DE19535607C2

DE19535607C2 - Verfahren zur Steigerung des Umgriffs in ETE-Bädern

Info

Publication number: DE19535607C2
Application number: DE1995135607
Authority: DE
Inventors: Mario Sprickmann
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 1995-09-25
Filing date: 1995-09-25
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: DE19535607A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung des Umgriffs in ETE-Prozeß bädern mit einem alkalischen Emailschlicker unter Zugabe eines chemischen Stoffes, wobei in Bezug auf einen zuvor empirisch ermittelten Grenzwert eine Überwachung der Laugenkonzentration des Emailschlickers erfolgt.

Es ist allgemein bekannt, daß dem Umgriff (Beschichtung Faradayscher Käfige) eine besondere Bedeutung bei der Beschichtung unregelmäßig geformter Werk stücke zukommt. Der Umgriff wird durch folgende Formel gekennzeichnet:

Umgriff [%] = [(I_max - I_min)/I_max] × 100

Dabei sind mit I_max der Anfangsstrom und mit I_min der Endstrom definiert.

Es ist nicht nur aus einem Beitrag von Kaup, Warnke u. a. in den Mitteilungen des Vereins Deutscher Emailfachleute e. V Band 38/1990 Heft 7 Seite 95 ff bekannt, daß die Emailauftragsmenge proportional zur Stromstärke und somit auch propor tional zur Stromdichte ist. Bei unregelmäßig geformten Werkstücken ist die Stromstärke nicht über die gesamte Blechoberfläche konstant. Daher kommt es vor, daß bestimmte Bereiche stärker beschichtet werden als andere.

Durch geeignete Zusätze zum Emailschlicker kann der elektrische Widerstand der elektrophoretischen Schicht ansteigen und die Stromdichteverteilung verändert werden. Sie sinkt an Stellen, an denen bereits eine Schicht aufgebaut ist. Bei wei terer elektrophoretischer Beschichtung werden dann die Stellen beschichtet, wel che noch nicht mit einer ausreichend dicken Emailschicht bedeckt sind. Je höher der Widerstand der elektrophoretisch aufgetragenen Schicht mit zunehmender Schichtdicke ansteigt, desto besser ist auch das Umgriffsverhalten des Schlickers. Wenn während des Beschichtungsvorganges die Stromstärke registriert wird, kann aus ihrem zeitlichen Abfall der Umgriff des Schlickers beurteilt werden.

Aus der DE 15 21 616 ist bereits bekannt, dem Schlicker Natriumaluminat zuzu führen. In der Praxis hat sich ein derartiger Zusatz zur Steigerung des Umgriffs durchgesetzt. Bereits geringe Mengen dieses chemischen Stoffes können den Umgriff nachhaltig verbessern. Bereits 0,2% reichen aus, um die Stromstärke bei einer Beschichtungsdauer von 30 s auf die Hälfte zu senken. Die Aluminatzugabe erfolgt immer gelöst in Natronlauge, weil das Aluminium in wässiger Lösung stabil gehalten werden muß. Das hat den Nachteil, daß die Natronlauge sich im Schlicker anreichert und zu einer Zunahme der elektrischen Leitfähigkeit des Elek trodenwassers und auch des alkalischen Emailschlickers führt.

Ferner ist aus der DE 44 22 460 A1 ein Verfahren zum Bestimmen und Konstanthalten der Laugenkonzentration (Alkalität) bekannt, bei dem in Bezug auf einen zuvor empirisch ermittelten Grenzwert eine Überwachung der Laugenkonzentration des alkalischen Emailschlickers erfolgt und bei Überschreitung des Grenzwertes der betreffende Laugenüberschuß im alkalischen Emailschlicker verringert wird. Dieses Verfahren ist in seiner Prozessführung sehr aufwendig, da sich kein chemisches Gleichgewicht zwischen der Lauge und den übrigen Substanzen im Emailschlicker einstellt, so dass die Alkalität im Emailschlicker permanent gemessen und verringert werden muss.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur optimalen Umgriffseinstel lung zu finden, bei dem ein kontinuierliches Absinken des Umgriffs und eine Lau genanreicherung verhindert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus gestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden Ansprü chen.

