DE2505836A1 - Verfahren zur oberflaechenbehandlung von rostfreien legierten staehlen - Google Patents
Verfahren zur oberflaechenbehandlung von rostfreien legierten staehlenInfo
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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- C25D11/36—Phosphatising
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Description
METALLGESELLSCHAFT Frankfurt/M., den 10.2.
Aktiengesellschaft DrBr/MRei
Prov.-Nr. 7573 M
Verfahren zur Oberflächenbehandlung von rostfreien legierten
Stählen
Die Erfindung bezieht sich auf die Vorbereitung von Werkstücken aus
rostfreien legierten Stählen, wie Draht, Rohre, Bolzen, Schraubenmuttern
und dgl., für die Kaltverformung.
Das erfindungs gern äße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberflächen kathodisch in einer sauren Phosphatierungslösung, die eine Chelatverbindung enthält, behandelt werden. Vorzugsweise werden
die Oberflächen nach der kathodischen Behandlung in der Phosphatierungslösung weiter behandelt.
Nach dem. erfindungs gern äßen Verfahren können, rostfreie legierte
Stähle, wie z.B. die Qualitäten SUS-24, SUS-27, SUS-32, SUS-5.1, SUS-62,
Hastelloy, Inconel und dergleichen, behandelt werden. Als saure
Phosphatierungslösung können die bekannten Basislösungen, die eine
oder mehrere Metallionenarten, wie Zn, Ca, Mn, Fe usw., enthalten, verwendet werden. Die Konzentration an Metallionen liegt im allgemeinen
im Bereich von 1 -» 50 g/l, vorzugsweise 5-20 g/l, und die Konzentration
an Phosphorsäure im Bereich von 3 - 140 g/l, vorzugsweise 15 - 60 g/l, berechnet als PO . Die Ablagerung von Zink kann durch
Zusatz einer Chelatverbindung zu einer solchen sauren Phosphatierungslösung bei einer relativ niedrigen Stromdichte festgestellt werden.
- 2 ^ 509836/0863
Es wurde gefunden, daß der Zusatz einer Chelatverbindung zu einer
Phosphatierungslösung einen deutlichen Effekt in Bezug auf die Verbesserung der Abscheidung von Zink und die Stabilisierung der Lösungszusammensetzung
während der elektrolytischen Behandlung hat.
Zu den verwendbaren Chelatverbindungen gehören Carbonsäuren, wie z.B. Malonsäure, Maleinsäure usw. , Oxycarbonsäuren, wie z.B. Zitronensäure,
Weinsäure usw., Aminsalze, wie Dinatriumäthylendiamintetraaeetat, Aminosäuren, wie Asparaginsäure, Glycin usw„, andere
organische Säuren, wie Gerbsäure, Gallussäure usw., kondensierte Phosphate, wie Tetraphosphate, Polyphosphate usw.
Die Konzentration der Chelatverbindung in der Phosphatierungslösung
beträgt im allgemeinen etwa 0,1 bis 40 g/l, vorzugsweise 1 bis 20 g/l. Bei einer Konzentration unter 0,1 g/l wird praktisch kein Effekt erzielt.
Konzentrationen über 40 g/l lassen keinen zusätzlichen Effekt erwarten und sind daher wirtschaftlich unvorteilhaft.
Ein geeignetes Mol-Verhältnis von Phosphationen zu Metallionen, wie
Zn, Ca, Mg, Ni, Cu usw., ist 1 : 2. Das Mol-Verhältnis von Metallionen
zu Chelatverbindung hängt von der Chelatierungswirksamkeit der verwendeten Chelatverbindung ab. Im allgemeinen kann ein guter Überzug
ausgebildet werden, wenn das Verhältnis von Metallionen zu Chelatverbindung etwa 10:1 ist.
Der Phosphatierungslösung können übliche Zusatzstoffe zugesetzt werden,
wie z.B. Salpetersäure, Natriumnitrit, Natriumnitrat, Peroxide, wie Wasserstoffperoxid, Ammoniumpersulfat; organische und anorganische
Depolarisierungsmittel, wie Natriumnitrobenzolsulfonat usw.,
Flußsäure, Borsäure, Salzsäure; oberflächenaktive Stoffe.
