfahrensschritt (3) für einen Zeitraum von 30 Sekunden bis zu 60 Minuten, besonders bevorzugt 30 Sekunden bis 30 Minuten, insbesondere 1 Minute bis 20 Minuten, durchzuführen.
Im Anschluss an den Verfahrensschritt (3) können die Werkstücke noch beliebigen Veredelungsschritten unterworfen werden.
Die Bearbeitung der Werkstücke mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit insgesamt in mehreren Stufen, die sich in Vorbehandlung, Entgraten durch die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte (1), (2) und (3) sowie Veredelung unterteilen lassen. Zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten können gegebenenfalls jeweils sorgfältige Spülvorgänge, die eine Verschleppung der jeweiligen Prozessmedien in die nächste Behandlungsstufe verhindern helfen, liegen, was andernfalls zu einer Schädigung der Bäder bis hin zur Unbrauchbarkeit führen kann. Ein oder mehrere weitere Spülvorgänge können auch zwischen den Verfahrensschritten (1), (2) und (3) vorgesehen sein, sind jedoch nicht zwingend erforderlich. Insbesondere wird auf einen Spülschritt zwischen den Verfahrensschritten (1) und (2) sowie zwischen den Verfahrensschritten (2) und (3) des erfindungsgemäßen Verfahrens verzichtet.
Die Behandlung in den einzelnen Verfahrensstufen, insbesondere der Verfahrensschritte (1), (2) und (3), erfolgt zweckmäßigerweise in getrennten Tauchbädern, wobei Kleinteile als Schüttgut in Trommeln bearbeitet werden können, sofern sie nicht zum Veriegeln oder gegenseitiger Beschädigung neigen. Empfindliche und größere Teile können in Körben oder an individuellen Haltemitteln gehaltert bearbeitet werden. Durch lange Bohrungen kann die Badflüssigkeit durchgepumpt werden, während Drähte, Bänder und Ketten zweckmäßig im Durchzugverfahren behandelt werden können. Sehr große Teile können durch Berieseln bearbeitet werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch insbesondere die Verfahrensschritte (1), (2) und (3) des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einem Behälter durchzuführen, in welchem die Werkstücke zunächst mit der ersten Behandlungslösung für eine gewisse Zeit beaufschlagt werden, dann die erste Behandlungslösung entfernt wird, die Werkstücke gegebenenfalls gespült werden und schließlich mit der zweiten Behandlungslösung beaufschlagt werden. Nach dem Entfernen der zweiten Behandlungslösung aus der Kammer können dann die entgrateten Werkstücke gegebenenfalls einem weiteren Spülvorgang unterworfen werden und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Werkstücke weiteren Behandlungsschritten als den Verfahrensschritten (1), (2) und (3) unterworfen werden. Damit besteht das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere nur aus den Verfahrensschritten (1), (2) und (3), insbesondere ohne weitere Spül-, Vorbehandlungs- und/oder Veredelungsschritte.
Das vorgeschlagene Verfahren unterscheidet sich auf erfinderische Weise von den aus dem Stand der Technik bekanten Verfahren insbesondere dahingehend, dass auf die Verwendung von chromhaltigen und/oder fluoridhaltigen Bädern verzichtet werden kann.
In einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird daher der erste Verfahrensschritt in Abwesenheit eines chromhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
In einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der erste Verfahrensschritt in Abwesenheit eines fluoridhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
In einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der erste Verfahrensschritt in Abwesenheit eines chromhaltigen und eines fluoridhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
In einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zweite Verfahrensschritt in Abwesenheit eines chromhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
In einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zweite Verfahrensschritt in Abwesenheit eines fluoridhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
In einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der zweite Verfahrensschritt in Abwesenheit eines chromhaltigen und eines fluoridhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
In einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der dritte Verfahrensschritt in Abwesenheit eines chromhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
In einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der dritte Verfahrensschritt in Abwesenheit eines fluoridhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
In einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der dritte Verfahrensschritt in Abwesenheit eines chromhaltigen und eines fluoridhaltigen Behandlungsbades durchgeführt.
Die Behandlungszeit hängt von dem geforderten Ergebnis und dem Ausgangszustand der Oberfläche ab. Entsprechende Behandlungszeiten für die Verfahrensschritte (1), (2) und (3) wurden bereits vorstehend definiert und liegen in der Regel zwischen 15 Sekunden bis zu 60 Minuten. Sollten Bearbeitungszeiten deutlich unter einer Minute erforderlich sein, ist es im Sinne der Kontrollierbarkeit besser, das Bad stärker zu verdünnen und die Abtraggeschwindigkeit zu senken. Bei längeren Behandlungszeiten wegen notwendiger hoher Abtragsraten ist es mitunter vorteilhaft, zwischendurch zu spülen. Dies insbesondere, um die sich auf den Oberflächen bildenden Beläge zu entfernen und ein gleichmäßiges Bearbeitungsergebnis zu sichern.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Werkstücke.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer wässrigen sauren Lösung gemäß oben stehender Definition zum chemischen Entgraten von Werkstücken.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Lösung, umfassend mindestens ein oberflächenaktives Mittel und mindestens eine Builderverbindung, gemäß oben stehender Definition zur Reinigung von Werkstücken, welche vorher einem chemischen Entgraten unterworfen wurden. Das chemische Entgraten erfolgt dabei vorzugsweise nach der Vorgehensweise in Verfahrensschritt (1) des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, eine verdünnte Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) und Wasserstoffperoxid und/oder Wasserstoffperoxid-abspaltende Verbindungen gemäß oben stehender Definition zur Reinigung von Werkstücken, welche vorher einem chemischen Entgraten unterworfen wurden. Das chemische Entgraten erfolgt dabei vorzugsweise nach der Vorgehensweise in Verfahrensschritt (1) des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert, ohne sie zu beschränken.
Ausführungsbeispiele:
Beispiel 1:
Es werden Druckgussteile für Automobilschlösser mit folgender Legierungszusammensetzung behandelt:

