DE19859734A1

DE19859734A1 - Process for partially or completely coating the surfaces of aluminum (alloy) components comprises applying a solder, flux and binder in powdered form and fusing

Info

Publication number: DE19859734A1
Application number: DE19859734A
Authority: DE
Inventors: Norbert-William Sucke; Markus Cudazzo
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Erbsloeh AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; WKW AG
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-07-06

Abstract

Process for partially or completely coating the surfaces of aluminum (alloy) components comprises applying a solder, flux and binder in powdered form to the surfaces and fusing using heat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur partiellen oder vollständigen Beschichtung der Oberflächen von Bauteilen aus Aluminium und seinen Legierungen mit Lot, Fluß- und Bindemittel zur Hartverlötung der Bauteile miteinander, indem auf die für die Lötung vorgesehenen Oberflächen Lot, Fluß- und Bindemittel aufgetragen werden, zu deren Aufschmelzung Wärme benutzt wird.The invention relates to a method for partial or complete Coating the surfaces of components made of aluminum and its Alloys with solder, flux and binder for hard soldering of the components with each other by soldering onto the surfaces intended for soldering, Flux and binders are applied, for melting them heat is used.

Die deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 197 44 734.1-45 beschreibt ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem das Lot und das Flußmittel zur gleichmäßig dosierten Beschichtung der Oberfläche von Metallbauteilen pulverförmig aufgetragen wird, während das Bindemittel in flüssiger, zumindest aber pastöser Form auf die Oberfläche der Metallbauteile aufgebracht wird. Selbst der limitierte Bindemittelauftrag fordert zur ausreichenden Haftung des pulverförmigen Flußmittels und Lotes eine verhältnismäßig große Menge Bindemittel, bezogen auf eine Flächeneinheit, und außerdem fallen Lösungsmittelemissionen des Bindemittels sowie Abfälle an, mit denen Entsorgungskosten einhergehen.The German patent application with the file number 197 44 734.1-45 describes a method of the type mentioned, in which the solder and the Flux for evenly dosed coating of the surface of Metal components is applied in powder form, while the binder in liquid, but at least pasty form on the surface of the metal components is applied. Even the limited application of binders is a challenge sufficient adhesion of the powdered flux and solder relatively large amount of binder, based on a unit area, and also solvent emissions of the binder and waste with which disposal costs are associated.

Hier setzt nun die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, das eingangs genannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß die Lot, Fluß- und Bindemittel enthaltende Auftragsschicht mit den geringstmöglichen Mengen dieser Stoffe hergestellt werden kann. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außer dem pulverförmigen Lot und Flußmittel auch das Bindemittel in pulverförmiger Form aufgetragen wird. Dieses Auftragen von Lot, Fluß- und Bindemittel auf die Oberfläche der Bauteile aus Aluminium und seinen Legierungen erfolgt vorteilhaft als elektrostatische Pulverbeschichtung. Dazu lassen sich vorzugsweise zwei Verfahren anwenden, wobei zum einen die triboelektrische Aufladbarkeit der pulverförmigen Komponenten oder zum anderen die ionenarme Korona-Aufladung der pulverförmigen Komponenten genutzt wird. Diese pulverförmigen Komponenten von Lot, Fluß- und Bindemittel in Pulverform lassen sich miteinander vermengen und in Form eines Pulvergemenges auf die Oberfläche eines Bauteiles auftragen.This is where the invention comes in, the task of which is the above Process to improve the solder, flux and binder containing application layer with the smallest possible amounts of these substances can be manufactured. According to the invention, this object is achieved by that in addition to the powdered solder and flux, the binder in powdered form is applied. This application of solder, flux and Binder on the surface of the components made of aluminum and its Alloys are advantageously made as electrostatic powder coatings. To two methods can preferably be used, one being the triboelectric chargeability of the powdery components or others the low-ion corona charge of the powdery components is being used. These powdery components of solder, flux and Binders in powder form can be mixed together and in shape Apply a powder mixture to the surface of a component.

Dabei ist es auch möglich, daß außer den drei vorgenannten Komponenten in Form von Lot, Fluß- und Bindemittel auch Funktionszusätze für den Verschleißschutz oder den Korrosionsschutz beigegeben werden, die ebenfalls in pulverförmiger Form aufgetragen werden können. Als Funktionssätze kommen für den Verschleißschutz beispielsweise Karbide und für den Korrosionsschutz, beispielsweise Zink, infrage.It is also possible that in addition to the three aforementioned components in Form of solder, flux and binder also functional additives for the Wear protection or corrosion protection are added, too can be applied in powder form. As function sets come for wear protection for example carbides and for Corrosion protection, such as zinc, in question.

