DE2108294C3

DE2108294C3 - Beizlösung für Kupferlegierungen

Info

Publication number: DE2108294C3
Application number: DE19712108294
Authority: DE
Inventors: Heinrich 5980 Werdohl Regensburg
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Filing date: 1971-02-20
Publication date: 1976-04-29

Description

behandelt. Diese Beize ist für den Vorfluter hoch-

R₃ R₅ gradig giftig und kann normalerweise nur unter

mit Beachtung besonderer Vorsichtsmaßnahmen benutzt

R₁ = O oder NH-Rest, werden. Die Wasserhaushaltsgesetze machen die

R₂ = H, Alkyl- oder Aryl-Rest. ₁₅ Benutzune fast unmöglich, da die Aufbereitung

R₃ = H, Alkyl- oder Aryl-Rest, schwierig und kostspielig ist. Die Beize ist aber auch

R₄ = H, AJky)- oder Aryl-Rest, insofern nicht sehr vorteilhaft, weil sie bei längerer

R₅ = H oder NH₂-ReSt, Verweilzeit nicht nur die oxydierte Oberfläche der

R₂, R₃ = (CH₂),, mit // = 3 oder 4 Halbzeuge angreift, sondern auch das Metall selbst.

und Säuren mit einem pK-Wert von 0 bis 6, 20 Beim Beizen muß daher immer sorgfältig beobachtet vorzugsweise 3 bis 5, die als Lösungsmittel Wasser werden, wann der Zeitpunkt gekommen ist, daß das oder ein wasserlösliches organisches Lösungs- Beizen abzubrechen ist, um nicht unnötige Metallvermittel enthält, zum Beizen von Halbzeugen aus luste zu erleiden.

Kupferlegierungen mit 40 bis 95% Kupfer zur Bekannt ist auch ein Atzbad aus Salpetersäure, dem

Erzeugung glänzender Oberflächen, insbesondere 25 zur Steigerung der Atzwirkung Harnstoff zugesetzt für solche aus Aluminiumbronze und Aluminium- ist (USA.-Patentschrift 2 177 751). Ein derartiges Nickel-Bronze. Ätzbad beseitigt aber nicht nur die oberflächlichen

2. Verwendung einer Lösung nach Anspruch 1, Metalloxydschiciiten, es greift auch den metallischen die Harnstoff und Essigsäure oder Weinsäure ent- Werkstoff selbst an. Außerdem ist eine Handhabung hält. " 30 schwierig und die Beseitigung des verbrauchten

3. Verwendung eine; Lösung nach Anspruch 1, Ätzbades mit zusätzlichem Aufwand verbunden. Für die Harnstoffderivate und Essigsäure oder Wein- den vorliegenden Zweck ist das bekannte Atzbad säure enthält. daher nicht brauchbar.

4. Verwendung einer Lösung nach einem der Die gleichen Nachteile weist auch ein anderes Ansprüche 1 bis 3, bei der der Harnstoffanteil 35 Verfahren auf, das zum Glänzen von Gegenständen 0,01 bis 50%, vorzugsweise 0,5 bis 5%, beträgt. aus Aluminium oder dessen Legierungen vorge-

5. Verwendung einer Lösung nach einem der schlagen worden ist (deutsche Auslegeschrift 1 237 874). Ansprüche 1 bis 3, bei der der Säureanteil 0,5 bis Hierbei soll Harnstoff zu einer Lösung aus Phosphorit^,',, vorzugsweise 2 bis 4%, beträgt, säure und Salpetersäure in Wasser zugesetzt werden,

6. Verfahren zur Durchführung der in den 40 um die Entwicklung ätzender Dämpfe zu vermeiden. Ansprüchen 1 bis 5 beschriebenen Maßnahmen, Bekannt ist auch ein Beizbad zum Beizen von dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit 1 bis Eisen oder Kupfer bzw. deren Legierung, bestehend 40 Minuten, vorzugsweise 3 bis 20 Minuten beträgt. aus einer Mischung, die einerseits eine beizende Säure.

andererseits aus zusätzlichen Stoffen aus der Gruppe

45 der Alkohole, Polyalkohole oder höheren Fettsäuren

besteht (deutsche Patentschrift 698 197). Als beizende

Säuren sind in diesem Zusammenhang unter anderem

genannt, Salzsäure, Phosphorsäure und Essigsäure.