Al: 4 Gew.-%;

Cu: 1 Gew.-%; und

Zn: Rest (Zamak^® 5).
Die Druckgussteile werden

(1) in ca. 7-%iger HNO₃ bei Raumtemperatur 2 Minuten behandelt.

Das Bad wurde zusammengefügt aus:
30 Gew.-%	einer 20%ige Salpetersäure-Lösung;
1,0 Gew.-%	Ammoniumtartrat;
2,5 Gew.-%	Propynolethoxylat;
1,5 Gew.-%	Ethyldiglykol;
0,05 Gew.-%	Poly-oxyethylen-monoundecyl-ether (8 EO); und
Ad 100	Wasser

(2) Nach Entnahme aus dieser Ätzlösung werden im zweiten Verfahrensschritt die Werkstücke direkt in ein Ultraschallbad überführt.

Das Bad enthält:
7,5 Gew.-%	Iminodisuccinat;
5 Gew.-%	2-Phosphonobutantricarbonsäure-1,2,4;
3,7 Gew.-%	einer Lösung von 3% 2-Propinol-1 in Ethylenglycolpropargylether;
0,03 Gew.-%	Poly-oxyethylen-monoundecyl-ether (8 EO); und
Ad 100	Wasser.

Durch die Alkalität der Iminodisuccinat-Lösung wird die am Werkstück anhaftende Säure auf einen pH-Wert zwischen 3 und 7 abgepuffert. Die Ultraschallbehandlung erfolgt mit einem Energieeintrag von 10 W/L in 2 Minuten. Die Druckgussteile zeigten nach der Behandlung auch in den inneren Hohlräumen keine sichtbaren oder fühlbaren Grate mehr und waren frei von störenden dunklen Anhaftungen.
Beispiel 2:
Druckgussteile wie in Beispiel 1 werden in Schritt (1) bei Raumtemperatur 2 Minuten in folgendem Bad behandelt:

30 Gew.-% FeCl₃·6 H2O;

1,0 Gew.-% Ammoniumtartrat;

1,5 Gew.-% Ethylendiglykol;

0,05 Gew.-% Poly-oxyethylen-monoundecyl-ether (8 EO); und

Ad 100 Wasser
Der Schritt (2) wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt.
Die Druckgussteile zeigten nach der Behandlung keine sichtbaren oder fühlbaren Grate mehr und waren blank.
Beispiel 3:
Probestücke aus einer Magnesiumlegierung AZ-91 werden in Schritt 1 mit der Entgratungsflüssigkeit wie in Beispiel 1 zwei Minuten behandelt. Nach Entnahme aus dieser Ätzlösung werden die Werkstücke im zweiten Verfahrensschritt im Ultraschallbad mit der Badzusammensetzung wie in Schritt 2 des Beispiels 1 zwei Minuten mit 10 W/L behandelt.
Die Probestücke weisen keine sichtbaren Grate auf waren glänzend und blank.
Beispiel 4:
Druckgussteile wie in Beispiel 1 werden gemäß Beispiel 1 behandelt, jedoch ohne Ultraschall-Einsatz in Stufe (2).
Die so behandelten Teile werden bei Raumtemperatur in Verfahrensschritt (3) mit folgender Lösung behandelt:

4,9 Gew.-% Iminodisuccinat

4,9 Gew.-% Wasserstoffperoxid (30%ig)

