DE19502893C1 - Verfahren zur Oberflächenveredelung von korrosionsbeständigen Metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenveredelung von Gegenständen aus korrosionsbeständigen Metallen bzw. Metallegierungen für die Verwendung mit höchster Reinraumklassifizierung mit hohen Anforderungen an die Reinigungsfähigkeit der Oberflächen.

Derartige Metalle bzw. Metallegierungen werden in der chemischen Industrie, in der Lebensmittelindustrie und in Reinraumbereichen der Mikroelektronik-Industrie eingesetzt, wenn die höchste Reinraum-Klassifizierung mit zehn Partikeln kleiner als 0,5 µm auf einem Kubikmeter Luft bzw. weniger, eine hohe Korrosionsbeständigkeit der aus diesen Metallen hergestellten Artikel und eine leichte und gründliche Reinigungs- bzw. Desinfektionsfähigkeit der Oberflächen gefordert werden.

In diesen Bereichen verwendete Metalle bzw. Metallegierungen können Nichteisenmetalle bzw. -legierungen, z. B. Ti-Cu-Ni-Legierungen oder nichtrostende Stähle, wie z. B. ferritische, martensitische oder austenitische nichtrostende Stähle sein.

Im Anschluß an die Formgebung der mit diesen Materialien hergestellten Gegenstände ist eine Oberflächenbehandlung erforderlich, die dazu dient, die Oberfläche zu reinigen, den Korrosionsschutz zu erhöhen und/oder eine optisch/metallisch blanke Oberfläche zu erzeugen.

Die vorerwähnten Betriebsanforderungen werden insbesondere durch austenitische, nichtrostende Stähle mit hohem Chrom- und Nickelgehalt erfüllt. Diese austenitischen, nichtrostenden Stähle weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Widerstand gegen chemische Angriffe sowie eine gute Warmfestigkeit und Kaltzähigkeit auf und lassen sich gut verarbeiten.

Die mechanische Oberflächenbehandlung kann durch Bürsten, Schleifen, Sandstrahlen, Stahlkugel- oder Glasperlenstrahlen erfolgen. Beim Bürsten, Schleifen und Sandstrahlen wird die Oberfläche mehr oder weniger stark abgetragen und eine verhältnismäßig große Oberflächenrauhigkeit erzeugt, die insbesondere in Reinraumbereichen hoher Güte unerwünscht ist. Beim Stahlkugel- oder Glasperlenstrahlen erfolgt nur eine geringe oder gar keine Abtragung der Oberfläche, jedoch ergibt sich eine plastische Verformung mit Verringerung der Oberflächenrauhigkeit, wobei die Oberfläche matt bis mattglänzend bleibt.

Die Oberflächenbehandlung und -reinigung von austenitischen, nichtrostenden Stählen kann durch Beizen erfolgen. Als Beizlösungen werden Mischungen aus Salpetersäure und Flußsäure verwendet, durch die durch Schweiß- oder Wärmebehandlung entstandene Anlauffarben, Zunder- und Schlackenreste sowie sonstige allgemeine Oberflächenverunreinigungen entfernt werden. Es entsteht eine ferritische reine Oberfläche, deren Korrosionsbeständigkeit dadurch erhöht ist, daß die Ausbildung örtlicher Korrosionselemente erschwert wird. Die Oberflächenmikrostruktur wird durch das Beizen nur geringfügig verändert.

Insbesondere für Artikel, die in der medizinischen und pharmazeutischen Industrie, der Lebensmittelindustrie und in Reinraumbereichen der Klasse 10 oder kleiner, d. h. in Bereichen, in denen die Materialoberflächen besonders sauber zu halten sind und keine Martikel im µm-Bereich abgeben dürfen, verwendet werden, wird das Elektropolieren eingesetzt. Da durch das Elektropolieren nur die Materialrauhigkeit an der Oberfläche beseitigt und ein optischer Glanzeffekt erzielt wird, Materialunebenheiten jedoch nicht bzw. nur unwesentlich abgetragen werden, insbesondere durch mechanische Bearbeitung wie Bürsten, Schleifen, Sandstrahlen hervorgerufene unebene Oberflächenstrukturen, werden für Gegenstände, die elektropoliert werden sollen, nur kaltgezogene, porenfreie, nichtrostende Stähle verwendet.

