DE3219323A1 - Verfahren zur beschichtung mit seifenschmierstoff - Google Patents

Verfahren zur beschichtung mit seifenschmierstoff

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DE3219323A1
DE3219323A1 DE19823219323 DE3219323A DE3219323A1 DE 3219323 A1 DE3219323 A1 DE 3219323A1 DE 19823219323 DE19823219323 DE 19823219323 DE 3219323 A DE3219323 A DE 3219323A DE 3219323 A1 DE3219323 A1 DE 3219323A1
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WERNER ZWEZ CHEM FAB
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WERNER ZWEZ CHEM FAB
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/82After-treatment
    • C23C22/83Chemical after-treatment

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Description

  • "Verfahren zur Beschichtung mit Seifenschmierstoff't
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung phosphatierter Werkstücke mit Seifenschmierstoffen, bei dem die Werkstücke phosphatiert und dann beseift werden.
  • Die Herstellung von Werkstücken aus Eisenwerkstoffen zu geometrisch maßgerechten Konstruktionsteilen erfolgt durch verschiedene Verfahren, unter denn die Kaltumformung einen besonders wichtigen Platz einnimmt. Voraussetzung für die Entwicklung dieser Technologie war die Schaffung von Schmiersystemen, die für die extremen Drucke und Belastungen während solcher Umformprozesse geeignet sind. Die Schmiersysteme müssen beispielsweise. bei Drucken bis zu 3000 N/mm2 und Temperaturen in der Schmierfuge von bis über 3000 C mit Spitzen bis zu etwa 10000 C noch eine völlige Trennung der Reibpartner garantieren.
  • Für die vorgenannten Zwecke werden heute bevorzugt I^;ombinationen von Konversionsschichten mit Schmierstoff verwendet. Als Konversionsschichten werden dabei Phosphats schichten mit Schichtmetallen wie Zink, Mangan und Eisen einzeln oder auch in Kombination miteinander verwendet.
  • Besonders die zinkhaltigen Phosphatschichten haben sich bei der Kaitmassivumformung als geeignet erwiesen, da nicht nur die Kristallite einen für diesen Zweck günstigen Aufbau besitzen, sondern auch das Schichtmetall Zink eine Reaktion mit gewissen Schmierstoffen auf Seifenbasis ermöglicht.
  • Als Schmierstoffe werden neben unverseiften oder teilverseiften Fettsäuren und Festschmierstoffen mit Schichtgitterstruktur bevorzugt solche auf der Basis von Fettsäure verwendet, und zwar in weitgehend verseifter Form.
  • Letztere - auch als reaktive Seifenschmierstoffe sowie Natronseife oder Natriumstearat bezeichnete Substanzen -sind in der Lage, in der wässerigen Phase im pH-Bereich zwischen 8 und 11 sowie Temperaturen von zwischen 600 C und 1000 C eine Anlösung der Phosphatschicht herbeizuführen, mit dem Zinkanteil derselben zu reagieren und hierdurch die Phosphatschicht mit einer fest verankerten Schmierstoffschicht abzudecken. Da sich besonders die Stearate als Schmiervirksam im Sinne der Kaltmassivumformung erwiesen haben, enthalten diese Seifenschmierstoffe Uberwiegend Anteile an Natriumstearat.
  • Zur Bildung von Seifenbeschichtungen, die die Zinkphosphatschicht völlig abdecken, werden in der Regel mindestens 50 % Natriumstearat neben Natriumpalmitat u.a. verseiften Fettsäuren in der 1-10Xigen Seifenkomponente des wässerigen Schmierstoffbades benötigt.
  • Der Aufbau des vollständigen Beschichtungssystems, bestehend aus der Phosphatschicht und dem Seifenschinierstoff, stellt sich, ausgehend von der Metalloberfläche, folgendermaßen dar: 1. Metalloberfläche 2. Zinkphosphatschicht 3. Zinkstearatschicht im Gemenge mit nicht umgesetzten Teilen an Natriumstearat 4. Mechanisch angelagerter Anteil an nicht umgesetzter Seifensubstanz, insbesondere Natriumstearat.
  • Es ist bekannt, daß tUr Umformungen mit betonter Trennwirkung,zum Beispiel Napfrtickwärtsfließpressen, nicht nur dicke Zinkphosphatschichten, sondern auch starke Beseifungsschichten bestehend aus Zinkstearat im Gemenge mit nicht umgesetzten Teilen an Natriumstearat vorteilhaft sind. Weiterhin hat die Praxis gezeigt, daß die Umformungen mit betonter Gleitwirkung,zum Beispiel Abstreckgleitziehoperationen, insgesamt dünnere Beschichtungen sowohl bei der Zinkphosphatschicht als auch bei der Beseifung erfordern.
  • Zur Erzeugung der Phosphatschichten mit den jeweiligen Auflagen wird in der Praxis die Zusammensetzung des Phosphatierungsbades varssert.
