DE102009036525B3

DE102009036525B3 - Verfahren zur Vorbehandlung von metallischen Oberflächen vor einem Beschichtungsvorgang

Info

Publication number: DE102009036525B3
Application number: DE200910036525
Authority: DE
Inventors: Burkhard Eggert; Martin Koyro
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-08-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung metallischer Oberflächen vor einem Beschichtungsvorgang, wobei vor dem Beschichten eine Wärmebehandlung mit einem sich anschließenden nasschemischem Reinigungsschritt durchgeführt wird, wobei die Wärmebehandlung in einer Sauerstoffatmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von nicht weniger als 1% durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung von metallischen Oberflächen vor einem Beschichtungsvorgang mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es zählt zum Stand der Technik, technologische Eigenschaften metallischer Bauteile durch eine Wärmebehandlung einzustellen, wie z. B. die metallischen Bauteile spannungsarm-, weich- oder rekristallisationszuglühen. Dies erfolgt oftmals unter veränderten atmosphärischen Bedingungen bei stark reduziertem Sauerstoffgehalt, um Zunderbildung zu vermeiden. Vor einer Weiterbearbeitung werden die Bauteile nass- oder trochenchemisch gereinigt, um arteigene oder artfremde Belegungen zu entfernen. Dies erfolgt insbesondere im Hinblick auf eine nachfolgende Beschichtung. Die so genannte Restbelegung soll dabei so weit wie möglich entfernt werden. Es hat sich jedoch als problematisch herausgestellt, dass artfremde Rückstände, das heißt Rückstände, die nicht aus dem metallischen Grundwerkstoff bestehen, wie beispielsweise Schmierstoffe oder Öle unter Sauerstoffausschluss soweit chemisch verändert werden, z. B. durch Cracken, dass sich die verbleibende Restbelegung auch in sich an die Wärmebehandlung anschließenden chemischen Reinigungsbädern nur schwer entfernen lässt.
Durch die CH 413 544 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines emaillierten Gegenstandes aus duktilem Gusseisen bekannt. Zur Vermeidung von Poren im Emaillieüberzug und zur Verbesserung der Anhaftung soll das Gusseisen in einer entkohlenden Atmosphäre zur Entkohlung der Oberflächenschicht erhitzt und auf einer genügend hohen Temperatur gehalten werden, damit die Kohlenstoffverbindungen in der Grundmasse des Eisens zur Stabilisierung des Kohlenstoffs in Form von Kugelgraphit zerstört werden. Der angestrebte Temperaturbereich liegt zwischen 845°C bis 1010°C. Auf dieser Temperatur soll das Gusseisen während 1 bis 6 Stunden gehalten werden. Nach einer solchen Behandlung ist das duktile Gusseisen zum Beschichten bereit. Zuerst wird im Allgemeinen die Oberfläche durch Reinigen vorbereitet, um Oxide, Zunder und andere Fremdbestandteile zu entfernen, welche die Haftung oder die Qualität der Glasur beeinträchtigen könnten. Standardmässig wird die Oberfläche abgeschliffen oder sandgestrahlt.
Falls Anhaftungen sich nicht gründlich z. B. durch Sandstrahlen entfernen lassen, ist es möglich, eine Grundierung aufzutragen, beispielsweise um Rost zu fixieren (Wosniok, Wolfgang: Werkstoffe kurz und übersichtlich. 15. Aufl. Leipzig: VEB, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1988, S. 72. ISBN: 3-342-00172-0).
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit welchem die Restbelegung auf metallischen Oberflächen vor einem Beschichtungsschritt weiter reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Maßnahmen im Patentanspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Wärmebehandlung, die vor einem sich anschließendem nasschemischen Reinigungsschritt durchgeführt wird, unter geänderten Parametern erfolgt, wobei gerade nicht auf die Reduzierung der Zunderbildung abgestellt wird, sondern der üblicherweise in Schutzgasatmosphären vorhandene Sauerstoffgehalt von deutlich unter 1% auf mindestens 1% angehoben wird. Dies führt zwar zu einer stärkeren Oxidbildung, also Verzunderung des Bauteils, allerdings werden artfremde Rückstände, und hiermit sind insbesondere Schmieröle und Fette gemeint, durch die Anwesenheit des Sauerstoffs in der Gasatmosphäre weitgehend verbrannt. Beispielsweise konnte die Restbelegung von ca. 80 mg/m² auf ca. 30 mg/m² reduziert werden. Es hat sich gezeigt, dass die verbleibenden Rückstände/Verbrennungsprodukte durch den oder die nachfolgenden nasschemischen Reinigungsschritte leichter entfernt werden können als gecrackte Rückstände, wie z. B. Ölkohlen. Die Temperaturen, welchen die metallische Oberfläche während der Wärmebehandlung ausgesetzt ist, liegen bei maximal 750 C.