Durch das Elektropolieren wird eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit der Oberflächen durch das Abtragen der Mikrorauhigkeit, insbesondere der ferritischen Anteile und von Ablagerungen sowie durch die Verkleinerung der Oberfläche aufgrund der Beseitigung von oberflächennahen Strukturstörungen erreicht. Als Elektrolyt werden Phosphorsäure oder Schwefelsäure verwendet, wobei das Werkstück im Bad als Anode geschaltet wird.

Wird eine optisch hochglänzende Oberfläche gewünscht, kann dies durch das Elektropolieren erreicht werden. Dieses Verfahren ist in DE-Z.: Metalloberfläche, 2. Jahrgang, Heft 6, S. B 81 bis B 88 beschrieben. Hierdurch soll ein mechanisches Polieren ersetzt werden, und es geht von einem weitgehend vorgeschliffenen Zustand des Werkstücks aus. Derartige optisch hochglänzende, spiegelnde Oberflächen können jedoch unter bestimmten Arbeitsbedingungen nachteilig oder unerwünscht sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenveredelung von Gegenständen aus korrosionsbeständigen Metallen bzw. Metallegierungen für die Verwendung mit höchster Reinraum-Klassifizierung und/oder hohen Anforderungen an die Reinigungsfähigkeit der Oberflächen zu schaffen, mit dem sich eine matte, blendfreie Struktur erreichen läßt.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird vorgeschlagen, daß erfindungsgemäß in einem ersten Schritt durch Elektropolieren die Materialrauhigkeit an der Oberfläche überwiegend beseitigt und in einem zweiten Schritt durch Kugelstrahlen, insbesondere Stahlkugel- oder Glasperlenstrahlen, die Oberfläche plastisch verformt und verdichtet wird und Zerklüftungen verschlossen und eine Ablagerung von Partikeln verhindert wird, wodurch gleichzeitig eine matte, blendfreie Struktur erreicht werden.

Vorzugsweise werden für das Glasperlenstrahlen Glasperlen mit einem Durchmesser von etwa 150 µm verwendet. Dem Elektropolieren kann ein Reinigungsgang der Oberfläche durch Bürsten, Schleifen, Sandstrahlen und/oder Beizen vorgeschaltet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere bei aus austenitischen, nichtrostenden Stahl hergestellten Gegenständen verwenden. Durch die Kombination des Elektropolierens im ersten Schritt und des Stahlkugel- oder Glasperlenstrahlens im zweiten Schritt wurde überraschenderweise eine weitere Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und vor allen Dingen eine Verminderung der Ablagerung-von Partikeln in nach dem Elektropolieren noch verbliebenen Zerklüftungen der Oberfläche erreicht. Dies läßt sich dadurch erklären, daß an der Materialoberfläche kein Abtrag, sondern lediglich eine plastische Verformung und Verdichtung dem Oberfläche erfolgen, die Zerklüftungen beseitigen und die Materialoberfläche verkleinern. Durch das Stahlkugel- oder Glasperlenstrahlen wird eine matte, blendfreie Struktur der Oberfläche erreicht, so daß sich optimale und reinraumgerechte Arbeitsbedingungen ergeben, wenn die aus austenitischem, rostfreiem Stahl hergestellten Gegenstände nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt sind.

Claims (4)

1. Verfahren zur Oberflächenveredlung von Gegenständen aus korrosionsbeständigen Metallen bzw. Metallegierungen für die Verwendung mit höchster Reinraumklassifizierung mit hohen Anforderungen an die Reinigungsfähigkeit der Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - in einem ersten Schritt durch Elektropolieren die Materialrauhigkeit an der Oberfläche überwiegend beseitigt und
• - in einem zweiten Schritt durch Kugelstrahlen, insbesondere Stahlkugel- oder Glasperlenstrahlen, die Oberfläche plastisch verformt und verdichtet und Zerklüftungen verschlossen und eine Ablagerung von Partikeln verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Glasperlen mit einem Durchmesser von etwa 150 µm.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen vor dem Elektropolieren durch Bürsten, Schleifen, Sandstrahlen und/oder Beizen gereinigt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung von austenitischen, nichtrostenden Stahl.