DE102019119472A1

DE102019119472A1 - Verfahren zum entschichten von werkstücken

Info

Publication number: DE102019119472A1
Application number: DE102019119472.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Trinquart
Original assignee: Voestalpine Eifeler Coating GmbH
Current assignee: Voestalpine Eifeler Coating GmbH
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2021-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Hartstoffschichten, insbesondere von durch PVD-Verfahren auf metallischen Substraten abgeschiedenen Hartstoffschichten, wobei das Werkstück in eine Entschichtungslösung eingebracht wird und dort eine vorbestimmte Zeit zur Behandlung verbleibt, wobei die Entschichtungslösung folgende Bestandteile aufweist:- mindestens eine Cyanidionen-Quelle;- mindestens eine Base;- mindestens einen Korrosionsinhibitor.

Description

Die Erfindung betrifft ein nasschemisches Verfahren zum Entschichten von Werkstücken, insbesondere von Werkzeugen und Komponenten, die mit einer Hartstoffschicht belegt sind, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist bekannt, auf Werkstoffe mittels PVD-Verfahren Cr-hältige Hartstoffschichten wie AlCr, AICrN oder reine Cr-Schichten abzuscheiden, um den Werkstücken verbesserte Eigenschaften zu verleihen: Korrosionsbeständigkeit, längere Standzeiten, Kantenstabilität usw.
Einhergehend mit der Beschichtung stellt sich allerdings das Problem der Entschichtung, vor allem für Teile, deren Beschichtung entweder fehlerhaft ist oder bei Werkzeugen, die entschichtet, aufgearbeitet und erneut beschichtet werden sollen. Die Entschichtung stellt einen wichtigen Schritt zur Materialeinsparung und Kostensenkung dar, weil die Werkzeuge nach Fehlbeschichtung oder Verschleiß der Schicht nicht verworfen werden müssen, sondern nach Ent- und Wiederbeschichtung wieder verwendet werden können.
Es ist bekannt, zum nasschemischen Entschichten von Werkzeugen starke Oxidationsmittel (z.B. Kaliumpermanganat, Dichromat, Cerammoniumnitrat, Kaliumperoxodisulfat) in stark basischer Lösung zu verwenden. Gegebenenfalls werden Komplexbildner (Citrate, Oxalate, Gluconate, EDTA) für schnellere Entschichtung sowie Inhibitoren (z.B. Morpholin, Benzotriazol, Amide) für den Substratschutz eingesetzt.
Aus der US 7,077,918 B2 ist ein Verfahren zum Entschichten eines beschichteten Werkstücks bekannt, wobei die AICrN-Schicht mittels einer basischen Entschichtungslösung bestehend aus 200g/L NaOH und 1-50 g/L KMnO4 entfernt wird. Die Entschichtungslösung hat dabei einen pH-Wert zwischen 7 und 15. Die Ablösung der 3,5 µm dicken AICrN-Schicht wird bei 60 °C durchgeführt und dauert 35-55 Minuten. Anschließend wird das Werkstück gereinigt, um Braunstein-Rückstände zu entfernen.
Die EP 1 029 117 B1 beschreibt ein Verfahren zur Entschichtung eines mit TiAIN beschichteten Schnellarbeitsstahls. Die Entfernung der Schutzschicht erfolgt bei 60 °C in einer Lösung, die 17,5 w-% H2O2, 0,4 mol/L NaOH und eine Säure oder ein Salz einer Säure (z.B. Phosphate, Phosphonate, Phosphonsäure) enthält, wobei die Schutzschicht nach 3 Stunden vollständig abgelöst ist.
Aus der WO 2009/132758 A1 ist bekannt, Hartmetalle mittels einer Lösung zu entschichten, die 3-8 w-% KMnO4 und 6-15 w-% KOH oder NaOH enthält, wobei der pH-Wert der Lösung über 13 liegt. Das Hartmetall ist dabei mit einer Schutzschicht bestehend aus AlCr, TiAICr oder anderen AICr-Legierungen (z.B. Karbiden, Boriden, Nitriden, Oxiden) versehen. Die Ablösung einer 4 µm dicken Schicht ist bei 15-30 °C bzw. 60-70 °C nach 12-136 Minuten abgeschlossen. Nach der Entschichtung wird das Werkstück einer Nachbehandlung unterzogen.
Nachteile dieser Verfahren sind lange Entschichtungsdauer, hoher Chemikalienumsatz und die damit verbundenen Kosten sowie Verwendung starker Oxidationsmittel.
Es ist außerdem bekannt, dass alkalische Wasserstoffperoxid-Lösungen zur Autooxidation neigen, die in stark exothermer Reaktion erfolgt. Diese wird durch Metallionen katalysiert, die beim Entschichtungsvorgang in die Lösung freigesetzt werden. Einsatz alkalischer Wasserstofflösungen ist kompliziert, da die Reaktionsbedingungen exakt eingehalten werden müssen, um Prozesssicherheit zu gewährleisten.
Außerdem sind Hartmetalle empfindlich gegen starke Alkalien. Aus diesem Grund ist bis jetzt nicht gelungen, eine kostengünstige universelle Entschichtungslösung bereitzustellen, die eine schonende Materialbehandlung ermöglichen würde.
Hartmetalle sind Legierungen aus metallischen Hartstoffen (Karbiden) und einem Bindemetall (Kobalt). Nach der Entschichtung tritt ein Kobalt-Leaching auf. Außerdem zeigt sich ein Profilverlust (Wolframleaching) auf der Oberfläche. Dies bedeutet, dass das Substrat einem Angriff unterliegt. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, dass eine Verschlechterung der Schichthaftung gegeben ist. Somit erfordert das Entschichten von Hartmetall unbedingt das Verhindern von Kobalt-Auswaschung.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein wirtschaftliches und universelles Verfahren zum Entschichten von Werkstücken zu schaffen, bei dem die Werkstücke aus einem Hartmetall oder Schnellarbeitsstahl hergestellt und mit einer Hartstoffschicht bestehend aus Cr, AlCr oder AICrN versehen sind und bei dem die substanzielle Beschädigung des Werkstücks vermindert oder beseitigt wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein universelles Verfahren geschaffen wird, das ermöglicht, sowohl Hartmetalle als auch High-Speed-Steel-Werkstücke schonend und vergleichsweise schnell zu entschichten.
Erfindungsgemäß werden neben den gebräuchlichen Stabilisatoren und Inhibitoren andere Hilfsstoffe eingesetzt, die in einem leicht alkalischen Millieu mit anderen Stoffen zusammenwirken und auf diese Weise eine Auslösung von Kobalt aus dem Werkstück zum Großteil verhindern.
Erfindungsgemäß wird eine Entschichtungslösung vorgeschlagen, die lediglich drei Komponenten beinhaltet und einen leicht alkalischen pH-Wert aufweist. Dabei wird die Verwendung starker Oxidationsmittel vermieden und der große Aufwand minimiert, der betrieben werden muss, wenn ein alkalisches Wasserstoffperoxid-Bad mit einem hohen pH-Wert im Siedetemperaturbereich betrieben wird. Auch wird die Prozesssicherheit dank der tiefen Prozesstemperaturen erhöht. Außerdem verringert der Verzicht auf starke Oxidationsmittel das Risiko von Profilverlust (Wolframleaching).
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt, das dank niedrige Prozesstemperaturen und kurzer Behandlungsdauer kostensparend und ertragsmaximierend ist.
Die Erfindung wird lediglich beispielhaft anhand einer Figur erläutert.