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Der optimale pH«Wert richtet sich nach der Art der sauren Phosphatierungslösung
und wird zweckmäßig im Bereich von 1, 0 bis 5, G , vorzugsweise
von ls5 bis 3,5, eingestellt. Falls erforderlich, kann ein
basisches Mittel, wie Natronlauge, Natriumcarbonat, Ämmoniumhydroxid,
zugesetzt werden.
Die Arbeitstemperatur der Phosphatiarungslösung.liegt zweckmäßig
im Bereich von 30 bis 80 C, vorzugsweise von 40 bis 60 C*
In der elektrolytischen Behandlungsstufe wird Gleichstrom angelegt,
wobei das zu behandelnde Werkstück die Kathode ist. Als Anode können Zinkblech, Kohle, Platinblech, Eisenblech und dgl, verwendet werden,
je nach den zweckmäßigen Gegebenheiten. Der Abstand zwischen den Elektroden, die Stromdichte und die Dauer der Stromeinwirkung
werden in gewissem Ausmaß in Bszug auf die erforderlichen Eigen« schäften des gebildeten Films, die Gasentwicklung an den Elektroden
oder wirtschaftliche Gesichtspunkte eingestellt. Im allgemeinen betragen der Elektrodenabstand 5 bis 30 cm und die Stromdichte 0,2 bis
2 2
30 A/dm , vorzugsweise 0,5 bis 5 A/dm . Die Elektrolysedauer hängt
von der Stromdichte ab, reicht aber im allgemeinen von 10 Sek. bis 30 Min., vorzugsweise etwa 60 Sek. zur Bildung des optimalen Films.
2 Wenn die Stromdichte weniger als 0,2 A/dm beträgt, nimmt es unwirt·
2 schaftlich viel Zeit. Bei einer Stromdichte über 30 A/dm ergibt sich
eine heftige Wasserstoffgas«Entwicklung und Bildung eines porösen Films.
Bei der kathodischen Schaltung der zu behandelnden, in die Chelatverbindung
enthaltende Phosphatierungslösung eingetauchten Werkstücke wird unter den vorgenannten Bedingungen ein Überzug in einer Menge von i bis
2 ■· 2
5 g/m ausgebildet. Wenn der Über zug. weniger als 1 g/m ausmacht,
ist dies nachteilig für die anschließende Phosphatierungsstufe und die Ausbildung eines schmierwirksamen Filmes, so daß es schwierig wird,
509836/0863
den Anforderungen an einen Grundüberzugsfilm zu genügen. Wenn der Überzug 5 g/m übersteigt, ist eine zusätzliche Verbesserung der
Eigenschaften als Überzugsgrundlage nicht zu erwarten«, Aus wirtschaftlichen
Gründen wird daher davon abgesehen. Nach Vervollständigung der Elektrolyse wird der Gleichstrom abgeschaltet, und der Phosphatüberzug
bildet sich von selbst durch Verbleiben des Werkstückes in der gleichen Phosphatierungslösung. Um den Phosphatüberzug auszubilden,
hängt die Temperatur in gewissem Maße von der Art des Phosphates, der verwendeten Chelatverbindung und ihrer Konzentration ab.
Sie liegt jedoch im allgemeinen im Bereich von etwa 40 bis 60 C. Die Behandlungszeit beträgt im allgemeinen 3 Sek. bis 10 Min., vorzugsweise
10 Sek. bis 3 Min. Nach Beendigung der Phosphatierungsstufe
werden die Werkstücke aus der Lösung entnommen und mit oder ohne vorherige Spülung getrocknet durch Erhitzen bei einer Temperatur von
80 bis 200 C in einem Infrarot-Trockenofen oder Heißluftofen. Ein kri«
2 stalliner Überzug in einer gleichmäßigen Dicke von l.bis 20 g/m , vor-
zugsweise 2 bis 10 g/m , bildet sich auf dem in der vorherigen kathodischen
Behandlung gebildeten Film auf dem rostfreien legierten Stahl aus. Für die Kaltumformung werden die behandelten Werkstücke weiter
mit einem Schmiermittel auf dem Phosphatüberzug versehen. Geeignete Schmiermittel sind z.B. solche auf Basis von löslichen Fettsäureseifen,
wie Natrium stearat, wasserunlöslichen Metallseifen, wie CaI-ziumstearat,
Bariumstearat usw. , oder Mineralöl oder synthetischen Schmiermitteln, wie Chlorparaffin. Die Schmiermittel können im Tau»
chen oder durch Aufspritzen auf die Werkstücke aufgebracht werden. Die Werkstücke werden dann getrocknet.
