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Phosphatierungsverfahren zur Erleichterung der Kaltverformung Zur
Erleichterung der Kaltverformung hat sich die Aufbringung von Phosphatüberzügen
bestens bewährt. Die Aufbringung einer Phosphatschicht wurde sowohl zur Erleichterung
des Ziehens von Drähten, Rohren und Profilen als auch zur Erleichterung des Kaltfließpressens
als auch des Tiefziehens eingesetzt.
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Die Vorbereitung durch die Aufbringung von Phosphatüberzügen hat sich
bei starken Verformungsgraden bisher gut bewährt. Bei mittleren bis schwächeren
Kaltverformungen traten jedoch Schwierigkeiten insofern auf, als unerwünschte Reste
von Phosphatüberzügen nach Beendigung der Kaltverformung auf der Werkstückoberfläche
blieben, die bei dem nachträglichen Blankglühen oder Elektroplattieren stören.
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Es war bis jetzt nicht möglich, einen Phosphatüberzug aufzubringen,
der eine genügende Erldichterung der Kaltverformung, insbesondere für mittlere und
schwache Verformungsgrade, gewährleistet und der trotzdem auch bei diesen geringeren
Verformungsgraden so weitgehend aufgebraucht wird, daß Störungen der beschriebenen
Art nicht auftreten.
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Es wurde nun gefunden, daß man auch mittlere und schwache Kaltumformungen
mit Hilfe von Phosphatüberzügen durchführen kann, ohne daß diese Störungen auftreten,
wenn man die Phosphatierung mit Hilfe von Oxydationsmittel enthaltenden Phosphatlösungen
aufbringt, die mindestens ein wasserärmeres Phosphat, insbesondere Pyro-, Poly-
und/ oder Hexametaphosphat, in Mengen von 0,01 bis 0,8 g/1, gerechnet als das Alkalisalz
der betreffenden Säure, enthalten. überzüge, die mit Hilfe derartiger Phosphatierungslösungen
aufgebracht werden, sichern einerseits die erforderliche Erleichterung der Kaltverformung,
sind aber schon nach verhältnismäßig geringen Verformungen so weit aufgebraucht,
daß die Rückstände weder Schwierigkeiten bei dem Blankglühen machen, noch beim Elektroplattieren
störend wirken. Es war überraschend, daß durch einen solchen Zusatz von geringen
Mengen kondensierter Phosphate ein solcher Erfolg erzielt werden konnte.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere für die Kaltverformung
von geschweißten Rohren und Profilen, wie sie für die Herstellung von Tür- und Fensterprofilen
verwendet werden, einsetzen. Zum Aufbringen von Phosphatüberzügen auf derartigen
Profilen sind die bisher eingesetzten Phosphatierungsverfahren wenig geeignet, da
sie beträchtliche Rückstände auf der Oberfläche hinterlassen, während sich das erfindungsgemäß
einzusetzende Phosphatierungsverfahren unter Verwendung von kondensierten Phosphaten
hervorragend bewährt hat.
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Geschweißte Rohre bzw. Profilrohre erfahren nach der Schweißung nur
noch eine verhältnismäßig geringe Querschnittsverminderung, die insbesondere dazu
dient, die Schweißnaht zu egalisieren. Hierbei kommt es darauf an, mit geringem
Abzugsgrad eine scharfe Profilierung der Profilkanten zu erzielen, ohne daß eine
stärkere Querschnittsabnahme erforderlich ist. Die Verformungsgrade betragen jedoch
selten mehr als 40 bis 504/o Wandstärkenverminderung, und eine solche Verformung
kann in einem bis zwei Zügen durchgeführt werden.
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Bei Anwendung der bekannten Phosphatierungsverfahren, beispielsweise
mit Hilfe von Oxydationsmittel enthaltenden Zinkphosphatlösungen, verbleiben beträchtliche
Anteile der Phosphatschicht nach den Verformungsgängen auf der Oberfläche, während
von Phosphatüberzügen, die in Phosphatierungslösungen, die zusätzlich ein kondensiertes
Phosphat in der angegebenen Menge enthalten, nach beendeter Verformung praktisch
keine Phosphatreste mehr vorhanden sind, zumindest die ein störungsfreies Blankglühen
und auch ein Elektroplattieren einwandfrei durchführen lassen.
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Ein besonderer Vorteil der Aufbringung der Phosphatüberzüge mit den
erfindungsgemäß zu verwendenden Phosphatierungslösungen besteht darin, daß mit Hilfe
dieser Lösungen gleichmäßige Phosphatüberzüge auch auf blankgeglühtem Material aufgebracht
werden können und daß auch die Schweißnaht von dem Phosphatüberzug gleichmäßig bedeckt
wird.
