DE60306569T2

DE60306569T2 - Beschichtungslösung für Metalle und Metalllegierungen

Info

Publication number: DE60306569T2
Application number: DE60306569T
Authority: DE
Inventors: Walter Zepf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2023-04-05
Also published as: EP1350866A1; ATE332399T1; DE60306569D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beschichtungslösung, die auf die Oberfläche von Metallen oder Metalllegierungen aufzubringen ist, ein Verfahren zum Kaltformen von Metallen und Metalllegierungen unter Verwendung der Beschichtungslösung und einen beschichteten Rohling, hergestellt aus einem Metall oder einer Metalllegierung.
Beim Kaltformen wird keine Wärme auf das metallische Werkstück vor dem Formen angewendet. Jedoch kann seine Temperatur während des Formverfahrens zunehmen, da die beim Formen frei werdende Energie fast vollständig in Wärme umgewandelt wird. Die Hauptvorteile des Kaltformens sind das Einsparen an Materialien und Arbeitszeit, die Verwendung von Stahl mit geringerer Härte, die verbesserte Qualität der Werkstücke, geringere Maschinenkosten, bessere Größengenauigkeit, hohe Oberflächenqualität und eine verlängerte Werkzeuglebensdauer. Um diese Vorteile zu verwirklichen, muß ein Schutzfilm zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück gebildet werden, welcher während des Verarbeitungsverfahrens intakt bleiben muß. Ein solcher Schutzfilm besteht hauptsächlich aus Molybdändisulfid-Dispersionen oder Graphit als Schmiermittel. Bisher wurden, um einen solchen schützenden Schmierfilm in Kaltformverfahren zu erhalten, Schmiermittelträger auf die Oberfläche des Werkstückes aufgebracht, die etwa die fünffache Menge an Schmiermitteln, im Vergleich zu der unbehandelten Metalloberfläche, absorbieren können. Das Aufbringen solcher Schmiermittelträger auf die Oberfläche von Werkstücken wird jedoch durch Aufbringen aggressiver Säuren und metallischer Seifen in großen Mengen durchgeführt, was aufgrund von Umweltaspekten nicht wünschenswert ist.
Das US-Patent 6,309,477 beschreibt Vorbehandlungschemikalien für anzustreichende Metallmaterialien, welche mindestens eine Art von schwefelhaltigen Verbindungen und mindestens eines von Phosphorion-haltigen Verbindungen enthält, und eine Antikorrosionsbehandlung von Metallmaterialien. JP-A-2001-303262 beschreibt eine plattierte Stahlplatte, die mit einem organischen Film für hohe Korrosionsbeständigkeit bedeckt ist. EP-A-0 613 939 beschreibt ein graphitfreies Schmieröl, welches ein Basisöl mit einem darin dispergierten Kohlenhydrat und/oder einem Derivat davon, ein Filmverstärkungsmittel und ein Dispersionsmittel umfaßt.
Daher besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende technische Aufgabe darin, ein neues System zum Kaltformen von Metallen und Metalllegierungen bereitzustellen, welches die Behandlung des Werkstücks mit aggressiven Säuren und/oder metallischen Seifen vor dem Kaltformgebungsprozeß vermeiden soll, jedoch mindestens die gleichen Resultate, verglichen mit einem Kaltformgebungsverfahren unter Verwendung von Werkstücken, die mit aggressiven Säuren und/oder metallischen Seifen behandelt worden sind, aufweisen soll.
Die Lösung der vorstehenden technischen Aufgabe wird durch Bereitstellen der in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen erreicht.
Insbesondere wird eine Beschichtungslösung bereitgestellt, die auf die Oberfläche eines Metalls oder einer Metalllegierung aufzubringen ist, umfassend 2 bis 8 % (w/v) bzw. (Gewicht/Volumen) eines Polyphosphats, 2 bis 5 % (w/v) eines Dithiocarbamats, 5 bis 12 % (w/v) Graphit und 5 bis 12 % (w/v) Molybdändisulfid.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Polyphosphat aus der Gruppe, bestehend aus Ammoniumpolyphosphat und Alkalimetallpolyphosphaten, wie Natriumpolyphosphat, oder Gemischen davon, ausgewählt.
Das Dithiocarbamat ist vorzugsweise ein Dialkyldithiocarbamat, wobei die Alkylgruppen gleich oder verschieden sind und 1 bis 12 Kohlenstoffatome aufweisen können. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Dithiocarbamat ein Schwermetalldithiocarbamat, wobei das Schwermetall beispielsweise Molybdän ist. In einer bevorzugteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Dithiocarbamat Molybdändibutyldithiocarbamat.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Beschichtungslösung ferner mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkoholen in einer Menge von 0 % bis etwa 100 % (v/v), Wachsen, wie Polyalkylenwachse, beispielsweise Polyethylenwachse, mikrokristalline Wachse und Montanesterwachse, in einer Menge von 0 % bis etwa 80 % (v/v), Emulgatoren, wie Alkyloxyethylate und Alkylaryloxyethylate, in einer Menge von 0 % bis etwa 50 % (v/v), pH-modulierenden Mitteln, wie Puffer, z.B. phosphorige Säure und Ester davon, in einer Menge von 0 % bis etwa 50 % (v/v), Polymerverbindungen, wie Polyethylenglykole, vorzugsweise mit einem gewichtsgemittelten Molekulargewicht von 500 bis 1.000.000, Polysacchariden und Methylcellulose in einer Menge von 0 % bis etwa 50 % (v/v), Oxiden, wie Siliziumdioxid, in einer Menge von 0 % bis etwa 50 % (v/v), reibungsverringernden Mitteln, wie Natriumstearat, in einer Menge von 0 % bis etwa 80 % (v/v), Entschäumungsmitteln, wie Fettalkoholpolyglykolether, in einer Menge von 0 % bis etwa 50 % (v/v), Carbonsäuren und Derivaten davon, wie 2-Phosphonbutantricarbonsäure, in einer Menge von 0 % bis etwa 50 % (v/v), Organophosphorverbindungen, wie Alkylphosphate, in einer Menge von 0 % bis etwa 5 % (v/v) und Phosphaten, wie Borphosphat, Natriumphosphat, P₂O₅, etc., in einer Menge von 0 % bis etwa 80 % (v/v) und Gemischen davon, die zwei oder mehrere der Komponenten enthalten, enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Beschichtungslösung einen pH-Wert in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 4 auf, eingestellt durch das vorstehend definierte pH-modulierende Mittel.
Das für die Beschichtungslösung der vorliegenden Erfindung verwendete Lösungsmittel ist/sind H₂O in einer Menge von 0 % bis 100 % (v/v), Alkohole, vorzugsweise Alkohole mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Ethanol, etc., oder ein Gemisch von verschiedenen Alkoholen, in einer Menge von 0 % bis 100 % (v/v), oder ein H₂O/Alkohol-Gemisch in einer Menge von 0 % bis 100 % (v/v).
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Kaltformen von Metallen oder Metalllegierungen, umfassend die Schritte:

(a) Eintauchen eines Rohlings eines Metalls oder einer Metalllegierung in ein Bad, welches die vorstehend definierte Beschichtungslösung enthält, für eine Zeitdauer von etwa 30 Sekunden bis etwa 10 Minuten,
(b) Trocknen des Rohlings mit der Beschichtungslösung auf dessen Oberfläche bei einer Temperatur in dem Bereich von etwa Raumtemperatur bis etwa 80°C, vorzugsweise von etwa 50°C bis etwa 60°C, wobei das Trocknen vorzugsweise in heißer Luft oder in einem Trockenofen durchgeführt wird, und
(c) Unterziehen des derart beschichteten Rohlings einem Kaltformen.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Rohling vor dem vorstehenden Verfahrensschritt (a) sandgestrahlt werden.
Ferner wird ein Rohling bereitgestellt, der aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wie einem Stahl, mit einer Beschichtung, erhältlich durch die vorstehend definierten Verfahrensschritte (a) und (b), hergestellt ist.
Wenn die vorstehend definierte Beschichtungslösung für die Behandlung von durch Kaltformen zu bearbeitenden Rohlingen ("Werkstücke") verwendet wird, kann beobachtet werden, daß einerseits die Beschichtungslösung der vorliegenden Erfindung nicht die schwerwiegenden Nachteile bezüglich der Umweltverschmutzung aufweist, und andererseits die Rohlinge mit einer Beschichtung auf Basis der Beschichtungslösung der vorliegenden Erfindung mindestens die gleichen Ergebnisse für die verarbeiteten Werkstücke und das Werkzeug im Vergleich zu Rohlingen mit einer im Stand der Technik bekannten Beschichtung zeigen. Außerdem ist das Kaltformgebungsverfahren, welches die mit der Beschichtungslösung der vorliegenden Erfindung behandelten Rohlinge verwendet, aus wirtschaftlicher Sicht überlegen, d.h. das Gewicht der Beschichtung auf dem Rohling ist sehr viel geringer im Vergleich zu dem Gewicht einer im Stand der Technik bekannten Beschichtung. Zusätzlich sind im Vergleich mit einem im Stand der Technik bekannten Beschichtungsverfahren, bei dem etwa elf Schritte zum Aufbringen der Beschichtung auf den Rohling notwendig sind, nur zwei Schritte – (i) Eintauchen des Rohlings in der Beschichtungslösung gemäß der vorliegenden Erfindung und dann (ii) Trocknen des Rohlings – notwendig, was zu einer enormen Zeitersparnis führt.
Die vorliegende Erfindung wird nun weiter in den folgenden Beispielen illustriert, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Beispiele
25 Stahlrohlinge mit zylindrischer Form (Beispiele 1 bis 25) mit einer Länge von 500 mm wurden für eine Zeitdauer von etwa 1 Minute in eine Beschichtungslösung eingetaucht, die 1–8 % (w/v) Polyphosphat, 2–5 % (w/v) Dithiocarbamat, 5–12 % (w/v) Graphit und 5–12 % (w/v) Molybdändisulfid enthält. Dann wurden die Rohlinge mit der Beschichtungslösung auf deren Oberflächen in einen Trockenofen überführt, in dem sie bei einer Temperatur von etwa 60°C für etwa 30 Minuten getrocknet wurden. Zum Vergleich wurden 5 Stahlrohlinge mit zylindrischer Form (Vergleichsbeispiele 1 bis 5) mit einer Länge von 500 mm mit den im Stand der Technik bekannten Mitteln und Verfahren beschichtet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefaßt.
Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigen die beschichteten Rohlinge gemäß der vorliegenden Erfindung ein drastisch verringertes Beschichtungsgewicht, aber die Beschichtung zeigt mindestens die gleichen Eigenschaften für den Rohling, der kaltgeformt wird, wie die Beschichtung von Rohlingen, die gemäß dem Stand der Technik erhalten sind, bei der Beurteilung der verarbeiteten, beschichteten Rohlinge während und nach deren Kaltformen (+ = gutes Ergebnis der geformten Rohlinge nach 3 Operationen in einem Kaltformgebungsverfahren).