Durch die erfindungs gern äße Behandlung werden festhaftende und wirksame
Überzüge erhalten, die eine Verschweißung zwischen Werkzeug und Werkstück verhindern und schwere Umformungen gestatten.
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Entfetteter, gebeizter und gespülter Draht von 3 ram Durchmesser aus rostfreiem Stahl der Qualität SUS-2 7 wurde als Kathode unter
Durchleitung von Gleichstrom in einer wäßrigen Lösung folgender Zusammensetzung behandelt:
Zink 10,75 g/Liter
Phosphorsäure 29 g/Liter
Salpetersäure 7/5 g/Liter
Nickel 0,03 g/Liter
Zitronensäure 3 g/Liter
Die Lösung wurde durch Zusatz von Natriumhydroxid auf einen pH-Wert
von 3,2. eingestellt. Die Arbeitsbedingungen waren folgende: Als Anode
diente ein Zinkblech. Der Elektrodenabstand betrug 15 cm. Die Stromdichte betrug 1 A/dm . Die Behandlungszeit betrug 3 Min. bei einer
Temperatur der Lösung von 50 C.
freien Stahls Zink abgeschieden in einer Dicke von 5 - 0, 5 μ . Nach
In dieser elektrolytischen Stufe wurde auf der Oberfläche des rost-
der elektrolytischen Behandlung wurde der Lösung Natriumnitrit in einer
Konzentration von 0, 01 g/l zugesetzt. Nach der Elektrolyse wurde der
Draht in der gleichen Phosphatierungslösung (mit Ausnahme des Natrium nitritzusatzes)
stehen gelassen, und ein fest haftender homogener Phosphatüberzug bildete sich in einer Stärke von 2 - 0, 2 yu aus. Der .mit
dem Phosphatüberzug versehene Draht wurde dann 30 Sek. bei .80 C
in eine wäßrige Schmiermittellösung, die 70 g/l Natriumstearat enthielt,
eingetaucht. Der Draht wurde dann 5 Min. bei 120 C getrocknet und
wies einen gleichmäßigen Schmiermittelfilm in einer Stärke von etwa
5 g/m auf. Der mit dem Überzug versehene Draht wurde dann mit einer
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Ziehgeschwindigkeit von 50 m/Min, dreimal gezogen (Reduktion in der
1. Stufe 27,4%, in der 2. Stufe 20% und in der 3. Stufe 20%). Es
wurden dabei keine Mängel festgestellt, wie Verschweißen mit dem Werkzeug, Abstreifen des Überzuges und dgl. Der gezogene Draht
wies eine gute und gleichmäßige Oberfläche und verbliebenen Schmiermittelfilm,
auf.
Zum Vergleich wurde in gleicher Weise vorbehandelter Stahldraht
mit einer handelsüblichen Oxalatierungslösung 10 Min, bei 80 C behandelt
und unter den gleichen Bedingungen mit dem Natrium stearat-Schmiermittel
versehen. Er zeigte unter den gleichen Bedingungen der Kaltumformung Schaden, wie Anhaften an dem Werkzeug.. Es ergaben
sich Probleme hinsichtlich der Haftfestigkeit des Schmiermittelfilmes,
so daß eine kontinuierliche Arbeitsweise der Kaltumformung nicht gewährleistet werden konnte.
- 7 - Patentansprüche.
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Claims (2)
1. Verfahren zur Erleichterung der Kaltverformung von rostfreien legierten Stählen,, dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberflächen kathodisch in einer sauren Phosphatierungslösung,
die eine Chelatverbindung enthält, behandelt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geke η η zeich·,
net, daß die Oberflächen nach der kathodischen Behandlung in
der Phosphatierungslösung ohne Stromanwendung weiter behandelt werden.
503836/08-63
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OHN | Withdrawal |