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Im Vergleich zu den bekannten Phosphatierungsverfahren ist die Schichtausbildung
mit Hilfe von kondensierte Phosphate enthaltenden Lösungen
außerdem
vorteilhaft, da der Chemikalienverbrauch und der Schlammanfall geringer sind. Es
werden etwa 30 bis 50% weniger Chemikalien für die Aufbringung des Phosphatüberzuges
verbraucht im Vergleich zu den für die Erleichterung der Kaltverformung üblicherweise
eingesetzten Phosphatierungsverfahren.
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Die Ergänzung der üblichen Badkomponenten, wie Phosphat, schichtbildendes
Metall, Oxydationsmittel, wird in der üblichen Weise vorgenommen. Die Ergänzung
des wasserärmeren Phosphats richtet sich nach dem Durchsatz. Im allgemeinen sind
0,1 bis 2,5 g wasserärmeres Phosphat pro Quadratmeter behandelter Oberfläche erforderlich.
Bei nitrithaltigen Phosphatierungslösungen ist die Nitritergänzung so zu bemessen,
daß ein Nitritgehalt aufrechterhalten wird. Hierzu dient ein Ergänzungsverhältnis
von Nitrit zu wasserärmerem Phosphat von 2: 1 bis 1: 6, vorzugsweise 1:1.
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Beispiel 1 Auf einer Rohrschweißmaschine aus Bandstahl hergestellte
Rohre mit einem äußeren Durchmesser von 46 mm und einer Wandstärke von 2 mm wurden
zunächst unter Schutzgas bei einer Temperatur von 720° C rekristallisierend geglüht
und kurzzeitig in etwa 15%iger warmer Schwefelsäure aktiviert. Nach gründlicher
Kaltwasserspülung von 5 bis 10 Minuten wurden sie phosphatiert. Für die Phosphatierung
wurde eine Lösung benutzt, die im Liter 5,0 g Zink, 3,9 g P,05, 8,0 g N03, 0,2 g
NaN02, 0,2 g Natriumhexametaphosphat enthielt. Die Badlösung hatte eine Temperatur
von 55° C, und die Tauchzeit dauerte 5 bis 10 Minuten. Nach der Phosphatierung wurde
in kaltem Wasser gespült und durch Eintauchen in eine seifenhaltige wäßrige Schmiermittellösung
bei Raumtemperatur befettet und anschließend getrocknet. Die Rohre wurden dann auf
Rohrziehbänken gezogen, und zwar im ersten Zug bis auf einen äußeren Durchmesser
von 40 mm und eine Wandstärke von 1,8 mm und im zweiten Zug ohne Zwischenbehandlung
auf einen äußeren Durchmesser von 36 mm und eine Wandstärke von 1,5 mm. Dies entspricht
einer Gesamtquerschnittsabnahme von 400/a.
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In einem anderen Fall wurden in gleicher Weise phosphatierte Rohre
von einem äußeren Rohrdurchmesser von 32 mm und einer Wandstärke von 1,6 mm im ersten
Zug auf einen äußeren Durchmesser von 29 mm und eine Wandstärke von 1,3 mm und in
einem zweiten Zug ohne Zwischenbehandlung auf einen äußeren Durchmesser von 25 mm
und eine Wandstärke von 1,0 mm verformt. Dies entspricht einer Gesamtquerschnittsabnahme
von 51,4%.
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Zum Vergleich hierzu wurden entsprechende Rohre in üblicher Weise
in einer Phosphatierungslösung obengenannter Zusammensetzung, jedoch ohne kondensierte
Phosphate phosphatiert und in der beschriebenen Weise verformt. Während bei der
erfindungsgemäßen Behandlung eine gleichmäßige und dichte Phosphatschicht auf der
Rohroberfläche auch an der Schweißnaht erhalten wurde, war die Phosphatschichtausbildung
bei Phosphatierung ohne kondensierte Phosphate über die ganze Fläche ungleichmäßig,
insbesondere an der Schweißnaht. Dementsprechend liefen die ohne kondensierte Phosphate
phosphatierten Rohre auf der Ziehbank unruhig und neigten zeitweise zum Rattern,
während die erfindungsgemäß phosphatierten Rohre sich gleichmäßig ziehen ließen.
Nach der Verformung -durch die zwei Züge hatte die Oberfläche der Rohre, die in
Lösungen ohne kondensierte Phosphate aufgebracht waren, dunkle Flecken und war mit
Phosphatschichtresten in störender Weise behaftet, so daß auch nach dem Blankglühen
der Rohre noch keine einwandfreie Oberfläche erhalten wurde, auf der eine Elektroplattierung
möglich gewesen wäre. Die in erfindungsgemäßer Weise phosphatierten Rohre zeigten
nach zwei Zügen eine helle, metallisch aussehende Oberfläche, die auch bei nachgeschaltetem
Glühen den Veredlungsoperationen keinerlei Schwierigkeiten bereitet, insbesondere
war eine Elektroplattierung ohne Störung möglich.