1,0 Gew.-% Behandlungslösung nach Schritt (2) wie in Beispiel (1); und

Ad 100 Wasser
Die Behandlungsdauer beträgt 5 Minuten.
Die erhaltenen Probestücke sind metallisch blank, Grat-frei und sauber.
Eine nachträgliche Ultraschallbehandlung der Probestücke lässt keinen weiteren Reinigungseffekt erkennen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2955027 [0006]

Claims

Verfahren zum chemischen Entgraten von Werkstücken, welches durch die Verfahrensschritte gekennzeichnet ist, dass (1) in einem ersten Verfahrensschritt die zu behandelnden Werkstücke mit mindestens einer ersten wässrigen sauren Lösung mindestens einer oxidierenden Verbindung behandelt werden; und (2) in einem zweiten Verfahrensschritt die aus Verfahrensschritt (1) resultierenden Werkstücke mit mindestens einer zweiten Lösung, umfassend mindestens ein oberflächenaktives Mittel und mindestens eine Builderverbindung, behandelt werden; und (3) in einem dritten Verfahrensschritt die aus Verfahrensschritt (2) resultierenden Werkstücke mit mindestens einer dritten Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, eine verdünnte Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) und Wasserstoffperoxid und/oder Wasserstoffperoxid-abspaltende Verbindungen, behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Werkstücke bearbeitet werden, welche mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Magnesium, Zink, Aluminium, Kupfer und deren Legierungen, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Zinkgusswerkstücke bearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Magnesium-Legierungs-Gusswerkstücke bearbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine oxidierende Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Salpetersäure, Salzen der Salpetersäure, Chlorsäure, Salzen der Chlorsäuren, Eisen(III)-chlorid und beliebigen Mischungen davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der mindestens einen oxidierenden Verbindung 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Behandlungsbad des ersten Verfahrensschrittes, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsbad des Verfahrensschrittes (1) mindestens einen Komplexbildner umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Komplexbildner ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Tartraten und Citraten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (1) zusätzlich in Gegenwart von mindestens einem oberflächenaktiven Stoff durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine oberflächenaktive Stoff in einer Menge von 0,01 bis 5 g/L, bezogen auf das Behandlungsbad des ersten Verfahrensschrittes, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der oberflächenaktive Stoff aus der Gruppe der Polyoxyethylenether mit 2 bis 10 Ethylenoxideinheiten ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Builderverbindung, welche im Verfahrensschritt (2) und/oder (3) verwendet wird, um eine Verbindung handelt, die ausgewählt ist aus der Gruppe der Silicate, der Polyphosphate, der Phosphonocarbonsäuren, des Iminodisuccinats, der Polyasparginsäure, der Salze der Polyasparginsäure und Mischungen dieser Verbindungen.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Builderverbindung 2-Phosphonobutan-tricarbonsäure-1,2,4 oder Iminodisuccinat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der mindestens einen Builderverbindung in dem Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Behandlungsbad, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Behandlungsbad Beizinhibitoren umfasst, welche ausgewählt werden aus der Gruppe, bestehend aus 2-Propin-1-ol, 2-Butin-1,4-diol und Mischungen davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Verfahrensschritt ein Energieeintrag durch Ultraschall von 2 bis 60 W/L ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der mindestens einen Builderverbindung in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes 0,5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Behandlungsbad, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (3) die Konzentration der verdünnten Lösung wie aus Verfahrensschritt (2) in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes 0,1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Behandlungsbad, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt (3) die Konzentration von Wasserstoffperoxid in dem Behandlungsbad des dritten Verfahrensschrittes 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf das Behandlungsbad, beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass als mindestens eine oberflächenaktive Substanz mindestens ein Tensid aus der Gruppe der Polyoxyethylenether mit 2 bis 10 Ethylenoxideinheiten verwendet wird.
Werkstücke, erhältlich durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20.
Verwendung einer wässrigen sauren Lösung gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 20 zum chemischen Entgraten von Werkstücken.
Verwendung einer Lösung, umfassend mindestens ein oberflächenaktives Mittel und mindestens eine Builderverbindung, gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 20 zum Reinigen von Werkstücken, welche einem chemischen Entgraten unterworfen wurden.
Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zum chemischen Entgraten eine wässrige saure Lösung gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 20 verwendet wird.
Verwendung einer Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung sowie eine verdünnte Lösung umfassend mindestens ein oberflächenaktives Mittel und mindestens eine Builderverbindung und Wasserstoffperoxid und/oder Wasserstoffperoxid-abspaltende Verbindungen gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 20 zum Reinigen von Werkstücken, welche einem chemischen Entgraten unterworfen wurden.
Verwendung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zum chemischen Entgraten eine wässrige saure Lösung gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 20 verwendet wird.