EP1310306A1 - Verfahren zur Reinigung von metallischen Bauteilen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for cleaning metallic components, especially for the removal of oxide deposits.
- Pickling is generally chemical in metal surface treatment Descaling and rust removal with mineral acids.
- acidic stains such as hydrochloric acid, sulfuric acid and nitric acid for use.
- hydrochloric acid Today the tendency for pickling goes to hydrochloric acid, because it also treats the surfaces of lightly alloyed steels with a cleaner metallic finish can be.
- pickling inhibitors are chemical substances that only cause the metal surface is freed of impurities, but not the metal as such is removed. By adding these inhibitors the metal removal considerably reduced when pickling.
- the prior art also includes an apparatus and a method for removal known from oxide layers on components, by the use one in a basin-shaped module grease, dirt and tempered liquid medium and into the medium embedded vibrations in a single operation Component surfaces cleaned, degreased and freed from the oxide layer can, without this having to be implemented in another work module is necessary (DE 298 05 737 U1).
- the object of the invention is a method for cleaning metallic components, especially for removing provide oxidic coatings, with which for hydrogen embrittlement inclining steels largely free of hydrogen embrittlement can be freed of oxidic deposits.
- the solution to this problem is a method with the measures of the claim 1.
- metallic components in a container a liquid cleaner with a pH in the range of 4 to 8 and below cleaned by the influence of sound waves.
- the metallic components exist here from a hardenable steel with a carbon content of at least 0.1% and are at least partially hardened.
- Pickling enables the use of high-energy sound waves in the method according to the invention the use of tempered, specially formulated cleaners with a higher pH in the range of 4 to 8. Due to the high pH value, the hydrogen evolution during the cleaning process is significantly reduced.
- hardenable steels with a carbon content of at least 0.1% can be cleaned, but especially high-strength ones Steels that are at least partially hardened.
- the liquid cleaner is an aqueous Solution with a pH in the range of 5 to 7.
- the temperature of the cleaner is in a temperature range up to 100 ° C adjustable (claim 4).
- the preferred frequency range for the Sound waves used is between 10 kHz and 100 kHz (claim 5).
- the measures of claim 6 provide that the components are the cleaner be fed continuously or discontinuously in the container.
- the parts to be cleaned can therefore be used individually or in sets in baskets or racks are added to the cleaning bath.
- the filling can be carried out manually or mechanically by a robot.
- the one to be cleaned is Components can also be implemented in an automatic belt or chain run.
- the Components to be cleaned can be standing, hanging or lying in the container be placed.
- the sound waves originate from one or more vibrating elements, which have an angular or circular cross section (claim 7).
- the Vibrating elements can be used as flat oscillators, for example in the form a cuboid or in cylindrical form as a rod oscillator.
- several vibrating elements can be arranged in a container.
- the vibrating elements can at least a part of the inner surfaces of the container cover (claim 8). Of course you can also in the Center or other location within the container his. It is also conceivable that one or more inner surfaces of the container themselves are designed as vibrating elements (claim 9). For example through the configuration of the tank bottom as a vibrating element.
- the cleaning performance can also be increased by the fact that Components in the container and the vibrating elements moved relative to each other become.
- the components in the container can face each other fixed vibrating elements can be turned or even rotate around to achieve an optimal cleaning effect on all component areas. at very bulky components, it is also conceivable that the vibrating elements can be moved relative to a fixed component.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von metallischen Bauteilen, insbesondere zur Entfernung von oxidischen Belägen, wobei die metallischen Bauteile aus einem härtbaren Stahl mit einem Kohlenstoffanteil von wenigstens 0,1 % bestehen und wenigstens partiell gehärtet sind. Bei dem Verfahren werden die Bauteile in einem Behälter mit einem flüssigen Reiniger mit einem pH-Wert im Bereich von 4 bis 8 und unter dem Einfluss von Schallwellen gereinigt. Die Verwendung von energiereichen Schallwellen ermöglicht den Einsatz von temperierten, speziell formulierten Reinigern mit einem höheren pH-Wert, wodurch die Wasserstoffentwicklung während des Reinigungsvorgangs erheblich vermindert ist. Die Kombination der energiereichen Schallwellen mit dem speziell formulierten Reiniger ermöglicht es, auch hochfeste, metallische Bauteile, die stark zur Warmstoffversprödung neigen, zu reinigen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von metallischen Bauteilen,
insbesondere zur Entfernung von oxidischen Belägen.