Zur Bildung einer einheitlichen Schicht aus Lot, Fluß- und Bindemittel ist der pulverförmige Auftrag auf der Oberfläche des Bauteiles einer Wärmeeinwirkung auszusetzen, deren Temperatur im Bereich von 80°C bis etwa 350°C angesiedelt sein kann. Dies läßt sich beispielsweise erzielen, indem als Wärme zur Aufschmelzung der auf dem Bauteil aufzutragenden Schicht aus Lot, Fluß- und Bindemittel die durch den Strangpreßvorgang erzeugte Prozeßwärme im Bauteil bei einem sich unmittelbar an den Strangpreßvorgang anschließenden Auftragsvorgang genutzt wird. Wenn allerdings vor der Pulverbeschichtung des Bauteiles dieses selbst erkaltet ist, ist die Wärme vorteilhaft dem Bauteil zur Aufschmelzung der pulverförmig aufgetragenen Schicht aus Lot, Fluß- und Bindemittel unmittelbar vor oder nach der Pulverbeschichtung zuzuführen.To form a uniform layer of solder, flux and binder is the powdered application on the surface of the component Expose to heat, the temperature of which ranges from 80 ° C to can be located around 350 ° C. This can be achieved, for example, by as heat for melting those to be applied to the component Layer of solder, flux and binder through the extrusion process Process heat generated in the component in a directly at the Extrusion process subsequent order process is used. If however, before the powder coating of the component has cooled itself, the heat is advantageous to the component for melting the powder applied layer of solder, flux and binder immediately before or to feed after powder coating.

Zur Nachbehandlung im Hinblick auf eine Oberflächenversiegelung und gegebenfalls auch Glättung der aufgeschmolzenen Schicht aus Lot, Fluß- und Bindemittel läßt sich in einem weiteren Verfahrensvorgang dieser Schicht Wärme zuführen. Dies kann durch Wärmestrahlung geschehen oder aber auch im Falle einer zusätzlichen Glättung durch beheizte Rollen, die gegen die Oberfläche des beschichteten Bauteiles gedrückt werden. Gegebenenfalls läßt sich im Rahmen der Nachbehandlung auch ein Trennmittel auf die versiegelte Schicht auftragen, um bei einer späteren Weiterverarbeitung, beispielsweise durch Aufspulen dünnwandiger Bauteile, ein Verkleben zu verhindern. Als Trennmittel kann beispielsweise Öl Verwendung finden. Zur Regelung des Pulverauftrages hinsichtlich der zu bildenden Schichtdicke und deren Konsistenz sowie zur Steuerung der Wärmezufuhr durchläuft die nachbehandelte, aufgeschmolzene Schicht aus Lot, Fluß- und Bindemittel vorzugsweise eine Meßstation, die Daten in einen Regelkreis zur Steuerung des Beschichtungsvorganges eingibt.For post-treatment with regard to surface sealing and optionally also smoothing the melted layer of solder, flux and Binder can be processed in a further process of this layer Apply heat. This can be done by heat radiation or else in the case of an additional smoothing by heated rollers, which against the Surface of the coated component can be pressed. If necessary, leaves as part of the after-treatment, a release agent on the sealed Apply layer to be used in later processing, for example by winding thin-walled components to prevent sticking. As Release agents can be used, for example, oil. To regulate the Powder application with regard to the layer thickness to be formed and their Consistency as well as to control the heat supply goes through the post-treated, melted layer of solder, flux and binder preferably a measuring station, the data in a control loop for control of the coating process.

Nach der Meßstation durchläuft das beschichtete Bauteil vorteilhaft eine Kühleinrichtung, mit welcher diese beschichteten Bauteile auf eine zur Weiterverarbeitung durch beispielsweise Trennen, Richten, Aufspulen, deren Lagerung od. dgl. geeignete Temperatur gebracht werden können.After the measuring station, the coated component advantageously runs through one Cooling device with which these coated components to a Further processing by cutting, straightening, winding up, for example Storage or the like. Suitable temperature can be brought.

