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Verfahren zur Vorbehandlung von Werkstücken, insbesondere aus Eisen
und Stahl, für die spanlose Verformung, insbesondere das Ziehen von Metallen Es
ist ein Verfahren bekannt, metallische Werkstoffe für die spanlose Formgebung durch
eine Vorbehandlung mit einer dichten zusammenhängenden Kristallhaut von Oxyden oder
Salzen, z. B. Phosphaten, zu versehen, deren Kristalle mit der metallischen Unterlage
fest verwachsen sind. Dieses Verfahren ist nicht nur für die spanlose Formgebung
von Eisen und Stahl angewandt worden, sondern auch in verschiedenen Abwandlungen
zur Erleichterung der spanlosen Formgebung anderer Metalle, z. B. Aluminium.
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Das Ziehen mit Hilfe solcher Oberflächenschichten wurde weiter dadurch
erleichtert, daB man sie mit einem Schmiermittel versah. Als solches sind 01e, Seifenlösung
in Verbindung mit Kalkaufschlämmung bereits angewandt worden. Die Seifenlösungen
wurden beispielsweise durch Tauchen und Auftrocknen angewandt.
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Als Ziehmittel wurden auch bereits wasserunlösliche Stearate, beispielsweise
Aluminiumstearat, zusammen mit Kalkmilch angewandt. Dieses Ziehmittel fand Anwendung
sowohl für das Ziehen von gereinigtem und gekalktem Material als auch von solchem
Material, auf dem nach der Reinigung eine leichte Rostschicht ausgebildet war.
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Die Anwendung von 0l-in-Wasser- sowie von Wasser-in-01-Emulsionen
mitZusätzen von wasserunlöslichen Seifen der ungesättigten höheren Fettsäuren oder
der Naphthensäuren als Schmiermittel beim Zerspanen und beim Ziehen von Eisen wie
auch
vor, Nichteisenmetallen ohne besondere Vor-Behandlung ist gleichfalls bekannt. Die
Oxyd-oder Salzschicht wurde insbesondere bei Eisen und Stahl mit einem bekannten
Oberflächenverfahren, z. B. in Form einer Phosphatschicht, auf dem Ziehwerkstück
aufgebracht.
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Es wurde nun gefunden, daß eine weitere Erleichterung der spanlosen
Verformung, insbesondere Ziehen, dadurch erreicht wird, daß die Verformung in Anwesenheit
solcher wasserunlöslicher, aliphatischer Metallseifen vorgenommen wird, die durch
Umsetzung aliphatischer Verbindungen mit der Kristallhaut von Oxyden oder Salzen,
die auf den Metallen angebracht ist, oder einem Bestandteil derselben, gebildet
werden. Diese. Bildung der wasserunlöslichen Metallseife kann auch derart erfolgen,
daß bei der Aufbringung der Oxyd- oder Salzschicht eine für die Umsetzung erwünschte
Komponente in diese eingebaut wird.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist die bebesondere Art der Aufbringung
wasserunlöslicher, aliphatischer Metallseifen durch Umsetzung eines löslichen Salzes
der organischen Säure mit der Oxyd- oder Salzhaut, insbesondere der Phosphatschickt.
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Für die Aufbringung der Seifen eignen sich besonders die Alkalisalze
der betreffenden organischen Säuren, die sich bei Anwendung .einer wäßrigen Lösung
bestimmter Temperatur, Konzentration und eines beistimmten pH-Wertes mit dem Zinkphosphat,
Eisenphosphat oder Mangan--phosphat der Phosphatschicht zu dem Zink-, Mangan- oder
Eisensalz der betreffenden organischen Säuren umsetzen. Diese Umsetzung findet am
günstigsten dann statt, wenn die löslichen Salze in verdünnter wäßriger Lösung in
der Wärme, beispielsweise hei 6o°; auf die Phosphatschicht zur Einwirkung gebracht
werden. Bei Anwendung einer o,2o/oigen Lösung von Natriumstearat erhältman beispielsweise
auf einer Zinkphosphatschicht bei 6o° in 5 Minuten einen sehr gut geeigneten Schmierfilm
von im wesentlichen Zinkstearat.
