SE517530C2 - Metod för elektrokemisk fosfatering av metallytor, särskilt rostfritt stål och användning av en vattenhaltig fosfateringslösning vid en sådan metod - Google Patents

Description

20 25 30 517 530 2 Därutöver är det känt från Journal of Materials Science 29, 949-953 (1994) att förse rostfritt stål med kalciumvätefosfat medelst en liknande process vid tillverkning av bioimplant.

Sammanfattningsvis kan fastslås att teknikens ståndpunkt visar en vidsträckt användning av smörjmedel för kallbearbetade äm- nen medelst en nedsänkning eller doppning, medan enligt vår uppfattning, elektrokemisk tillämpning hitintills aldrig an- vänts för kallbearbetning.

Enligt uppfinningen har det visat sig att elektrokemisk fosfa- tering av metallytor kan utföras med ett gott resultat, när den elektrokemiska fosfateringen utföres medelst en katodisk process under användning av en vattenhaltig fosfateringslös- ning innehållande: 0,5 till 1oo g ca2*/l 0,5 till loo g zn2*/l 5 till 1oo g 904371 o till loo g Nog/l O till 100 g ClO{/l och 0 till 50 g F" eller Cl-/l varvid temperaturen hos lösningen är mellan 0 och 95° C, pH- värdet hos lösningen är mellan 0,5 och 5 och där gällande täthet är mellan 0,1 och 250 mA/cmzoch varvid mängden Ca"/l är sådan att fällningsinitieringen förbättras och friktionen under kallbearbetningen minskas jämfört med ren zinkfosfat.

Tillägget av kalcium till fosfateringslösningen ger något för- vånande förbättringar under fällning, emedan kalcium delvis förbättrar initieringen av fällningen, delvis ger ett mer tätt skikt än ren zinkfosfat. Förbättringen av initieringen betyder att en låg ström behövs för fällningen och den ökade tätheten 2358064100; 2002-03-25 10 l5 20 25 30 517 530 3 och således minskade elektriska ledningsförmägan hos förbe- läggningen betyder att processen är mindre känslig för den geometriska formen hos ämnet som skall fosfatiseras. Således kan beläggningen av t.ex. insidan av en kopp möjliggöras, utan att det behövs förändring av den geometriska formen hos ano- den, vilket ökar användbarheten av processen väsentligt i jäm- förelse med kända processer. Vidare ger tillägget av kalcium en minskad friktion i jämförelse med ren zinkfosfat.

Enligt uppfinningen är metoderna enligt något av kraven 2 till 4 fördelaktiga.

Således avser uppfinningen en metod såsom den angives i be- skrivande delen av patentkravet 1 och denna metod är speciell därför att den använder en lösning såsom angiven i den känne- tecknande delen.

Uppfinningen avser också en tillämpning av en vattenhaltig fosfaterande lösning såsom angiven i något av patentkraven 1 till 4 för elektrokemisk fosfatering av metallytor, särskilt rostfritt stål, varvid det kallbearbetade ämnet är försett med ett smörjmedel efter fosfateringen särskilt molybdendisulfid eller natriumstearat, särskilt en tillämpning enligt vad som angives i krav 6.

Föreliggande uppfinning möjliggör fällning av ett fosfatskikt som har en tjocklek lämplig för kallbearbetning och därtill ger påläggningen av ytterligare kalcium en förbättring av fällningens initiering, förbättrar användbarheten av processen för ämnen som har komplicerade geometriska former och minskar friktion. Vidare, kommer en polymer om sådan tillföres att så- ledes förbättra beläggningen. Därtill, ger tillförandet av F* en bättre adhesion, särskilt för rostfria stålytor och således 23S80e.doc; 02-03-22 10 15 20 25 30 517330 4 erhàlles en mer fördelaktig textur än med ordinarie fosfate- ring. Cl' kan användas istället för F_. Tillämpningen av NO{ och/eller ClO{ begränsar bildandet av bubblor pà ämnets yta.

Efterföljande tabell visar ett antal exempel som demonstrerar en serie av typiska provresultat erhållna genom att använda metoden enligt föreliggande uppfinning. Egenskaperna för den fällda beläggningen prövas medelst skàlpressning, vid vilken en kolv pressas mot ämnet placerat i en form eller en skäl.