Zur Hartverlötung genügt insbesondere der Auftrag einer sehr dünnen Schicht aus Lotpulver, Flußmittelpulver und Binderpulver auf die Bauteiloberfläche, wobei die Schichtdicke kleiner als 30 µm, vorzugsweise 15 µm. Dazu genügt es, eine solche Menge von Binderpulver zur Hartverlötung auf die Bauteiloberfläche aufzutragen, die 3 bis 10 g/m², vorzugsweise jedoch 4 g/m² beträgt. Als Reaktionsgemenge zur Durchführung des Verfahrens eignet sich jeweils in Pulverform vorliegendes Lot, Fluß- und Bindemittel mit einer Pulverteilchengröße von 3 bis 30 µm, vorzugsweise von 10 bis 15 µm. Als pulverförmiges Bindemittel wird vorteilhaft ein organischer Binder - im weiteren Klarlack genannt - eingesetzt, während als Lotpulver ein aluminiumhaltiges Metall-Pulver, insbesondere ein Al-Si-haltiges Metall- oder Legierungspulver Verwendung findet. Allerdings läßt sich als Lotpulver auch ein Siliziumpulver oder Zinkpulver einsetzen. Zur Bildung des pulverförmigen Reaktionsgemenges ist noch das Gewichtsverhältnis von Lotpulver zu Flüßmittelpülver bedeutsam. Dabei mag das Gew.-Verhältnis von Lotpulver zu Flußmittelpülver 1 : 1 bis 1 : 3 betragen, wobei jedoch vorzugsweise ein Gew.- Verhältnis von 1 : 1 vorgesehen ist. Des weiteren ist für die Bildung des Reaktionsgemenges auch der Gew.-%-Anteil an Bindemittel in Form von Klarlackpulver, bezogen auf die Gesamtmenge des Pulvers von Lot, Fluß- und Bindemittel bedeutsam, wobei vorzugsweise als Bindemittel 25 Gew.-% Klarlackpulver, bezogen auf die Gesamtmenge des Pulvers eingesetzt wird.For hard soldering, it is particularly sufficient to apply a very thin layer of solder powder, flux powder and binder powder to the component surface, the layer thickness being less than 30 μm, preferably 15 μm. To do this, it is sufficient to apply such an amount of binder powder for hard soldering to the component surface that is 3 to 10 g / m ² , but preferably 4 g / m ² . As a reaction mixture for carrying out the process, solder, flux and binder present in powder form with a powder particle size of 3 to 30 μm, preferably 10 to 15 μm, are suitable. An organic binder - hereinafter referred to as clear varnish - is advantageously used as the powdered binder, while an aluminum-containing metal powder, in particular an Al-Si-containing metal or alloy powder, is used as the solder powder. However, a silicon powder or zinc powder can also be used as the solder powder. The weight ratio of solder powder to flux powder is also important for the formation of the powdered reaction mixture. The weight ratio of solder powder to flux powder may be 1: 1 to 1: 3, but preferably a weight ratio of 1: 1 is provided. The proportion by weight of binder in the form of clearcoat powder, based on the total amount of powder of solder, flux and binder, is also important for the formation of the reaction mixture, preferably 25% by weight of clearcoat powder as binder on the total amount of powder is used.

Der Vorgang zur Beschichtung der Oberflächen von Bauteilen aus Aluminium und seinen Legierungen ist anhand zweier auf der Zeichnung schematisch nur beispielsweise dargestellten Verfahren nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:The process of coating the surfaces of aluminum components and its alloys is only schematic based on two on the drawing for example, illustrated method explained in more detail below. Show it:

Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Verfahren in der Art eines Blockschaltbildes, bei dem die aus einer Strangpresse warm austretenden Bauteile unmittelbar dem Beschichtungsvorgang unterzogen werden, Fig. 1 shows a schematically illustrated methods in the nature of a block diagram, in which the heat emanating from an extrusion press components are immediately subjected to the coating operation,

Fig. 2 ein Verfahren, bei dem der Beschichtungsvorgang auf die kalten Bauteile aufgetragen wird und diesen nachfolgend Wärme zugeführt ist. Fig. 2 shows a method in which the coating process is applied to the cold components and heat is subsequently supplied to them.