Durch die Oxidbildung sehen die Bauteile nach dem Verlassen des Ofens zwar augenscheinlich schmutziger aus als Bauteile, die unter einer Schutzgasatmosphäre einer Wärmebehandlung unterzogen worden sind, jedoch lässt sich die Oxidschicht in einem sich an die Wärmebehandlung anschließendem nasschemischen Reinigungsschritt einschließlich der artfremden, das heißt nicht aus dem Grundwerkstoff bestehenden Verschmutzung, leichter entfernen. Zum Teil kann die Oxidschicht auch vorteilhaft zur Entfernung von sonst kaum zu lösenden Belegungen genutzt werden, indem selektiv die Oxidschicht, z. B. durch eine Beizbehandlung aufgelöst und die Belegung dadurch unterwandert wird.
Prinzipiell kann der Sauerstoffgehalt während der Wärmebehandlung zwischen 1% und 21%, besser zwischen 5% und 21% liegen. Vorzugsweise wird ein Sauerstoffgehalt von ca. 18% bis 19% angestrebt.
Vorzugsweise wird eine Temperatur zwischen 500°C bis 550°C gewählt.
Die Dauer der Wärmebehandlung ist zur Erreichung des gewünschten Effektes so zu wählen, dass die Bauteiltemperatur für mindestens 1 Minute über dem Flammpunkt der Schmiermittel oder Öle liegt.
Um den Sauerstoffgehalt während der Vorbehandlung konstant zu halten, kann der Sauerstoffgehalt gemessen und der Atmosphäre gegebenenfalls zusätzlich Sauerstoff zugeführt werden. Unter gleichbleibenden Bedingungen kann sich der Sauerstoffgehalt im Ofen auch ohne eine Regelung auf einen Wert von etwa 21% einpegeln. Es ist aber unter Umständen schwierig, den Sauerstoffgehalt absolut konstant zu halten. Die Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere bei Öfen, die im Durchlaufverfahren betrieben werden. Bei solchen Öfen muss zwangsläufig eine Ofentür geöffnet und geschlossen werden, um die Bauteile in den Ofen einbringen und aus diesem wieder herausfördern zu können. In diesen Momenten ändert sich natürlich der Sauerstoffgehalt der Ofenatmosphäre. Die Schwankungen des Sauerstoffgehalts halten sich jedoch in Grenzen. Sofern also ein Sauerstoffgehalt von beispielsweise 18% angestrebt wird, wird die Schwankung je nach Ofenlänge im Bereich des Ofeneingangs und Ofenausgangs naturgemäß größer sein als in der Ofenmitte. Diese Schwankungen sind verfahrensbedingt. Ein bestimmter Sauerstoffgehalt ist somit nur als mittlerer Sauerstoffgehalt innerhalb der Ofenatmosphäre zu verstehen, der zudem zeitlich gemittelt werden muss.
Die Wärmebehandlung unter einer Atmosphäre mit dem angestrebten Sauerstoffgehalt kann Bestandteil einer Fertigungsfolge sein und beispielsweise gleichzeitig mit einer Wärmebehandlung zur Reduzierung von Spannungen im Bauteil erfolgen. Es kann sich bei der Wärmebehandlung aber auch um einen separaten Fertigungsschritt handeln, welcher gezielt zur Reinigung der Bauteile vor einer Oberflächenbehandlung erfolgen kann.
Das vorstehend genannte Verfahren wird in einem Ofen durchgeführt, der zumindest Mittel aufweisen sollte, um den Sauerstoffgehalt während der Wärmebehandlung festzustellen und gegebenenfalls zu verändern. Die Veränderung des Sauerstoffgehalts kann durch Veränderung der Öffnungszeiten von Eingangs- und Ausgangstüren erfolgen. Lässt man die Eingangs- und Ausgangstüren etwas länger offen, strömt Sauerstoff aus der Umgebungsluft in den Ofen ein. Selbstverständlich ist es auch möglich, über entsprechende Lüfter Sauerstoff bzw. Umgebungsluft in den Ofen zu fördern, wenn der Sauerstoffgehalt der Ofenatmosphäre angehoben werden soll. Der Sauerstoff kann auch in gebundener Form mit einem flüssigen oder gasförmigen Oxidationsmittel in den Ofen eingebracht werden. Die Mittel zur Beeinflussung der Ofenatmosphäre können als Steuerung oder auch als Regelkreis ausgelegt sein.

Claims

Verfahren zur Vorbehandlung von metallischen Oberflächen vor einem Beschichtungsvorgang, wobei vor dem Beschichten eine Wärmebehandlung unter einer Atmosphäre mit einem Sauerstoffgehalt von 1% bis 21% mit einem sich anschließenden Reinigungsschritt durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungsschritt nasschemisch ist und dass die Bauteile bis zu einer Temperatur von maximal 750°C erwärmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einem Sauerstoffgehalt zwischen 5% und 21% durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einem Sauerstoffgehalt von 18% bis 19% durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile auf 500°C bis 550°C erwärmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Bauteile für mindestens 1 Minute über dem Flammpunkt der Schmiermittel oder Öle liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Erwärmung der Bauteile zusätzlich Sauerstoff zugeführt wird.