Vid mätningen av kolvtrycket som en funktion av skàlhöjden, kan sönderdelningen av smörjmedelsfilmen registreras sàsom en ökning av kolvtrycket förorsakat av ökad friktion. Maximala skàlhöjden är den vid vilken kolvtrycket har ökat till samma nivå som statiska kolvtrycket vid start av skältryckningen.

Det framgår av tabellen att en känd process, (se t.ex. 1 och la) vid en temperatur om 70° C, pulserande ström och en puls- pausrelation om 0,25 och en varaktighet hos beläggningsproces- sen om 10 minuter kommer att ge en maximal skàlhöjd om 27 mm.

Det erhållna skiktet är mycket poröst, har en poradhesion och är ofta ”kakad”, t.ex. i form av flak. Appliceringen av en vattenhaltig fosfateringslösning med metoden enligt uppfin- ningen, se exempelvis 4 till 6, möjliggör pàförandet av förbe- läggning vid temperaturer så låga som 25° C, utan att det krävs särskild utrustning för pulsation av strömmen, t.ex. ren lik- ström, och under mycket kortare tid, ungefärligen 3 minuter.

Därtill kan större skàlhöjd erhållas, se exemplen 5 och 6. An- vändningen av vattenlöslig polymer, se exempel 6, för vilken en vanlig, kommersiellt tillgänglig polymer (poletylenglykol i form av PEG 1000) användes, vill ge en mer robust beläggning.

Beläggningen som erhållits enligt föreliggande uppfinning är mycket tät och likformig, underlättar handhavandet av kallbe- 235806 .doCi 02-03-22 10 15 20 25 30 arbetade ämnet och tillåter transport utan risk att ningen faller av.

Exempel [F21 [znfi [Cah] [NW] lP043J [C103] pH [Polymer] Ràdande täthet Pulsation Tid Temperatur Ämnets material Erhållen skikt- tjocklek Beläggning Smörjmedel Smörjmedeltjocklek Max. skàlhöjd (i mm) 517 550 Exempel nr. 1 (komp.) 0,02 M 0,31 M O 0,62 M 0,28 M 0,20 M 2 O 45 mA/cmz 0,5 s puls 2 s paus 10 min. 70°C rostfritt stal 43 r 9 g/m2 Zn] 2 MOS2 12 i 2 16,7 i 2,7 5 Exempel Exempel nr. la nr. 2 (komp.) (komp.) 0,02 M 0,02 M 0,31 M 0 O 0,44 M 0,62 M 1,09 M 0,28 M 0,41 M 0,20 M 0,32 M 2 2 0 O 45 mA/cm* 45 mA/cmz 0,5 s ingen puls 2 s paus 10 min. 5 min. 70°C 25°C rostfritt rostfritt stål stål 43 i 9 g/mz 65 i 7 g/m* Zn3(P04)2 Ca3(PO4)2 Na-stearat MoS2 27 i S 21 i 5 27,0 r 1 24,4 i 2,3 23SBOe.dQC; belägg- Exempel III". 3 o N N 3 3 2 2 Z Z 72 mA/cmz 0,5 s puls 2 s paus 10 min. 70°C rostfritt stål 47 i 4 g/m2 Cam 5znzl5 2 Mosz 20 i 8 20,2 i 1,6 02-03-22 10 15 20 Exempel [F] [ZIP] [Ca2¶ [N05] [P09] [ClO3¶ pH [Polymer] Ràdande täthet Pulsation Tid Temperatur Ämnets material Erhàllen skikt- tjocklek Beläggning Smörjmedel Smörjmedeltjocklek Max. skàlhöjd (i mm) 0517 550 Exempel nr. 4 0,02 M 0,06 M 0,43 M 0,57 M 0,89 M 0 2 0 43 mA/cmz ingen 3 min. 25°C rostfritt stål 26 1 7 g/m2 Cazzn ( 2 MDS; 28 i 5 22,7 i 1,3 6 Exempel nr. 4a 0,02 M 0,06 M 0,43 M 0,57 M 0,89 M 0 2 0 72 mA/cmz ingen 3 min. 25°C rostfritt stål 44 1 4 g/nå Ca2Zn(PO4), MOS 2 36 i 7 26,9 i 1,1 Exempel nr. 5 0,02 M 0,06 M 0,43 M 0,57 M 0,89 M O 2 0 20 72 mA/cm* ingen 3 min. 25°C rostfritt stål 44 i 4 g/m2 Exempel nr. 6 0 0,06 M 0,43 M 0,61 M 0,33 M 0 2 g PEG iooo/1 30 mA/cmz ingen 3 min. 25°C rostfritt stål 427 1 4 g/m2 Ca2Zn(PO4)2 Ca1,6ZnL4(PO,)2 Na-stearat Na-stearat 18 i 4 21 i 6 >3l,0 >3l,0 23580e.dOC; 02-03-22