Bei der aus Fig. 1 ersichtlichen Verfahrensweise kommt das als Band, Rohr, Profil od. dgl. anfallende Bauteil 10 aus Aluminium und seinen Legierungen unmittelbar aus einer Strangpresse und wird in einer Wärmestation 11 daraufhin überprüft, ob die vom Bauteil mitgeführte Prozeßwärme ausreicht, um die nachfolgende Pulverbeschichtung aufzuschmelzen. Diese Wärmestation 11 ist geeignet, den Bauteil auf eine Temperatur zu regeln, die größer als 80°C ist. An diese Wärmestation 11 schließt sich eine Pulverbeschichtungsstation 12 zur elektrostatischen Pulverbeschichtung an, die von dem Bauteil 10 durchlaufen wird, und auf dessen Oberfläche Lotpulver, Flußmittelpulver und Bindemittelpulver aufgetragen wird. Diese einzelnen pulverförmigen Substanzen lassen sich zu einem Pulvergemenge vereinigen und mittels einer Pistole auftragen und können aus einem Pulverbehälter 13 entnommen werden. Das Overspray-Pulver kann dem Prozeß wieder zugeführt werden, d. h. der spezifische Pulververbrauch ist gering.In the procedure shown in FIG. 1, the component 10 made of aluminum and its alloys obtained as a strip, tube, profile or the like comes directly from an extrusion press and is checked in a heating station 11 to determine whether the process heat carried by the component is sufficient to melt the subsequent powder coating. This heating station 11 is suitable for regulating the component to a temperature which is greater than 80 ° C. This heat station 11 is followed by a powder coating station 12 for electrostatic powder coating, through which the component 10 passes, and on the surface of which solder powder, flux powder and binder powder are applied. These individual powdery substances can be combined to form a powder mixture and applied by means of a gun and can be removed from a powder container 13 . The overspray powder can be returned to the process, ie the specific powder consumption is low.

In allen Fällen wird eine sehr dünne Schicht aus Lotpulver, Flußmittelpulver und Bindemittelpulver zur Hartverlötung auf die Oberfläche des Bauteiles aufgetragen, wobei die Schichtdicke etwa 15 µm beträgt. Dabei soll der mengenmäßige Anteil an Bindemittelpulver im allgemeinen bei etwa 4 g/m² liegen. Die Größe der Pulverteilchen sowohl des pulverförmigen Lotes, des pulverförmigen Flußmittels und auch des pulverförmigen Bindemittels liegt bei vorzugsweise 10 bis 15 µm.In all cases, a very thin layer of solder powder, flux powder and binder powder is applied to the surface of the component for hard soldering, the layer thickness being approximately 15 μm. The quantitative proportion of binder powder should generally be about 4 g / m ² . The size of the powder particles of both the powdered solder, the powdered flux and also the powdered binder is preferably 10 to 15 μm.

Als Binderpulver ist bei dem hier beschriebenen Beispiel ein Klarlackpulver eingesetzt, während als Lotpulver ein aluminiumhaltiges Metallpulver, wie beispielsweise Al-Si verwendet wird. Das Gewichtsverhältnis Lotpulver zu Flußmittelpulver ist bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel auf etwa 50 zu 50 Gew.-% eingestellt. Bezogen auf die gesamte Pulvermenge von Lot, Flußmittel und Bindemittel wird bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ein Bindemittel in Form eines Klarlackpulvers mit einem Gewichtsanteil von 25% eingesetzt.A clear lacquer powder is used as the binder powder in the example described here used, while an aluminum-containing metal powder, such as for example Al-Si is used. The weight ratio of solder powder to Flux powder is about 50 in the described embodiment set to 50 wt .-%. Based on the total amount of powder of solder, Flux and binder is the one described above Embodiment a binder in the form of a clear lacquer powder with a Weight fraction of 25% used.

An die Pulverbeschichtungsstation 12 schließt sich eine Nachbehandlungsstation 16 an, in welcher eine Oberflächenversiegelung der aufgeschmolzenen Pulverschicht durch Wärmestrahlung beheizbarer Rollen, Gleitkufen od. dgl. vorgenommen werden kann. Dabei läßt sich gleichzeitig Trennmittel auftragen, um ein Verkleben der beschichteten Oberflächen im Falle eines Aneinanderliegens dieser Flächen zu verhindern.The powder coating station 12 is followed by a post-treatment station 16 , in which a surface sealing of the melted powder layer can be carried out by heat radiation from heated rollers, skids or the like. Release agents can be applied at the same time in order to prevent the coated surfaces from sticking together if these surfaces are in contact.