Überall dort, wo im Produktionsprozess Metalle bearbeitet werden, müssen
sie vor der Weiterverarbeitung wie Galvanisieren, Lackieren, Emaillieren und
anderen Beschichtungen gründlich gereinigt und entfettet werden. Diese
Aufgabe übernehmen Reiniger, die in pulver- und/oder flüssiger Form angeboten
werden. Sie sind einsetzbar im Tauch- oder Spritzverfahren.
Beizen ist in der Metalloberflächenbehandlung allgemein das chemische
Entzundern und Entrosten durch Mineralsäuren. Zur Behandlung von Stahl
kommen vorwiegend saure Beizen wie Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäure
zum Einsatz. Heute geht die Tendenz beim Beizen zu Salzsäure,
weil damit auch die Oberflächen leicht legierter Stähle metallisch reiner behandelt
werden können.
Zum Beizen von Normalstahl, d.h. zum Entfernen von Rost und zum Entzundern,
werden entweder vorkonfektionierte Produkte verwendet oder Inhibitoren,
die den zum Beizen verwendeten Säuren zugesetzt werden. Beizinhibitoren
sind chemische Substanzen, die bewirken, dass lediglich die Metalloberfläche
von Verunreinigungen befreit wird, nicht aber das Metall als
solches abgetragen wird. Durch den Zusatz dieser Inhibitoren wird der Metallabtrag
beim Beizen beträchtlich verringert.
Durch die Reaktion der Beize mit der ungeschützten Metalloberfläche
entsteht Wasserstoff, der im Beizbad aufsteigt. Problematisch ist hierbei,
dass der Wasserstoff von Metall, insbesondere von Stahl, teilweise
aufgenommen wird, was zu einer Materialversprödung und damit zu
Spannungsrisskorrosionen führen kann. Zwar hemmen die Inhibitoren die
Abtragung des Metalls als solches, jedoch ist nicht klar, unter welchen
Bedingungen sie die Wasserstoffaufnahme des Metalls beschleunigen oder
verlangsamen. Die Hersteller von inhibierten Beizentfettern sind daher dazu
übergegangen, für die verschiedenen Einsatzfälle speziell konfigurierte
Beizen bereitzustellen, beispielsweise spezielle auf minimale
Wasserversprödung optimierte Tensid/Inhibitoren-mischungen. Aber selbst
bei hochkritischen Stahlteilen wie z.B. hochfesten Stählen dürfen diese nur
kurze Zeit dem Beizbad ausgesetzt sein, um eine Wasserstoffversprödung
zu verhindern.
Im Stand der Technik ist ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung
von Oxidschichten auf Bauteilen bekannt, bei dem durch den Einsatz
eines in einem beckenförmigen Modul gespeicherten fett-, schmutz- und
oxidschichtlösenden temperierten flüssigen Mediums und in das Medium
eingelagerte Schwingungen in einem Arbeitsgang die zu beschichtenden
Bauteiloberflächen gereinigt, entfettet und von der Oxidschicht befreit werden
können, ohne dass hierfür eine Umsetzung in ein anderes Arbeitsmodul
notwendig ist (DE 298 05 737 U1).