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Bei dar Aufbringung gemäß der Erfindung ist durch Variation von Konzentration,
Temperatur und pH-Wert Schichtdicke, Umsetzungsgeschwindigkeit und Haftfestigkeit
zu beeinflussen. Durch Erhöhung der Temperatur wird die Bildung der unlöslichen
Metallsalze gefördert und die Neigung zur Ausscheidung der nicht umgesetzten wasserlöslichen
Verbindung zurückgedränt, so daß man günstigere Schmierschichten erhält: Es ist
vorteilhaft, die Temperatur der Lösung, mittels der das Schmiermittel gebildet werden
soll, so hoch zu wählen, daß sich bei der Umsetzung keine zu großen Mengen- der
löslichen organischen - Verbindung in die sich bildende Schmierschicht des unlöslichen
Metallsalzes einlagern. Die Einlagerung von wasserunlöslichen, unverseiften Anteilen,
beispielsweise freier Säuren, die in der Seifenlösung emulgiert sein können, kann
vorteilhaft sein. Die Temperatur darf selbstverständlich nicht so hoch gewählt werden,
daß der Angriff der Lösung so stark wird, daß die Phosphatschicht vollkommen zur
Auflösung gelängt. Dürcli-'Abstimmung der Konzentration im Zusammenhang mit Temperatur
und pH-Wert läßt sich die Dicke der Schmierschicht sowie die Dicke der verbleibenden
Phosphatschicht beeinflussen. Bei zu hohem pH-Wert wird die Phosphatschicht zu stark
angegriffen, zu niedriger pH-Wert und/oder zu niedrige Temperatur bringt die Reaktion
zum Stillstand, so daß keine Umsetzung und Bildung des schwer löslichen Salzes mehr
eintritt.
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Es war bereits bekannt, für das Ziehen aufgebrachte Phosphatschichten
stundenlang bei Raumtemperatur in Seifenlauge einzuweichen. Es sind Untersuchungen
bekannt über die Wirkung der auf angewandten Seifenlauge als Schmiermittel bei der
spanlosen Kaltverformung von phosphatiertem Stahl. Diese Untersuchungen haben ergeben,,
daß durch stundenlanges Lagern in Seifenlösung, je nach dem pH-Wert dieser Seifenlösung,
eine verschiedenartige, Adsorption der Seife oder der Fettsäure auf der Oberfläche
stattfindet. Auf Grund dieser Versuchsergebnisse war gefolgert worden, daß man an
Stelle von Seifenlösung als Schmiermittel bei der Kaltverformung phosphatierter
Eisenteile auch solche Schmiermittel verwenden könne, die in -ihrem -Molekularaufbauaktive
Gruppen haben und dadurch eine Adsorption des Schmiermittels durch- die Phosphatschicht
ermöglichen.
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Dieser Gedanke ist völlig verschieden von dem vorliegender Erfindung.
Es war dort nicht erkannt worden, daß es darauf ankommt, eine Umsetzungder Seifenlösung
mit der Phosphatschicht zu erzielen. Pei dem bekannten Verfahren werden wesentliche
Mengen schwer löslicher Metallseife jedenfalls auf diese Weise in der Regel nicht
gebildet, und auf deren Mitwirkung beim Kaltverformen kommt es, wie festgestellt
wurde, gerade an. Bei der Behandlung mit technischen Seifen einer Konzentration
von 2 % bei Raumtemperatur auch über mehrere Stunden erhält man keinen Film gleicher
Güte und Wirksamkeit, sondern lediglich, je nach dem pH-Wert der Lösung, verschiedenartig
abgelagerte adsorbierte Alkaliseife. Das bekannte Verfahren hat außerdem den Nachteil,
daß bei der langen und schon aus diesem Grunde unwirtschaftlichen Lagerungszeit
die Rostungsgefahr beträchtlich ist.