Claims (7)

10 l5 20 25 30 517550 7 PATENTKRAV

1. Metod för att behandla ett metallarbetsstycke bestående av elektrokemisk fosfatering av arbetsstyckets yta, vilken yta tillföres smörjmedel efter fosfateringen och varefter kallbe- arbetning utföres av arbetsstycket, k ä n n e t e c k n a d a v, att den elektrokemiska fosfateringen utföres medelst en katodisk process med användning av en vattenhaltig fosfate- ringslösning innehållande 0,5 till loo g ce”/l 0,5 till loo g zn”7l 5 till loo g Pof'/l 0 till 100 g No;/l 0 till 100 g ClO{/1 och 0 till 50 g F' eller cl'/l varvid lösningens temperatur är mellan 0 och 95°C, lösningens pH-värde mellan 0,5 och 5 samt rådande densitet mellan 0,1 och 250 mA/cnf och varvid mängden Ca”Yl är sådan att fällnings- initieringen förbättras och friktionen under kallbearbetningen minskas jämfört med ren zinkfosfat.

2. Metod enligt krav 1, kännetecknad av, att temperaturen för lösningen är ungefärligen 25° C, pH-värdet är 1 till 4 och rådande tätheten är 5 till 250 mA/emz.

3. Metod enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av, att den vattenhaltiga fosfateringslösningen innehåller 10 till 20 g ce”/1 2 till lo g zn”/l 30 till 90 g Pofi*/1 20 till 50 g No;/l 23580e.d0C; 62-03-22 lO 15 20 25 30 517 550 8 0 till 40 g ClO{/1 och o till 5 g F-/l

4. Metod enligt något av kraven 1 till 3, kännetecknad av, att därtill innehåller den vattenhaltiga fosfateringslösningen 0 till 100 g vattenlöslig polymer per liter, särskilt polyvi- nylalkohol, polyetylenglykol och/eller polyetylenoxid.

5. Användning av en vattenhaltig fosfateringslösning sàsom angives i patentkraven 1 till 4, för elektrokemisk fosfatering av metallytor, särskilt rostfritt stàl, tillsammans med kall- bearbetning av metallämnen, vilken metod förser ämnet som skall kallbearbetas med ett smörjmedel efter fosfatering, sär- skilt molybdendisulfid eller natriumstegrat.

6. Användning enligt krav 5, kännetecknad av, att vidare fosfateringslösningen innehåller O till 100 g vattenlöslig po- lymer per liter, särskilt polyvinylalkohol, polyetylenglykol och/eller polyetylenoxid.

7. Metod för elektrokemisk fosfatering av metallytor pà ett metallstycke av rostfritt stål, vilken metod förser arbets- stycket med ett smörjmedel efter fosfateringen, särskilt molybdendisulfid eller natriumstearat, och varefter kallbear- betning utföres av arbetsstycket, kännetecknad av, att en elektrokemisk fosfatering utföres genom en katodisk process under användning av en vattenhaltig fosfateringslösning innehållande 0,5 till loo g ca”7l 0,5 till loo g zu”/1 5 till loo g Pofi'/l o till loo g No;/l 0 till loo g cloy/1 23580e.dOC; 02-03-22 517550 9 o till so g F' eller cl'/l vid vilken temperaturen för lösningen är mellan 0 och 95°C, pH- värdet för lösningen är mellan 0,5 och 5 och den ràdande den- siteten är mellan 0,1 och 250 mA/cmz och varvid mängden Ca”/l är sådan att fällningsinitieringen förbättras och friktionen under kallbearbetningen minskas jämfört med ren zinkfosfat. 23580e.doC; 02-03-22