1: eine Tabelle mit experimentellen Daten, zeigend eine mögliche chemische Zusammensetzung der Entschichtungslösung, den pH-Wert der Lösung sowie die Behandlungstemperatur und -dauer für eine Schichtdicke von 3,5 µm.

Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass die Behandlungsdauer erheblich verringert wird. Eine 3,5 µm dicke Schicht wird in 2 Minuten vollständig entfernt. Die verkürzte Behandlungsdauer stellt Prozessoptimierung und Kostenminimierung dar.
Die Effekte können auch bei industriell bedingten, leichten Schwankungen des Wassergehalts aufgrund der Beimenung der Inhaltsstoffe in wässriger Lösung der in 1 beschriebenen Lösung erzielt werden. Insgesamt kann der Wassergehalt in der Lösung zwischen 70 w-% und 90 w-%, besonders bevorzugt zwischen 80 w-% und 85 w-% liegen.
Erfindungsgemäß ist außerdem möglich, durch die verkürzte Behandlungsdauer und das leicht alkalische Millieu den Entschichtungsvorgang schonend durchzuführen, ohne das Substrat substanziell zu beschädigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7077918 B2 [0005]
EP 1029117 B1 [0006]
WO 2009/132758 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Entfernen von Hartstoffschichten, insbesondere von durch PVD-Verfahren auf metallischen Substraten abgeschiedenen Hartstoffschichten, wobei ein metallisches Werkstück in eine Entschichtungslösung eingebracht; wobei die Entschichtungslösung folgende Bestandteile aufweist: - mindestens eine Cyanidionen-Quelle - mindestens eine Base - mindestens einen Korrosionsinhibitor;
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Entschichtungslösung eine Lösung verwendet wird, die einen Cyanoferrat-Komplex, insbesondere K₃[Fe(CN)₆] als Cyanidionen-Quelle enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Entschichtungslösung eine Lösung verwendet wird, wobei die Base mindestens Natriumhydroxid enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Entschichtungslösung eine Lösung verwendet wird, wobei der Korrosionsinhibitor mindestens Dimethylaminoethanol enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschichtungslösung auf einen leicht alkalischen pH-Wert von insbesondere 9,5 bis 10 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entschichtungslösung auf eine Temperatur von maximal 40 °C eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartstoffschichten, insbesondere von durch PVD-Verfahren auf metallischen Substraten abgeschiedenen Hartstoffschichten, eine Cr-hältige, bevorzugt eine AlCrhältige Hartstoffschicht, insbesondere AICrN-Hartstoffschicht ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Nachbehandlungsschritt nach dem Ablösen des Schichtsystems durchgeführt wird, der eine Oberflächenbehandlung mitumfasst, wobei die Oberflächenbehandlung zumindest eine der folgenden Behandlungsmöglichkeiten umfasst: Strahlen, Reinigen, Spülen, Trocknen.
Entschichtungslösung zum Entfernen von Hartstoffschichten insbesondere gemäß einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere von durch PVD-Verfahren auf metallischen Substraten abgeschiedenen Hartstoffschichten, wobei ein metallisches Werkstück in eine Entschichtungslösung eingebracht wird; wobei die Entschichtungslösung folgende Bestandteile aufweist: - mindestens eine Cyanidionen-Quelle - mindestens eine Base - mindestens einen Korrosionsinhibitor - in wässriger Lösung;