DE3445337A1 - Hochgradig stanzbarer hitzebestaendiger ueberzug fuer blech - Google Patents

Hochgradig stanzbarer hitzebestaendiger ueberzug fuer blech

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DE3445337A1 DE19843445337 DE3445337A DE3445337A1 DE 3445337 A1 DE3445337 A1 DE 3445337A1 DE 19843445337 DE19843445337 DE 19843445337 DE 3445337 A DE3445337 A DE 3445337A DE 3445337 A1 DE3445337 A1 DE 3445337A1
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Description

European Patent Attorneys Deutsche Patentanwälte
Dr. W. MüUer-ΒθΓέ f 3445337 Dr. Paul Deufel
DipL-Chem., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr. Alfred Schön
Dr. Müller-BorÄ und Partner · POB 26 02 *1 · D-8000 München 26 „ , _,,
Dipl.-Chem.
Werner Hertel
Dipl.-Phys.
Dietrich Lewald
Dipl.-Ing.
Dr.-Ing. Dieter Otto
Dipl.-Ing.
Brit. Chartered Patent Agenl B. David P. Wetters
M. A. (Oxon) Ch. Chem. M. R. S. C
D/tl - C 3532
CENTRO SPERIMENTALE METALLURGICO SpA, und
TERNI-Societa per l'Industria e 1'Elettricitä SpA,
Rom / Italien
Hochgradig stanzbarer hitzebeständiger überzug für Blech
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine neue Art von hochgradig stanzbarem Überzug für Blech im allgemeinen und insbesondere für Stahlblech, wie es zur Herstellung von Kernen für Elektromotoren verwendet wird.
Bei der Herstellung dieser Kerne wird das dünne Stahlblech mit einer geeigneten Beschichtung gemäß der Zeichnung oder der erforderlichen Gestalt gestanzt und die Stanzstücke werden unter Bildung des laminierten Kernes aufgeschichtet.
Aus einer ganzen Reihe von Gründen, die dem Fachmann wohlbekannt sind, müssen die Kanten der Stanzung ein sehr sauberes Profil haben. Wenn jedoch die Anzahl der Stanzarbeitsgänge (oder Schläge), die von der Stanze durchgeführt werden, zunimmt, ist es praktisch unmöglich, die Bildung von Graten oder Rauhigkeiten an den gestanzten Kanten und eine graduelle Zunahme ihrer Größe zu vermeiden.
Die maximal zulässige Größe dieser Rauhigkeiten oder Grate kann schwanken, je nach dem Qualitätsstandard, die für das Endprodukt festgesetzt sind, jedoch kann eine Grenze von etwa 50 Mikrometer als guter Kompromiß zwischen der Qualität der gebildeten Kerne und der Wirtschaftlichkeit des Stanzbetriebes angenommen werden.
Um die Anzahl von Schlägen zu vergrößern, die eine Stanze machen kann, bevor sie abmontiert und geschärft werden muß, kann die Härte der Stanze erhöht werden, indem man Hartlegierungen verwendet, die Wolframkarbid oder Kobalt für die Formwerkzeuge enthält statt dem normalen Stahl oder man kann auf das Metall des Bleches einwirken, um dieses etwas leichter stanzbar zu machen und, in Kürze, indem man die Schmierungseigenschaften des isolierenden Überzuges auf dem Stanzling verbessert.
-ο-Ι Dieser letztere Versuch führte nun zum Ersatz der anorganischen Überzüge auf Phosphatbasis, die eine Lebensdauer von 50-70 000 Schlägen der Stahlformwerkzeuge gewährleisteten, durch vollständig organische Oberzüge, die die Erzielung von bis zu 300 000 Schlägen mit einer Stahlstanze ermöglichten. Diese hatten jedoch ihre Nachteile, wie ihre Instabilität bei Temperaturen von mehr als 350-400 0C, was das Spannungsfreimachen (Spannungsfreiglühen) des Stanzlings oder das Verschweißen der äußeren Kanten von Kernen für rotierende Statoren von Elektromotoren verhindert.