  • dicke Phosphatschichten erhält man aus Zinkphosphatierungsbädern mit Eisen-Il-Anteilen; dünne Phosphatschichten erhält man aus Zink- phosphatierungsbädern ohne oder mit nur geringen Eisenw Anteilen.
  • Zur Erzeugung der jeweiligen Beseifungsstärke wird die Zusammensetzung des Schmierstoffes bzw. des Schmierstoffbades variiert: eine dicke Schicht erhält man durch hohe Umsetzung zu Zinkstearat aus Bädern mit hohen Anteilen an Natriumstearat; eine dünne Schicht erhält man durch niedrige Umsetzung zu Zinkstearat aus Bädern mit niedrigen Anteilen an Natriumstearat; die Beschichtungsstärke kann auch durch Änderung der Seifenbadkonzentration, des pH-Wertes, der Temperatur und der Zeitdauer beeinflußt werden.
  • Sofern die phosphatierten Werkstücke in Tauchtrommeln in die Seifenlösung zur Beschichtung eingebracht werden, ist die Beseifung wegen des Scheuereffektes mittelstark und ungleichmäßig. Bei Hohlteilen ergeben sich außerdem erhebliche Unterschiede zwischen der Innen- und Außenbeschichtung. Erfolgt die Beseifung der Werkstücke in Tauchkörben oder Gestellen, so ist der Auftrag sehr dick und gleichmäßig.
  • Alle vorgenannten bekannten Verfahren zur Beseifung können nicht verhindern, daß Beschichtungen mit gewissen Anteilen an Seifensubstanz entstehen, die sich nicht mit dem Zinkanteil der Phosphatschicht umgesetzt haben, also Anteilen aus mechanisch angelagerter Seifensubstanz mit mindestens 50,' Natriumstearat.
  • Während man bisher allgemein der Ansicht war, daß dicke Beseitungsschichten in jedem Falle eine günstige Wirkung, d.h. eine hohe Trennwirkung und Schmierwirkung, haben müßten, wurde nun gefunden, daß die nicht umgesetzte, d.h. also nur mechanisch angelagerte Seifensubstanz erhebliche negative Einflüsse auf das tribologische Verhalten des Schmiersystems ausüben. Darüberhinaus verursacht diese Seifensubstanz eine Verunreinigung der Werkzeuge und damit die sich daraus ergebenden ?ertigungsprobleme.
  • Ausgehend von diesen Erkenntnissen hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, den Anteil der störenden Seifenkomponente bestehend aus nicht umgesetzten Seifenschmierstoffsubstanzen zu entfernen und somit nicht nur die Schmierwirksamkeit des Systems insbesondere dessen Gleitwirkung zu verbessern, sondern auch die Werkzeugverunreinigungen zu verringern und dadurch die Stillstandzeiten der Pressen in der Produktion erheblich zu verkleinern.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beseiften Werkstücke mit Wasser gespült werden.
  • Diese Maßnahme ist so einfach, daß man versucht ist, sie fast für selbstverständlich zu halten, zumal es auch schon bei der Phosphatierung der Werkstücke und bei anderen Verfahren, in denen Werkstücke in Bädern behandelt werden, üblich ist, diese Behandlung durch einen Spülvorgang abzuschließen.
  • Im vorliegenden Falle hat man aber eine Wasserspülung nach der Beseifung bisher sorgfältig vermieden, weil man rürchtete, damit die Seifenschicht wieder abzuspülen und damit die Schmierwirkung teilweise oder völlig aufzuheben. Stattdessen war man stets bemüht, eine möglichst dicke Seifenschicht auf die phosphatierten Werkstücke aufzubringen, weil man meinte, daß dadurch das tribologische Verhalten des Schmiersystems zwangsläufig besser sein müßte.
  • Erfindungsgemäß wird aber - im Gegensatz zur bisherigen Praxis - vorgeschlagen, die wasserlöslichen Komponenten, also die nicht umgesetzten Schmierstoffanteile, möglichst weitgehend zu entfernen.
  • Diese technische Lehre ging von der Erkenntnis aus, daß das Zinkstearat und nicht der Anteil mechanisch angelagerter Seifensubstanz die eigentliche schmierwirksame Komponente darstellt.
  • Durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrensschritt wird außerdem die Verunreinigung der Werkzeuge verringert. Dadurch werden die Stillstandszeiten verkleinert, die bisher zur Reinigung der Werkzeuge eingelegt werden mußten.
  • Es ergeben sich durch dieses Verfahren erhebliche Vorteile, insbesondere eine bedeutende Verringerung der Reibwerte und Erniedrigung der Presskräfte, eine Verbesserung der Oberflächellqualität der Pressteile, bei denen jetzt eine gleichm§ßigere und insgesamt geringere Rauhtiefe beobachtet wird, was eine Erhöhung der Umformgrade ermöglicht.