Bisherige chemische Verfahren (Beizen) lassen sich bei partiell oder komplett
gehärteten Fahrwerks- oder Sicherheitsstrukturteilen aufgrund der Gefahr
der Wasserstoffversprödung nicht einsetzen. Beim Beizen entwickelt
sich durch die zuvor beschriebene chemische Reaktion an der Metalloberfläche
Wasserstoff, der zu einer Versprödung des Stahls führen kann. Bei sehr
hohen Härten des Stahls ist die Säurebehandlung in einem Beizbad daher
nicht zulässig. Bei geringeren Härten des Stahls ist zumindest die Zugabe
eines Inhibitors erforderlich sowie üblicherweise eine anschließende Temperaturbehandlung
zur Entfernung etwaiger Wasserstoffrückstände.
Verfahren mit abrasiver Wirkung, wie das Sand- oder Kugelstrahlen, bringen
die Gefahr mit sich, dass sich die Bauteile mit geringen Wanddicken verziehen.
Zudem sind Verfahren mit abrasiver Wirkung bei hinterschnittenen oder
mit Hohlräumen versehenen Bauteilen nicht oder nur sehr schwer einsetzbar.
Der Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Reinigung von metallischen Bauteilen, insbesondere zur Entfernung von
oxidischen Belägen, bereitzustellen, mit welchem zur Wasserstoffversprödung
neigende Stähle weitestgehend frei von Wasserstoffversprödungen
von oxidischen Belägen befreit werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren mit den Maßnahmen des Patentanspruchs
1. Hierbei werden metallische Bauteile in einem Behälter mit
einem flüssigen Reiniger mit einem pH-Wert im Bereich von 4 bis 8 und unter
dem Einfluss von Schallwellen gereinigt. Die metallischen Bauteile bestehen
hierbei aus einem härtbaren Stahl mit einem Kohlenstoffanteil von wenigstens
0,1 % und sind zumindest partiell gehärtet. Im Unterschied zu herkömmlichen
Beizen ermöglicht die Verwendung von energiereichen Schallwellen
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den Einsatz von temperierten,
speziell formulierten Reinigern mit einem höheren pH-Wert im Bereich von 4
bis 8. Aufgrund des hohen pH-Wertes wird die Wasserstoffentwicklung während
des Reinigungsvorgangs damit erheblich vermindert. Die Kombination
der energiereichen Schallwellen mit dem speziell formulierten Reiniger ermöglicht
es somit, auch hochfeste, metallische Bauteile, die stark zur Wasserstoffversprödung
neigen, zu reinigen.
Es können dadurch härtbare Stähle mit einem Kohlenstoffanteil von
wenigstens 0,1 % gereinigt werden, insbesondere aber auch hochfeste
Stähle, die zumindest partiell gehärtet sind.
Nach Anspruch 2 ist vorgesehen, dass der flüssige Reiniger eine wässrige
Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 5 bis 7 ist.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 enthält der wässrige Reiniger folgende
Komponenten:
Die Temperatur des Reinigers ist dabei in einem Temperaturbereich bis
100°C einstellbar (Anspruch 4). Der bevorzugte Frequenzbereich für die
verwendeten Schallwellen liegt zwischen 10 kHz und 100 kHz (Anspruch 5).
Die Maßnahmen des Anspruchs 6 sehen vor, dass die Bauteile dem Reiniger
in dem Behälter kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt werden.
Die zu reinigenden Teilen können also einzeln oder satzweise in Körben
oder Racks in das Reinigungsbad gegeben werden. Die Befüllung kann dabei
manuell oder auch maschinell von einem Roboter ausgeführt werden.
Selbstverständlich ist bei entsprechender Verweildauer der zu reinigenden
Bauteile auch ein automatischer Band- oder Kettendurchlauf realisierbar. Die
zu reinigenden Bauteile können in dem Behälter stehend, hängend oder liegend
platziert sein.
Die Schallwellen gehen von einem oder mehreren Schwingelementen aus,
die einen eckigen oder kreisförmigen Querschnitt besitzen (Anspruch 7). Die
Schwingelemente können dabei als Flachschwinger, beispielsweise in Form
eines Quaders oder in zylindrischer Form als Stabschwinger ausgeführt sein.