Ein Vorteil liegt darin, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei allen elektropho retischen Emaillierprozessen (ETE) anwendbar ist, die elementares Aluminium in Form eines körperlichen Gegenstandes, zur Bildung der umgriffsbestimmenden Komponente einsetzen können. Durch die Zugabe von elementarem Aluminium in Form eines körperlichen Gegenstandes erfolgt eine Reaktion mit der im Bad enthaltenen Lauge zu Aluminat. Dieses führt zu einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit im Bad und kann eine nach bisheriger Praxis notwendige Mikrofiltration zur Senkung der elektrischen Leitfähigkeit überflüssig machen. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine Anpassung der Auflösungsgeschwindigkeit des Aluminiums entsprechend dem Umgriff vorgenommen werden. Dieses ist entweder durch ein Anlegen eines elektrischen Potentials an das Aluminium oder durch zeitlich getaktetes Eintauchen des Al- Körpers möglich. Ein positives Potential wirkt dabei beschleunigend und ein negatives bremsend für die Oxidation des Aluminiums.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend näher erläutert. Die Figur zeigt ein Prozeßbecken (1) eines ETE-Prozesses, in welchem der Auftrag von Emailschlicker (4) auf das unregelmäßig geformte Werkstück (3) erfolgt.

Im Inneren eines Prozeßbeckens (1) befinden sich zwei Hohlkathoden (2), die mit einem elektrischen Kontakt versehen sind. Das als Anode geschaltete Werk stück (3) wird zwischen die Hohlkatoden (2) eingebracht. Prozeßbegleitend sollten die Parameter pH-Wert, elektrische Leitfähigkeit und Umgriff des alkalischen Emailschlickers (4) gemessen werden, um über diese Ergebnisse Aussagen zur Laugenkonzentration treffen zu können. Dem im Prozeßbad (1) befindlichen alkalischen Emailschlicker (4) wird zur Steigerung des Umgriffs elementares Aluminium in Form eines körperlichen Gegenstandes (5) zugegeben. Ein Rührer (6) verteilt das gelöste Aluminium gleichmäßig im Schlicker (4). Ebenso ist aber auch jede andere Möglichkeit zur gleichmäßigen Verteilung im Schlicker (4) nutzbar. Das Aluminium reagiert mit der im Schlicker (4) des Prozeßbades (1) enthaltenen Lauge zu Aluminat nach folgender Formel:

2Al + 2OH^- + 6H₂O ⇄ 2[Al(OH)₄]^- + 3H₂↑.

Dabei hat das Hydroxid eine höhere Äquivalentleitfähigkeit als das Aluminat. Die Reaktion führt zu einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit sowie des pH- Wertes und zu einer Erhöhung des Umgriffs. Die Senkung der Alkalität kann durch Messung der Leitfähigkeit erfaßt werden. Nach einer Überschreitung des Gleich gewichts zwischen der Lauge und dem Aluminat (beispielsweise bei Umsetzung von zuviel reinem Aluminium) verringert sich der Umgriff wieder. Das Gleichgewicht kann dann durch eine dosierte Zugabe von einer alkalischen Lösung wieder eingestellt werden. Die Folge ist wieder eine Umgriffserhöhung:

Al(OH)₃ + OH^- ⇄ Al(OH)₄ ^-

Ein Grenzwert der Laugenkonzentration ist vor Beginn der eigentlichen Versuche empirisch zu ermitteln. Er zeigt an, wann die Laugenkonzentration so verändert ist, daß trotz Zugabe von elementarem Aluminium in Form eines körperlichen Gegenstandes (5) keine Umgriffssteigerung mehr möglich ist. Dieser Grenzwert ist beispielsweise dann erreicht, wenn der pH-Wert, welcher u. a. Auskunft über die Laugenkonzentration gibt, sich nicht weiter verringert.

Das elementare Aluminium in Form eines körperlichen Gegenstandes (5) kann dem Emailschlicker (4) in Form eines Aluminiumrohres oder eines anderen aus Aluminium geformten Gegenstandes (5) zugegeben werden. Hierzu haben diverse durchgeführte Versuche gute Ergebnisse gebracht. Nachfolgend sind die Meßergebnisse aufgezeigt:
Ein Aluminiumrohr mit einem Durchmesser von ca. 1 cm wird für 17 Stunden in eine alkalische Emailschlickerprobe gegeben. Während der gesamten Zeit wird der alkalische Emailschlicker (4) kontinuierlich gerührt, um eine gleichmäßige Verteilung des umgesetzten Aluminiums zu erzielen. Danach durchgeführte Messungen von pH-Wert, elektrischer Leitfähigkeit und Umgriff ergeben im Vergleich zu einer unbehandelten Probe (ohne Aluminiumzugabe) folgende Werte, die in nachfolgender Tabelle aufgelistet sind:

Während der Zeit, in der sich dieses Rohr im alkalischen Emailschlicker befand, ist das eingesetzte Aluminium (5) zum Teil umgesetzt worden. Das Aluminiumrohr (5) wird vor und nach dem Versuch gewogen. Dabei konnte festgestellt werden, daß das Rohr (5) um diesen umgesetzten Anteil leichter geworden ist.

Die Auswertung ergibt die nachfolgende Bewertung:
Die Ergebnisse zeigen, daß sich durch die Zugabe von elementarem Aluminium in Form eines körperlichen Gegenstandes (5) der Umgriff des Emailschlickers (4) steigern läßt, wobei sein pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit jeweils senken. Erfolgt eine Zugabe von elementarem Aluminium in Form eines körperlichen Gegenstandes (5) (Aluminiumrohr, Aluminiumstange, Aluminiumblech usw.), so ist es möglich, an dieses Teil ein Potential anzulegen. Dadurch kann die Auflösungsgeschwindigkeit des Aluminiums entsprechend dem Umgriff angepaßt werden. Ein positives Potential wirkt beschleunigend und ein negatives Potential bremsend für die Oxydation des Aluminiums:

Al ⇄ Al³⁺ + 3e^- U_O = -2,3 V

Die Auflösungsgeschwindigkeit des Aluminiums ist ebenfalls durch ein zeitliches Takten des Gegenstandes (5) im Emailschlicker (4) steuerbar.

Wird durch Messungen festgestellt, daß ein vorher empirisch ermittelter Grenzwert der elektrischen Leitfähigkeit unterschritten wird, so zeigt sich dadurch, daß im Schlicker (4) zuviel elementares Aluminium umgesetzt wurde. Eine Zugabe von Lauge zum Schlicker (4) kann wieder eine Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit erreichen. Im praktischen Versuch hat sich bereits bei einer Zugabe von wenigen Millilitern Natronlauge eine Steigerung der Leitfähigkeit, sowie eine Erhöhung des Umgriffs ergeben. Dadurch wird der zuvor empirisch ermittelte Grenzwert zur Umgriffseinstellung wieder überschritten und die Leitfähigkeit erhöht sich. Dieses Verfahren ist einfacher zu handhaben und zu kontrollieren, als das in bisheriger Praxis notwendige Entziehen von Natronlauge aus dem Schlicker (4) mittels Mikrofiltration.

Claims

1. Verfahren zur Steigerung des Umgriffs in ETE-Prozeßbädern mit einem alkalischen Emailschlicker, wobei in Bezug auf einen zuvor empirisch ermittelten Grenzwert eine Überwachung der Laugenkonzentration des alkalischen Emailschlickers erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß dem alkalischen Emailschlicker (4) elementares Aluminium in Form eines körperlichen Gegenstandes (5) zugegeben wird, wobei ein Absinken der Laugenkonzentration im alkalischen Emailschlicker (4) unterhalb des empirisch ermittelten Grenzwertes durch Zugabe einer Lauge kompensiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laugenkonzentration durch die Auflösungsgeschwindigkeit des elementaren Aluminiums in Form eines körperlichen Gegenstandes (5) über ein Anlegen eines elektrischen Potentials an den Gegenstand (5) oder ein zeitlich getaktetes Tauchen dieses Gegenstandes (5) in den alkalischen Emailschlicker (4) gesteuert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der Laugenkonzentration des alkalischen Emailschlickers (4) durch Messung von elektrischer Leitfähigkeit und/oder pH-Wert des alkalischen Emailschlickers (4) und/oder elektrischer Leitfähigkeit des Elektrodenwassers erfolgt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der Laugenkonzentration mindestens vor und nach der Zugabe des elementaren Aluminiums in Form eines körperlichen Gegenstandes (5) in den alkalischen Emailschlicker (4) erfolgt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Absinken der Laugenkonzentration durch Zugabe von Natronlauge oder in Natronlauge gelöstem Natriumaluminat kompensiert wird.