An die Nachbehandlungsstation schließt sich eine Meßstation 17 an, mit welcher Schichtdicke und/oder Schichtzusammensetzung ermittelt wird, wobei diese Daten einem Steuerkreis zugeführt werden, mit deren Hilfe bei über den Eingriffbereich hinaus abweichenden Werten entsprechende Steuerimpulse an die Pulverbeschichtungsstation 12 an die Nachbehandlungsstation 16 und auch an die Wärmestation 11 zur Korrektur des Ist-Wertes abgegeben werden. Schließlich folgt auf die Meßstation 17 eine Kühlstation 18, die entweder mittels Wasser und nachfolgender Trocknung oder aber durch Luft das beschichtete Bauteil auf eine zum Transport, zur Weiterverarbeitung oder Lagerung geeignete Temperatur zurückkühlt. Der Kühlstation 18 läßt sich eine Weiterverarbeitungsstation 19 anschließen, in welcher der beispielsweise strangförmige Bauteil getrennt, gerichtet oder auch zu einem Coil aufgewickelt werden kann.The post-treatment station is followed by a measuring station 17 with which the layer thickness and / or layer composition is determined, these data being fed to a control circuit, with the aid of which corresponding control pulses to the powder coating station 12 , the post-treatment station 16 and also in the event of values deviating beyond the engagement range are given to the heating station 11 for correction of the actual value. Finally, the measuring station 17 is followed by a cooling station 18 , which cools the coated component back to a temperature suitable for transport, further processing or storage either by means of water and subsequent drying or by air. The cooling station 18 can be connected to a further processing station 19 , in which the strand-shaped component, for example, can be separated, straightened or also wound into a coil.

Bei dem aus Fig. 2 ersichtlichen Verfahrensschema liegen die gegebenenfalls stangförmigen Bauteile mit Raumtemperatur vor und werden in diesem Zustand einer Pulverbeschichtungsstation 12 mit Pulverbehälter 13 zugeführt. Diese Pulverbeschichtungsstation 12 kann in der gleichen Weise betrieben werden, wie dies vorstehend bei dem Verfahrensschema gemäß Fig. 1 beschrieben worden ist. An diese Pulverbeschichtungsstation fügt sich jetzt eine Wärmestation 11 an, die durch Induktionserwärmung oder auch durch einen Brenner betrieben werden kann, und die der Aufschmelzung der Schicht aus Lot, Fluß- und Bindemittel dient. An diese Wärmestation 11 schließen in gleicher Reihenfolge wie bei dem aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsbeispiel die Nachbehandlungsstation 16, die Meßstation 17, die Kühlstation 18 und schließlich gegebenenfalls auch die Weiterverarbeitungsstation 19 an. In diesen Stationen 16 bis 19 erfolgen die gleichen Behandlungsschritte wie bei dem aus Fig. 1 ersichtlichen Ausführungsbeispiel.In the process diagram shown in FIG. 2, the optionally rod-shaped components are present at room temperature and in this state are fed to a powder coating station 12 with a powder container 13 . This powder coating station 12 can be operated in the same manner as described above in the process diagram according to FIG. 1. A heat station 11 , which can be operated by induction heating or also by a burner, and which serves to melt the layer of solder, flux and binder is now added to this powder coating station. This heat station 11 is followed in the same order as in the embodiment shown in FIG. 1, the post-treatment station 16 , the measuring station 17 , the cooling station 18 and finally also the further processing station 19 . The same treatment steps as in the embodiment shown in FIG. 1 take place in these stations 16 to 19 .

Wie bereits erwähnt, ist das vorgenannte Verfahren nur beispielsweise wiedergegeben und keinesfalls allein auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es sind vielmehr noch mancherlei andere Ausführungen und Ergänzungen des Verfahrens möglich. Überdies sind alle in der Beschreibung genannten Verfahrensschritte bzw. Merkmale erfindungswesentlich, auch wenn diese in den Ansprüchen nicht ausschließlich beansprucht sind. As already mentioned, the aforementioned method is only an example reproduced and by no means solely on the described Embodiments limited. Rather, there are many others Execution and additions of the procedure possible. Moreover, everyone is in the method steps or features mentioned in the description essential to the invention, even if this is not exclusive in the claims are claimed.

Reference list

1010th

Bauteil
Component

1111

Wärmestation
Heating station

1212th

Pulverbeschichtungsstation
Powder coating station

1313

Pulverbehälter
Powder container

1616

Nachbehandlungsstation
Post-treatment station

1717th

Meßstation
Measuring station

1818th

Kühlstation
Cooling station

1919th

Weiterverarbeitungsstation
Processing station

Claims

1. Method for partially or completely coating the surfaces of components made of aluminum and its alloys with solder, flux and binder for hard soldering the components to one another by applying solder, flux and binder to the surfaces intended for the soldering, for melting them Heat is used, characterized in that in addition to the powdered solder and flux, the binder is also applied in powder form.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Apply solder, flux and binder to the surface of the Component takes place as an electrostatic powder coating.

3. The method according to claim 2, characterized in that for electrostatic powder coating using a process the triboelectric chargeability of the powdery components is applied.

4. The method according to claim 2, characterized in that for electrostatic powder coating using a process the low-ion corona charge of the powdery components is applied.

5. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that the solder, flux and binder in the form of a powder batch is applied with a gun.