Ein derartiges Beizbad ist im vorliegenden Fall nicht

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer be- 5° brauchbar, weil einerseits die Behandlungsdauer bei Stimmten Lösung zum Beizen von Halbzeugen aus normaler Temperatur mit 5 bis 6 Stunden (siehe S. 3. Kupferlegierungen mit 40 bis 90% Kupfer zur Er- Zeile 33) viel zu lang ist, und andererseits nicht nur die teugung glänzender Oberflächen, insbesondere für Oxidschichten sondern auch das Metall angegriffen Solche aus Aluminiumbronze und Aluminium- wird. Darüber hinaus ist auch die Handhabung der-Nickel-Bronze. 55 artiger Beizen, insbesondere die Beseitigung der beim

Glänzende Oberflächen auf Metallen werden viel- Beizen entstehenden Rückstände mit Schwierigkeiten fach durch sogenanntes Beizen erzeugt. Beim Beizen verbunden.

werden die oberflächlichen Oxidschichten auf dem Es ist ferner bekannt, zur Ablösung von Ablagerun-

Metall durch ein meist flüssiges Beizmittel beseitigt gen auf wasserberührten Teilen ein trockenes, vvasser- und es erscheint auf den gebeizten Gegenständen eine 60 lösliches Reinigungsmittel zu verwenden, das eine metallisch blanke Oberfläche. Die Bedingungen der Hydroxikarbonsäure und Sulfaminsäureenlhäli (USA.-Beizverfahren sind zunächst dadurch gekennzeichnet, Patentschrift 2 994 664). Damit sollen unter anderem daß die Beseitigung der Oxidschichten nicht auch zu auch Nichteisenmetallsal/e oder metallisches Kupfer einem gleichzeitigen Angriff auf das Metall führen von Stahlteiloberflächen in Hochdruckkesseln entdarf. Ferner ist es erwünscht, daß die durch das 65 fernt weiden können. Für den vorliegenden Zweck ist Beizen erzeugte glänzende Oberfläche möglichst lange dieses Reinigungsmittel schon deswegen nicht geeignet, ihr Aussehen behält. Schließlich sind die Beizs erfahren weil ein möglicherweise erreichter Beizelfekt infolge auch danach zu beurteilen, ob die Handhabungderßeiz- der vorhandenen Sulfate bei Kupferlegierungen wieder

vernichtet wird, in dem die Oberflächen sofort wieder anlaufen.

Schließlich ist es auch bekannt, Metallputztücher mitWeinsteinsäure und dem Salz eines Alkalimetalls einer anorganischen Säure zu tränken (USA.-Patentschrift 3 419 902). Derartige Metallputztücher sind ium Beizen von Halbzeugen aus Kupferlegierungen nicht geeignet. Würde man die genannten Mittel in Form einer Beizlösung verwenden, so würden die gleichen Nachteile auftreten, wie bei allen bisher genannten vorbekannten Mitteln.

Es besteht somit die Aufgabe, zum Glänzen von Kupferlegierungen eine Beizlösung vorzuschlagen, die die genannten Nachteile nicht aufwe'st und allen eingangs erwähnten Forderungen entspricht.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn eine Lösung aus Harnstoff oder dessen schwefelfreien Derivaten der Zusammensetzung

20 R₂ R₁ R₁

N-C — N

R₁ - O oder NH-Rest,

R₂ =t H, Alkyl- oder Aryl-Rest,

R_:1 --= H, Alkyl- oder Aryl-Rest,

R₄ = H, Alkyl- oder Aryl-Rest.

R₅ =- H oder NH₂-ReSl,

R₂, R_a = (CH₂),, mit /1 -= 3 oder 4

und Säuren mit einem pK-Weri von 0 bis 6, Vorzugsweise 3 bis 5, die als Lösungsmittel Wasser oder ein wasserlösliches organisches Lösungsmittel enthält, verwendet wird.

Besonders bewährt hat sich die Verwendung von Lösungen, die Harnstoff und Essigsäure oder die Harnstoff und Weinsäure enthalten. An Stelle von reinem Harnstoff können auch Harnstoffderivate mit Essig- oder Weinsäure verwendet werden.

Der Anteil an Harnstoff soll 0,01 bis 50",,. vorzugsweise 0,5 bis 5"'„ betragen. Der Säureanteil kann 0,5 bis 10"_o, vorzugsweise 2 bis 4',',, betragen. Mit den angegebenen Lösungen werden die Oberflächen bei einer Verweilzeit von 1 bis 40 Minuten, sorzugsweise 3 bis 20 Minuten behandelt.

Die Erfindung wird durch folgende Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Münzplättchen aus einer Legierung mit 92",, Cu, 6°,, Al und 2"„ Ni wurden nach dem früher üblichen Dicliromalverfahren gleichmäßig blank gebeizt. Anschließend wurden die Münzplättchen durch Erwärmen an Luft unterschiedlich stark oxydiert, l.s wurden 7 Oxydationsstufen gewählt. Die unterste Stufe zeigte nur eine geringfügige Oxydation, die bi-i zur höchsten Oxydationsstufe ein silbrig-schwarzes Ausgehen hatte. Die so vorbereiteten Münzplättchen wurden in einer Lösung, die 2"„ Harnstoff und 2"„ Weinsäure enthielt, 5 Minuten lang kalt behandelt. Nach dieser Behändlung war auf allen Münzplättchen die Oxydschicht vollständig entfernt und sie zeigten ein gleichmäßiges onlrlnelhes Aussehen.

