DE2505836A1 - Verfahren zur oberflaechenbehandlung von rostfreien legierten staehlen - Google Patents

Verfahren zur oberflaechenbehandlung von rostfreien legierten staehlen

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DE2505836A1
DE2505836A1 DE19752505836 DE2505836A DE2505836A1 DE 2505836 A1 DE2505836 A1 DE 2505836A1 DE 19752505836 DE19752505836 DE 19752505836 DE 2505836 A DE2505836 A DE 2505836A DE 2505836 A1 DE2505836 A1 DE 2505836A1
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acid
solution
stainless alloy
alloy steels
surface treatment
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DE19752505836
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English (en)
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Yasunobu Matsushima
Akira Niizuma
Yokichi Sato
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GEA Group AG
Original Assignee
Metallgesellschaft AG
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/36Phosphatising

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Electrochemical Coating By Surface Reaction (AREA)

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,
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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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Beispiel
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.
509336/0863

Claims (2)

Patentansprüche
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.
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DE19752505836 1974-02-22 1975-02-12 Verfahren zur oberflaechenbehandlung von rostfreien legierten staehlen Pending DE2505836A1 (de)

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