Dann folgten anorganische oder gemischte anorganischorganische Überzüge auf der Basis von Chromsäure oder ihrer Derivate. Diese brachten verschiedene Vorteile bezüglich der Stanzbarkeit, jedoch blieben einige ernste Probleme. Wegen des Ausmaßes der Umweltverschmutzung, die Chrom hervorruft, ist es unerläßlich, eine kostspielige Anlage zur Behandlung der Rückstände des Überzugsbades einzurichten und die Arbeitsumgebung zu schützen. Außerdem gefährclet die hohe Oxidationskraft von Chromsäuren und ihrer Derivate die Stabilität der Überzugsbäder, welche organische Harze enthalten und auf lange Sicht kann dies auch den gebildeten Überzug gefährden.
Jedoch veranlaßte die gute Stanzbarkeit der chromathaltigen Überzüge, die insbesondere im Falle der neuen einschichtigen Typen eine Lebensdauer der Stanze von über einer Million Schlägen gestatten, eine Zahl, die bisher durch andere Arten von Überzügen nicht erreicht wurde, die Her-
3Q steller dazu, die höheren Kosten und die größeren Schwierigkeiten, welche bei der Verwendung solcher Überzüge auftreten, zu tolerieren.
Zweck der Erfindung ist die Verbesserung dieser Situation durch eine neue Art von Überzug insbesondere für Stahlblech für elektrische Zwecke, das sehr gute elektrische Isolierung und Stanzbarkeit aufweist. Er ist verhältnismäßig billig, wärmebeständig und leicht auf das Blech aufzubringen,
während er auch über eine lange Zeitspanne stabil, schweißbar/ nicht verschmutzend und nicht toxisch ist.
Diese Ziele werden erreicht durch eine neue Art von anorganisch-organischem Überzug, worin der anorganische Teil des Bades aus wenigstens einer Verbindung der Gruppe Phosphorsäure und deren wasserlösliche Derivate besteht, während der organische Teil aus einem synthetischen Harz besteht, das mit den Phosphorsäureionen (bzw. sauren Phosphationen) verträglich ist. Das Harz ist von der Art, die stabile Suspensionen oder wäßrige Emulsionen bildet und kann vorteilhafterweise aus der Gruppe gewählt sein, welche Acrylharze und deren Polymere, Copolymere und Ionomere umfaßt, sowie Ethylen-Vinylacetat-Copolymere und die hitzehärtenden Epoxyharze der Art, wie sie als Basis für Autokarosserieanstriche verwendet werden.
Die Zusammensetzung des Beschichtungsbades, auf Trockenbasis, gemäß der Erfindung liegt vorzugsweise im folgenden Bereich: anorganischer Teil = 60-95 Gewichtsprozent (Gew.-%), organischer Teil = 5-40 Gew.-%. Diese Grenzen der Zusammensetzung ergeben einen guten Kompromiß zwischen der Stanzbarkeit und der Schweißbarkeit. Tatsächlich erhöht eine Zunahme im organischen Teil die erstere und vermindert die letztere.
Jedoch kann der soeben angegebene Bereich der Zusammensetzung nicht als der einzig mögliche betrachtet werden. Es ist in Betracht zu ziehen, daß zum Beispiele für besondere Gebiete der Verwendung von Harzen und/oder neuen Rezepturen von Harzen und/oder den Kostenbedingungen beson-
go derer Komponenten und/oder wenn das Interesse nur auf einige wenige Merkmale des Überzuges beschränkt ist und dergleichen, die Möglichkeit oder sogar die Ratsamkeit besteht, Abänderungen in dem oben angegebenen Bereich der Zusammensetzungen gemäß bevorzugten Ausführungsformen vorzunehmen.
Das Bad zum Aufbringen des Überzuges ist ein solches vom Typ auf Wasserbasis, dessen Gehalt an aktiven Komponenten vorzugsweise im Bereich zwischen 5 und 30 Gew.-% liegt.
Auch diese Grenzen können jedoch modifiziert werden, zum Beispiel je nach der Art der benutzten Beschichtungsanlage. In einer Anlage, wo der Streifen zwischen Quetschrollen läuft, können die Konzentration der aktiven Komponenten im Bad um so höher sein, je größer der Druck ist, der durch die Quetschrollen ausgeübt wird.