In Abhängigkeit von der Konfiguration der zu reinigenden Bauteile können
mehrere Schwingelemente in einem Behälter angeordnet sein. Die Schwingelemente
können dabei wenigstens einen Teil der Innenflächen des Behälters
bedecken (Anspruch 8). Selbstverständlich können sie aber auch in der
Mitte oder an einer anderen Position innerhalb des Behälters angeordnet
sein. Es ist auch denkbar, dass eine oder mehrere Innenflächen des Behälters
selbst als Schwingelemente ausgeführt sind (Anspruch 9). Beispielsweise
durch die Konfiguration des Behälterbodens als Schwingelement.
Um die Reinigungswirkung zu erhöhen, ist es nach Anspruch 10 möglich, in
dem Behälter Vorrichtungen vorzusehen, um Schallwellen auf das Bauteil zu
konzentrieren, um eine möglichst hohe Reinigungsleistung am Bauteil zu
erreichen.
Die Reinigungsleistung kann auch dadurch gesteigert werden, dass die
Bauteile in dem Behälter und die Schwingelemente relativ zueinander bewegt
werden. Insbesondere können die Bauteile in dem Behälter gegenüber
feststehenden Schwingelementen gewendet werden oder sogar rotieren, um
an allen Bauteilbereichen eine optimale Reinigungswirkung zu erzielen. Bei
sehr sperrigen Bauteilen ist es auch denkbar, dass die Schwingelemente
relativ zu einem feststehenden Bauteil bewegt werden.
Wesentlich ist, dass der an der Oberfläche der Bauteile durch chemische
Reaktion mit dem Reiniger entstehende Wasserstoff von den Schallwellen
schnell abgetragen wird, um dadurch eine Wasserstoffversprödung der
Bauteile zu verhindern (Anspruch 12).
Claims (12)
- Verfahren zur Reinigung von metallischen Bauteilen, insbesondere zur Entfernung von oxidischen Belägen, wobei die metallischen Bauteile aus einem härtbaren Stahl mit einem Kohlenstoffanteil von wenigstens 0,1 % bestehen und wenigstens partiell gehärtet sind, bei welchem die Bauteile in einem Behälter mit einem flüssigen Reiniger mit einem pH-Wert im Bereich von 4 bis 8 und unter dem Einfluss von Schallwellen gereinigt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Reiniger eine wässrige Lösung mit einem pH-Wert im Bereich von 5 bis 7 ist.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wässrige Reiniger folgende Komponenten enthält:a) 1 bis 3 Gew.-% organische Carbonsäuren, ausgewählt aus mehrbasigen Carbonsäuren und aus Hydroxycarbonsäuren mit jeweils 3 bis 10 C-Atomen, oder deren Anionenb) 0,2 bis 2 Gew.-% organische Phosphorsäuren, ausgewählt aus Phosphonsäuren mit mindesten zwei Phosphonsäuregruppen und aus Phosphoncarbonsäuren, oder deren Anionenc) 0,05 bis 0,5 Gew.-% Tensided) 0,001 bis 0,005 Gew.-% Beizinhibitorene) auf 100 Gew.-% Wasser
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Reinigers in einem Temperaturbereich bis 100 °C einstellbar ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen eine Frequenz von 10 kHz bis 100 kHz haben.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile dem Reiniger in dem Behälter kontinuierlich oder diskontinuierlich zugeführt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallwellen von einem oder mehreren Schwingelementen ausgehen, die einen eckigen oder kreisförmigen Querschnitt besitzen.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingelemente wenigstens einen Teil der Innenflächen des Behälters bedecken.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Innenflächen des Behälters als Schwingelemente ausgeführt sind.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Behälter Vorrichtungen vorgesehen werden, um die Schallwellen auf das Bauteil zu konzentrieren.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile in dem Behälter und die Schwingelemente relativ zueinander bewegt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche der Bauteile durch chemische Reaktion mit dem Reiniger entstehender Wasserstoff von den Schallwellen abgetragen wird, wodurch eine Wasserstoffversprödung der Bauteile verhindert wird.
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