DE924922C - Verfahren zur Vorbehandlung von Werkstuecken, insbesondere aus Eisen und Stahl, fuer die spanlose Verformung, insbesondere das Ziehen von Metallen - Google Patents

Verfahren zur Vorbehandlung von Werkstuecken, insbesondere aus Eisen und Stahl, fuer die spanlose Verformung, insbesondere das Ziehen von Metallen

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DE924922C
DE924922C DEM3587D DEM0003587D DE924922C DE 924922 C DE924922 C DE 924922C DE M3587 D DEM3587 D DE M3587D DE M0003587 D DEM0003587 D DE M0003587D DE 924922 C DE924922 C DE 924922C
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DE
Germany
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water
metals
iron
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DEM3587D
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Alfred Dr Durer
Erwin Joerns
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GEA Group AG
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Metallgesellschaft AG
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Publication date
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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)
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  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i Verfahren zur Vorbehandlung von Werkstücken, insbesondere aus Eisen und Stahl, für die spanlose Verformung, insbesondere das Ziehen von Metallen, mit Hilfe einer zusammenhängenden Kristallhaut von Oxyden oder Salzen, beispielsweise Phosphaten, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung in Anwesenheit wasserunlöslicher aliphatischer Metallseifen vorgenommen wird, die durch Umsetzung wasserlöslicher aliphatischer Verbindungen mit der Kristallhaut von zuvor auf den Metallen angebrachten Oxyden oder Salzen oder einem Bestandteil dieser Kristallhaut gebildet werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man ein wasserlösliches Salz einer aliphatischen Säure unter solchen Bedingungen an Temperatur, Konzentration und pH-Wert auf die Phosphatschicht einwirken läßt, daß es sich mit dieser unter Bildung der schwer löslichen Metallseife umsetzt, die sich auf oder in der Phosphatschicht niederschlägt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Alkalisalz einer Fettsäure, insbesondere der gesättigten Reihe, oder eines Gemisches von Fettsäuren, in wäßriger Lösung einer Konzentration von i °/a oder weniger, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, insbesondere 6o°, derart einwirken läßt, daß sich auf der Oberfläche schwer lösliche Metallseife bildet.
DEM3587D 1942-12-29 1942-12-29 Verfahren zur Vorbehandlung von Werkstuecken, insbesondere aus Eisen und Stahl, fuer die spanlose Verformung, insbesondere das Ziehen von Metallen Expired DE924922C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1101904B (de) * 1955-04-06 1961-03-09 Diamond Alkali Co Verfahren zur Verbesserung des Gleitens von zu verformenden Metallen
DE1124453B (de) * 1959-06-19 1962-03-01 Dr Fritz Singer Verfahren zur Vorbereitung von Metallen, insbesondere von Eisen und Stahl, fuer die Kaltverformung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1101904B (de) * 1955-04-06 1961-03-09 Diamond Alkali Co Verfahren zur Verbesserung des Gleitens von zu verformenden Metallen
DE1124453B (de) * 1959-06-19 1962-03-01 Dr Fritz Singer Verfahren zur Vorbereitung von Metallen, insbesondere von Eisen und Stahl, fuer die Kaltverformung

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