Es sei auch berücksichtigt, daß die Dicke des Endüberzuges geringer als 2 Mikrometer und vorzugsweise zwischen 0,5 und 1 Mikrometer sein muß, da in diesem Bereich ein guter Stapelfaktor in Kernen erzielt werden kann, während gewährleistet wird, daß der überzug ein sehr gutes Oberflächenaussehen, gute Adhäsion, Stanzbarkeit, elektrische Isolierfähigkeit und Schweißbarkeit hat.
Wie schon erwähnt, muß das gewählte Harz mit einer Lösung von Phosphorsäure oder deren wasserlöslichen Derivaten verträglich sein. Dies bedeutet, daß beim Mischen der wäßrigen Suspension oder Emulsion von Harz mit dem anorganischen Teil des Überzugsbades keine merklichen Änderungen in den physikalischen Merkmalen sowohl unmittelbar als auch auf lange Sicht erfolgen dürfen. Dieses Ziel ist nicht leicht zu erreichen, da viele Harze sich abtrennen oder das Gelieren des ganzen Bades bewirken, wenn das Uberzugsbad hergestellt wird.
Zur weiteren Charakterisierung der oben als brauchbar in der Erfindung angegebenen Harze kann gesagt werden, daß Harzemulsionen auf Acrylbasis von der Art sein müssen, die mit nicht-ionischen oberflächenaktiven Mitteln stabilisiert ist, während im Falle von Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren die Emulsion nicht mit Polyvinylalkohol stabilisiert sein darf, oder sie darf andernfalls keine Reaktion mit Borax zeigen. Hitzehärtende Epoxyharze ihrerseits müssen von dem
gg Typ sein, der mit Phosphorsäure neutralisiert ist.
Die obigen Harze wurden mit Erfolg untersucht. Es können jedoch auch andere Arten, wie Harze auf der Basis von
-δι Polyvinylchlorid verwendet werden, wobei die einzige Anforderung die ist, daß sie gegenüber Phosphorsäure und deren wasserlösliche Derivate stabil sein müssen.
Tatsächlich spielt das Harz eine zweifache Rolle im Überzug: Es wirkt als Schmiermittel aufgrund seiner organischen Natur, und als Bindemittel für den anorganischen Teil, um das Wegbrechen von anorganischen Teilchen in der gestanzten Zone zu verhindern, was eine Abriebwirkung auf das zum Stanzen benutzte Formwerkzeug haben könnte.
Daraus folgt, daß die Art oder die Klasse von Harzen, die verwendet wird, keinen signifikanten Einfluß auf die endgültigen Merkmale des Überzuges haben.
Beschichtungsprüfungen, die im Versuchsmaßstab (Pilotmaßstab) durchgeführt wurden, haben die in der folgenden Tabelle schematisch dargestellten Ergebnisse gebracht:
—- y —·
Tabelle
Beschichtungsbad Beschich- Anzahl Schweiß- Isola-
tungsdicke der barkeit tion (μΐη) Schläge Sh x cm2
Η,ΡΟ, 10 %, 211 kg
0,9 1,3-10 1 10-20
Harz A 8 kg
H-.PO. 10 %, 211 kg fi
1 1,8*10 0,76 30-50 Harz A 16 kg
H-PO, 10 %, 211 kg fi
0,6 1,1*10 1 10-20 Harz B 8 kg
Al (H9PO.) 10 %, 203 kg ς
0,8 8-10 1 10-15
Harz B 6 kg
Η,ΡΟ. 10 %, 211 kg fi
J 4 0,6 1,3-10b 0,9 15-30
Harz C 11 kg
Al (H9PO.), 10 %, 203 kg ς
0,8 9 · 10 1 10-15 Harz C 6 kg
Bemerkungen zur Tabelle:
- H3PO4 10 % ist eine wäßrige Lösung, die 10 Gew.-% H3PO4 enthält.
- Al(H2PO4)3 10 % ist eine wäßrige Lösung, die 10 Gew.-% Al(H2PO4)3 enthält.