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Die im Beispiel 1 verwendete Phosphatierungslösung läßt sich wirksam
erhalten durch Ergänzung mit Hilfe einer Lösung folgender Zusammensetzung: 202,0
g/1 Zink, 330,0 g/1 P205, 199,0 g/l N03.
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Außerdem wird die Lösung mit Nitrit und kondensiertem Phosphat ergänzt,
vorzugsweise im Verhältnis 1:1, wobei die Bemessung auf die Aufrechterhaltung des
Nitritgehalts erfolgt.
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Für die Phosphatierung können die Zinkphosphatlösungen oder zumindest
Zinkphosphat enthaltenden Lösungen auch mit anderen Oxydationsmitteln verwendet
werden. Als weitere Oxydationsmittel haben sich Chlorat im Gemisch mit Nitrat oder
Nitrit allein günstig erwiesen. Die Gehalte der Lösungen an kondensierten Phosphaten
betragen auch in diesen Fällen von 0,01 bis 0,8 g/l. Neben Zinkphosphat können die
Lösungen auch noch Zusätze, beispielsweise an Kalziumsalzen, insbesondere Kalziumphosphat,
Mangansalzen, insbesondere Manganphosphat, Eisensalzen, insbesondere Eisenphosphat,
enthalten. Beispiel 2 Für den Ansatz und die Ergänzung wurde ein wäßriges Konzentrat
benutzt, das folgende Zusammensetzung aufwies: 113,5 g/1 Zink, 348,0 g/1 P2O5, 126,5
g/1 C103, 47,0 g/1 Na20.
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Ein mit dieser Lösung angesetztes Bad weist folgende Gehalte auf:
3,1 g/1 Zink, 9,4 g/1 P205, 3,4 g/1 CIO3, 1,3 g/1 Na20.
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Zu diesem Grundbad wurden 0,12 g Pentanatriumtripolyphosphat pro Liter,
in einem anderen Fall 0,1g Natriumhexametaphosphat pro Liter zugegeben und in diesen
Bädern sowie in dem Bad ohne Zusatz Stahlrohre bei 70° C 8 Minuten im Tauchen phosphatiert.
Die Rohre wurden, wie im Beispiel 1 angegeben, anschließend beseift und gezogen.
Nach dem Ziehen zeigten die Rohre, die in den erfindungsgemäßen Bädern behandelt
waren, eine wesentlich hellere, fast blanke Oberfläche, während die Vergleichsrohre
noch
erhebliche Rückstände an Phosphatschicht und Schmiermittel aufwiesen. Die Ergänzung
der Bäder erfolgte mit dem oben angegebenen Konzentrat auf Konstanz des Zink- und
Phosphatgehalts. Die Ergänzung an kondensiertem Phosphat wurde so eingestellt, daß
dem Bad pro Quadratmeter behandelter Oberfläche 0,5 g Natriumhexametaphosphat bzw.
1 g Pentanatriumtripolyphosphat zugeführt wurden.
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Der Zusatz von wasserärmeren Phosphaten zu Zinkphosphat enthaltenden
Phosphatierungslösungen bekannter Zusammensetzung, zu denen auch oxydationsmittelhaltige
Lösungen gehören, ist bereits bekannt.
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Es ist auch ein besonderes Ergänzungsverfahren für mit Nitrit beschleunigte
schichtbildende Phosphatierungslösungen, die weitere Beschleuniger enthalten können
und die wasserärmere Phosphate als Orthophosphat enthalten, vorgeschlagen, ohne
daß es zum Stand der Technik gehört. Bei diesem letzteren Verfahren werden die zu
phosphatierenden Gegenstände im Tauchverfahren in einer vorzugsweise Zinkphosphat
enthaltenden Phosphatierungslösung mit einem Gehalt an wasserärmerem Phosphat, insbesondere
Hexametaphosphat und/oder Tripolyphosphat, von weniger als 0,8 g/1, vorzugsweise
weniger als 0,4 g/1, behandelt und die Lösung mit wasserärmerem Phosphat in Mengen
von 300 bis 600 mg/m2 behandelter Oberfläche und so viel Natriumnitrit ergänzt,
daß das Ergänzungsverhältnis von Natriumnitrit zu wasserärmerem Phosphat 1:0,5 bis
1: 6, vorzugsweise 1:2 bis 1:4, beträgt. Ein solches Verfahren, das aber selbst
nicht Gegenstand des vorliegenden Schutzbegehrens ist, kann auch erfindungsgemäß
zum Aufbringen von überzügen für die Erleichterung der Kaltverformung verwendet
werden.