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Die Anwendung der Lösungen -der organischen Salze kann durch Aufspritzen
oder im Tauchverfahren vorgenommen werden. ' Vorzugsweise geht man so vor, daß man
die phosphatierten-Gegenstände in die Lösung eintaucht .und bei erhöhter Temperatur
ohne Bewegung reagieren läßt. Es kann genügen, die -erhitzten Gegenstände in eine-
kalte Lösung zu tauchen und hierin einige Minuten reagieren zu lassen.
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Für die Umsetzung mit der Phosphatschicht eignen sich bevorzugt Natriumsalze
gesättigter Fettsäuren, wie - Natriumstearat und Natriumpalmitat. Aus wäßrigen -Lösungen
dieser Verbindungen erhält ` man bei erhöhter- Temperatur selbst noch bei einer
Konzentration von o,--0/9,
eine praktisch lückenlose, glänzende,
wasserabstoßende Schicht. Die analytische Untersuchung der mit einem organischen
Lösungsmittel abgelösten Schicht eines mit Alkalistearat behandelten Zinkphosphatüberzuges
ergab, daß sie im wesentlichen aus den Zinkseifen der Fettsäure besteht. Es zeigte
sich weiter, daß bei dieser Behandlung, die eine starke Ausbildung der Zinkseifenschicht
ergab, die Phosphatschicht merklich dünner geworden ist. Es hat sich also das Zinkphosphat
mit der Alkaliseifenlösung umgesetzt zu Zinkseife und in Lösung gehendes Natriumphosphat.
Durch die Umsetzung und dabei erzielte Abtragung eines Teiles der Phosphatschicht
wird eine günstige Wirkung erzielt.
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Ziehversuche, die mit auf diese Weise behandelten Oberflächen angestellt
wurden, ergaben eine Überlegenheit gegenüber anderen bekannten Behandlungsarten
der Schmierung von Phosphatschichten. Die Ziehlasten waren durchweg niedriger als
bei der bekannten Nachbehandlung mit Seife. Besonders vorteilhaft war, daß der Einfluß
der Dicke der Phosphatschicht auf den Ziehvorgang nahezu ausgeschaltet war. Das
erfindungsgemäße Verfahren vereinigt den Vorteil der technischen Verbesserung mit
der Ersparnis an Seife, da bei der erfindungsgemäßen Anwendungsart der Seifenlösung
durch Umsetzung unter Bildung von schwer löslichen Metallseifen in oder auf der
Phosphatschicht Lösungen sehr viel geringerer Konzentration zur Bildung einer guten
Schmierschicht ausreichen.
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Das Verfahren eignet sich nicht nur zur Aufbringung von Metallseifen
auf Phosphatschichten, sondern auch auf anderen Salz- oder Oxydschichten. Beispielsweise
wird eine nach bekannten Passivierungs- oder Brünierungsverfahren mit einer Oxydschicht
versehene Eisenoberfläche oder eine durch künstliche Inrostung vorbereitete Eisenoberfläche
mit dem Alkaliverseifungsprodukt von Montanwachs bei Temperaturen von etwa 70° behandelt.
Es entsteht eine Einlagerung von Montanceresat in der Oberflächenschicht. Entsprechend
können auch die Verbindungen des Türkischrotöles (Sulforicinate), des Oliven-, Rüb-,
Cocosöles oder des Trans (Waltrans) verwendet werden. In ähnlicher Weise können
auch Aluminiumoxydschichten behandelt werden. In beiden Fällen ist es jedoch vorteilhaft,
keine Entwässerung der Oxydschichten vorzunehmen; die Umsetzung erfolgt mit Hydroxyd-
bzw. Oxyhydratschichten besser.
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Das Verfahren ist auch geeignet zur Erleichterung der Kaltverformung
von porösen metallischen Körpern, beispielsweise Sintereisen, die vorzugsweise eine
in die Tiefe reichende Behandlung erfahren haben, durch die in den äußeren Poren
eine kristalline, nichtmetallische, vorzugsweise mit dem Metall fest verwachsene
Einlagerung, beispielsweise aus Phosphat, entsteht.