- Harz A ist ein Polyacrylharz vom Methylmethacrylat-Typ in wäßriger Emulsion, die 50 Gew.-% davon enthält (Handelsname Crilat 2454 von Montedison).
-ιοί - Harz B ist ein Ethylen-Vinylacetatharz in wäßriger Emulsion, die 55 Gew.-% enthält (Handelsname Airflex 410 von Air Products and Chemical Inc.)
- Harz C ist ein hitzehärtendes, nicht-pigmentiertes Epoxyharz für Kataphorese, neutralisiert mit H3PO4, in wäßriger Emulsion, die 50 Gew.-% enthält (Handelsname Typ 779205, IVI)
- Anzahl der Schläge ist die Anzahl, die mit einer Stahlstanze von Rechteckprofile 2 χ 1 cm durchgeführt werden kann, bevor ein Grat (oder Rauhigkeit) von mehr 50 μΐη Höhe sich auf dem gestanzten Blech befindet.
- Schweißbarkeit ist das Verhältnis der Schweißgeschwindigkeit auf einem Stapel von Stanzlingen, die erfindungsgemäß beschichtet sind, und einem identischen Stapel von Stanzlingen, die einfach phosphatiert wurden. Die Schweißung erfolgt mit der maximalen Geschwindigkeit, die eine von Blasen freie Schweißung ergibt.
- Isolation ist der Isolationswert, wie er gemäß der ASTM-Franklin-Prüfung gemessen wird.
Die oben erwähnten Überzüge wurden erhalten, indem man das Blech (nicht orientierter Si-Stahl, enthaltend 0,5-3,1 Gew.-\ Si) in das Beschichtungsbad bei Zimmertemperatur eintauchte, und dann 1 5 Sekunden an Luft bei 260 0C einbrannte. Sie halten auch das Spannungsfreiglühen der Stanzlinge bei 830 0C in einer neutralen Atmosphäre aus.
Die Überzüge gemäß der Erfindung können auf jeden Stahl angewandt werden, vorzugsweise auf Stahl von Stanzsorte. Sie bestehen aus einem komplexen Gemisch, das noch nicht bestimmt wurde, von Phosphaten (von Eisen und anderen Elementen wie Al, Ca, Mg, und dergleichen, die von Wasser löslichen Salzen der Phosphorsäure stammen) und von Harzen, die mit Phosphorsäureionen verträglich sind.

Claims (10)

Patentansprüche
1. Hochgradig stanzbarer Überzug für Blech, insbesondere Stahlblech, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Komplexgemisch von Phosphaten und Harzen, die mit sauren Phosphationen verträglich sind, gebildet ist.
2. Überzugsbad zur Herstellung der hochgradig stanzbaren Überzüge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Gemisch von wäßrigen Lösungen von zumindest einer anorganischen Verbindung aus der Gruppe Phosphorsäure und deren wasserlösliche Derivate und aus synthetischen Harzen, die mit sauren Phosphationen verträglich sind, gebildet ist.
3. Überzugsbad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sein Gehalt an aktiven Bestandteilen im Bereich zwischen 10 und 30 Gewichtsprozent (Gew.-%), Rest Wasser, liegt.
4. Überzugsbad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Bestandteile zwischen 60 und 95 Gew.-% an anorganischem Anteil und zwischen 5 und 40 Gew.-% an organischem Anteil liegen.
5. Überzugsbad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Anteil aus Harzen auf Acrylbasis besteht.
6. Überzugsbad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Harze auf Acrylbasis in wäßriger Emulsion vorliegen, die durch nicht-ionische oberflächenaktive Mittel stabilisiert ist.
7. Überzugsbad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der organische Anteil aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymerharzen besteht.
1
8. Überzugsbad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ethylen-Vinylacetat-Copolymerharze in wäßriger Emulsion vorliegen, die nicht mit Borax reagiert.
5
9. Überzugsbad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Anteil aus hitzehärtenden Epoxyharzen besteht.
10. Überzugsbad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, 10 daß die hitzehärtenden Epoxyharze in wäßriger Emulsion vorliegen und dem mit Phosphorsäure neutralisierten Typ zugehören.
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