Claims

Beschichtungslösung, die auf die Oberfläche von Metallen oder Metalllegierungen aufzubringen ist, umfassend 2 bis 8 % (Gewicht/Volumen) eines Polyphosphats, 2 bis 5 % (Gewicht/Volumen) eines Dithiocarbamats, 5 bis 12 % (Gewicht/Volumen) Graphit und 5 bis 12 % (Gewicht/Volumen) Molybdändisulfid.
Beschichtungslösung nach Anspruch 1, wobei das Polyphosphat aus der Gruppe, bestehend aus Ammoniumpolyphosphat und Alkalimetallpolyphosphaten, oder einem Gemisch davon, ausgewählt ist.
Beschichtungslösung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Dithiocarbamat ein Dialkyldithiocarbamat ist.
Beschichtungslösung nach Anspruch 3, wobei das Dithiocarbamat ein Schwermetalldithiocarbamat ist.
Beschichtungslösung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche ferner mindestens eine Komponente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkoholen, Wachsen, Emulgatoren, pH-modulierenden Mitteln, Polymerverbindungen, Oxiden, reibungsverringernden Mitteln, Entschäumungsmitteln, Carbonsäuren und Derviaten davon, Organophosphorverbindungen und Phosphaten, oder Gemische davon, welche zwei oder mehrere der Komponenten enthalten, umfasst.
Beschichtungslösung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, welche einen pH-Wert in einem Bereich von etwa 3 bis etwa 4 aufweist.
Verfahren zum Kaltformen von Metallen oder Metalllegierungen, umfassend die Schritte: (a) Eintauchen eines Rohlings eines Metalls oder einer Metalllegierung in ein Bad, welches die Beschichtungslösung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält, für eine Zeitdauer von etwa 30 Sekunden bis etwa 10 Minuten, (b) Trocknen des Rohlings mit der Beschichtungslösung an dessen Oberfläche bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa Raumtemperatur bis etwa 80°C und (c) Unterziehen des derart beschichteten Rohlings einem Kaltformen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Rohling vor Schritt (a) sandgestrahlt wird.
Rohling mit einer Beschichtung, erhältlich durch (a) Eintauchen eines Rohlings eines Metalls oder einer Metalllegierung in ein Bad, welches die Beschichtungslösung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 enthält, für eine Zeitdauer von etwa 30 Sekunden bis etwa 10 Minuten und (b) Trocknen des Rohlings mit der Beschichtungslösung an dessen Oberfläche bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa Raumtemperatur bis etwa 80°C, was zu einem beschichteten Rohling führt.