Beispiel 2

Wiederum wurden nach dem Dichromat-Verfahren gebeizte Münzplättchen einer unterschiedlich starken Oxydation durch Erwärmung unterzogen. Die so vorbehandelien Münzplättchen wurden wiederum 5 Minuten in einer Lösung behandelt, die 2% Harnstoff und 2"„ Essigsäure enthielt. Die Plättchen zeigten nach dieser Behandlung wie im Beispiel 1 ein gleichmäßig goldgelbes metallisches Aussehen.

Beispiel 3

In einem weiteren Versuch wurden dievorbehandelten Münzplättchen in einer Lösung mit 2"„ Thioharnstoff und 2% Weinsäure kalt behandelt. Dabei ergab sich, daß mit dieser Lösung ein befriedigendes Ergebnis nur bei sehr kurzer Behandlungszeit erreicht werden kann. Münzplättchen, die 5 Minuten lang mit der angegebenen Lösung behandelt worden waren, zeigten beim Herausnehmen zwar ein befriedigendes Aussehen, liefen aber bereits nach sehr kurzer Zeit sehr stark an, was auf Sulfidbildung an der Oberfläche zurückzuführen ist. Für diese Sulfidbildung ist der im Thioharnstoff enthaltene Schwefel verantwortlich. Lediglich bei einer Behandlungszeit von nur einer Minute konnte ein halbwegs befriedigendes Ergebnis erzielt werden. Eine derartig kurze Behandlungszeit ist aber für das Beizen im technischen Maßstab nur sehr schwer einzuhalten. Deswegen sind Harnstoff-Derivate, die Schwefel enthalten, für das vorgeschlagene Verfahren nicht geeignet.

Beispiel 4

In einem weiteren Versuch wurden entsprechend den vorhergehenden Versuchen vorbereitete Münzplättchen in einer Lösung behandelt, die 50 ml H,O; 10 ml H₃PO₄; 10 ml CH_:1COOH und 10 ml H₂SO₄ enthielt. Die Behandlung wurde bei 40 bis 5Ö°C in der Lösung 5 Minuten lang durchgeführt. Auch dieser Beizversuch führte zu einwandfreien Ergebnissen. Die Erwärmung der Lösung auf 40 bis 50"C stellt jedoch einen zusätzlichen Aufwand dar, der bei den Beispielen 1 und 2 nicht erforderlich ist.

Das vorgeschlagene Beizverfahren ist den bekannten Bei/verfahren mit Dichromat in verschiedener Hinsicht überlegen. An erster Stelle muß darauf hingewiesen werden, daß die vorgeschlagenen Beizmittel nicht giftig sind und ohne weiteres, sobald sie verbraucht sind, in das normale Kanalisationssystem abgegeben werden können, ohne das eine Aufbereitung erforderlich wäre. Ferner ist zu bemerken, daß die Beizlösung nicht nur einmal verwendet werden kann, sondern daß sie beliebig oft verwendet werden kann, wenn nur jedes Mal der geringfügige Verbrauch der Bestandteile an Harnstoff und Säure wieder ergänzt wird. Das vorgeschlagene Verfahren ist auch deswegen vorteilhaft, weil ein sehr großer Spielraum der Behandlungszcit gewählt werden kann, ohne daß dabei ein Angriff auf das Metall erfolgt und ohne daß sich an der Metalloberfläche nach dem Beizen sehr schnell wieder eine unansehnliche Schicht bildet. Schließlich sei noch erwähnt, daß die eingesetzten Chemikalien ungiftit! und unschädlich sind und darüber hinaus auch sehr preisgünstig sind. Die Lösung nach dem Dichromat-Verfahren kostet etwa viermal so viel wie die vorgeschlagene Lösung nach Beispiel ?.

Claims

mittel ohne Schwierigkeiten erfolgen kann oder ob Patent·» n«nrüche· besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich sind, ratenn.n.p.ucne. ^^ .^ ^ berücksichtigen, daß die verbrauchten

1. Verwendung einer Lösung aus Harnstoff oder Beizlösungen entweder wieder aufgearbeitet werden dessen schwefelfreien Derivaten der Zusammen- 5 können oder aber ohne Schädigung der Unweit vom setzung ^Werk abgegeben werden können, 7 Β. durch Anlassen

in das normale Kanalisationssystem.

- ^K' ⁴ Halbzeuge aus Kupferlegierungen, insbesondere

solche aus Aluminiumbronze oder Aluminium-Nickel-

N-C — N _io g_ronze werden bekanntlich mit Dichromat-Beize