  • Vorzugsweise erfolgt die erfindungsgemhße Wasserspülung bei Temperaturen zwischen 20 und 100° C über eine Zeitdauer von mindestens 10 Sekunden und bis zu 15 Minuten.
  • Im allgemeinen wird bei einer Behandlung von 5 Minuten eine gute oder zumindest ausreichende Wirkung erzielt.
  • Die Wasserspülung kann entweder durch Tauchen der Werkstücke oder durch Abspritzen derselben erfolgen, Das Spülwasser kann dabei verschiedene Zusätze gelöst enthalten, einerseits, um einen pH-Wert oberhalb 7,0 einzustellen, und andererseits zur Enthärtung oder auch zur Erzielung einer gewissen Dispersionswirkung.
  • Letztlich werden die Werkstücke nach beendeter Spülung selbstverständlich getrocknet, bevor der Vorgang der Kaltumformung stattfindet. Man kann aber gegebenenfalls auch schon nach der Beseifung eine Zwischentrocknung vornehmen.
  • In den nachfolgenden Beispielen wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
  • Beispiel 1 Preßrohlinge wurden durch Eintauchen in eine Fe-II-haltige Zinkphosphatlösung mit einer Phosphatschicht von etwa 20 g/m2 versehen und danach in kaltem und danach in warmem Wasser gespült. Anschließend wurden diese Bleche ohne vorherige Trocknung in ein Bad mit 5 , Festkörpergehalt, bestehend aus 60 96 Natrjumstearat, eingebracht und in diesem Bad bei einer Temperatur von 700 C für die Dauer von 10 Minuten getaucht und nach dem Herausnehmen abgetrocknet. Eine anschliessende Wägung ergab eine Beschichtung von 27,5 g/m2 Seifenschmierstoff.
  • Anschließend erfolgte eine Spülung in Wasser mit etwa 180 d.H. bei 900 C für eine Zeit, die für verschiedene Preßrohlinge zwischen 0,5 und 20 Minuten variiert wurde. Danach wurden die Bleche getrocknet und gewogen. Es ergab sich ein Gewichtsverlust an Seifenschmierstoff, der, wie aus nachstehender Tabelle ersichtlich, von der Tauchzeit abhängig war: Tauchze it Ge samtgewichtsverlust gim2 0,5 min 5,8 1,0 min 6,5 5,0 min 6,8 10,0 min 7,2 20,0 min 7,9 Die ursprünglich bei der Beseifung aufgebrachte Schicht wurde also durch die Spülung gewichtsmäßig zu etwa 20-25 % verringert. Die derart behandelten Preßrohlinge zeigten insgesamt ein wesentlich besseres Verhalten bei der Kaltumformung.
  • Beispiel 2 Preßrohlinge wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 mit einer Phosphatschicht versehen und gespült. Sodann wurde für die Beseifung ein Schmierstoff verwendet, der etwa 90 96 Natriumstearat enthielt. Die Badtemperatur betrug hier 750 C. Das Beschichtungsgewicht des Seifenschmierstoffs wurde zu 29,5 g/m2 ermittelt.
  • Anschließend wurden die Preßrohlinge durch Tauchen in Wasser gespült und zwar auch hier während verschiedener Tauchzeiten zwischen 0,5 und 20 Minuten.
  • Dabei ergaben sich Gewichtsverluste, die etwa denen des Beispiels 1 entsprachen. Diese Verluste sind aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich: 2 Tauchzeit Gesamtgewichtaverlust-g/m2 0,5 min 5,3 1,0 min 5,3 5,0 min 6,6 10,0 min 7,8 20,0 min 9,8 Auch hier ist also das Gewicht des ursprünglich aufgebrachten Seifenschmierstoffs um etwa 25-35 , verringert worden. Auch diese Preßrohlinge zeigten ein wesentlich verbessertes Umformverhalten gegenüber solchen Preßrohlingen, die nicht, wie erfindungsgemäß vorgeschlagen, in Wasser gespült worden waren.

Claims (8)

  1. Patentansprüche Verfahren zur Beschichtung phosphatierter Werksocke mit Seifenschmierstoffen, bei dem die Werkstücke phosphatiert und dann beseift werden, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beseiften WerkstUcke mit Wasser gespült werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Wasserspülung bei einer Temperatur zwischen 200 C und 1000 C erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Wasserspülung durch Tauchen erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wasserspülung durch Abspritzen der Werkstücke erfolgt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Spülvorgang über mindestens 10 Sekunden und höchstens 15 Minuten, vorzugsweise über 5 Minuten durchgeführt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Spülwasser gelöste Zusätze enthält, die einen pR-Wert oberhalb von 7,0 bewirken.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Spülwasser enthärtende Zusätze enthält.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Spülwasser Zusätze mit dispergierender Wirkung enthält.
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