WO2000016931A1

WO2000016931A1 - Verfahren zur beschichtung einer oberfläche mit einem trennmittel

Info

Publication number: WO2000016931A1
Application number: PCT/EP1999/006850
Authority: WO
Inventors: Peter Matje; Hans-Uwe Roehlinger
Original assignee: Elektroschmelzwerk Kempten Gmbh
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1999-09-16
Publication date: 2000-03-30
Also published as: DE59901823D1; PL347358A1; JP2002526265A; DE19842660A1; ES2179700T3; BR9913865A; CA2345922A1; EP1115520B1; EP1115520A1; TW475909B; CN1318000A

Abstract

Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel, dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird.

Description

Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem

Trennmittel

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel.

Die Probleme, die bei der Formgebung von Nichteisenmetallen auftreten, werden im Folgenden am Beispiel der Aluminiumformgebung dargelegt. Die Verarbeitung von Aluminiumblöcken zu Profilen erfolgt bei typischen

Verarbeitungstemperaturen von etwa 450°C mittels Strangpressen (Extrudieren) . Dabei wird ein vorgewärmter Aluminiumblock (AI- Block) mit vorzugsweisem rundem Querschnitt über einen Rezipienten (Container) mittels Preßstempel durch das formgebende Preßwerkzeug gedrückt, so zu einem Profil geformt und dann nach Verlassen abgekühlt. Der vordere Teil des Preßstempels, auch Preßscheibe genannt, muß folgende Aufgaben erfüllen : 1. Er muß den Rezipienten entgegen der Preßrichtung abdichten; 2. Er muß sich beim Zurückziehen des Preßstempels leicht vom Aluminium trennen.

Der verbleibende Al-Preßrest wird mit einem Schermesser (Preßrestschere) entfernt, bevor der nächste AI-Block zur Verarbeitung gelangt .

Aufgrund der überaus hohen Korrosion, die gängige metallische Werkstoffe gegenüber Aluminium und anderen Nichteisenmetallen bei typischen Verarbeitungstemperaturen zeigen, müssen Kontaktstellen zwischen Nichteisenmetall und der Form mit sogenannten Trennmitteln behandelt sein, damit ein störungsfreier Betrieb möglich ist.

Als gängiges Trennmittel kommt Ruß zur Trennung von Preßscheibe und AI-Block zum Einsatz; dabei wird der Ruß durch Verbrennung einer Azetylenflamme auf einer Stirnfläche des AI-Blockes abgeschieden. Dieser Vorgang muß bei jedem neuen AI-Block wiederholt werden. Zur Beschichtung der Preßrestschere werden üblicherweise Öle eingesetzt, die beim Kontakt mit dem heißen AI verdampfen und dadurch eine Trennwirkung erreichen.

Nicht nur beim Strangpressen sondern bei allen Verfahren zur Formgebung von Nichteisenmetallen wie z.B. Kokillenguß, Niederdruckguß, Druckguß, Strangguß werden Trennmittel eingesetzt .

In der Regel kommen pigmentfreie Rezepturen zum Einsatz, die auf der Basis Wasser oder Mineralöle mit Zusatzstoffen aufgebaut sind. In einigen Fällen finden auch pigmenthaltige Rezepturen von Trennstoffen Verwendung. (Siehe beispielsweise EP 810046.) Die eingesetzten Pigmente umfassen eine ganze Reihe von Feststoffen wie z.B. Graphit, MoS₂, BN oder Talkum.

Sieht man von der o.a. in situ Bildung von Ruß als Sonderfall ab, so ist allen bislang bekannten Trennmitteln gemeinsam, daß sie in Form von flüssigen Suspensionen oder Emulsionen angewendet werden müssen. Üblicherweise erfolgt deren Auftrag durch Aufsprühen auf die warmen bis sehr heißen Flächen. Bei hohen Temperaturen besteht dabei die Gefahr der Entzündung leicht flüchtiger Komponenten oder vorhandener Lösemittel oder des Verlusts des Wirkstoffs beim plötzlichen Verdampfen im Kontakt mit der heißen Oberfläche. Darüber hinaus stellen die Verdampfungsprodukte eine erhebliche Belastung für die Umgebungsluft dar, die durch die Entstehung von Zersetzungsprodukten noch erhöht wird. In aller Regel gelangen ein großer Teil der Komponenten in den Wasserkreislauf, der im Bereich der Anlagen installiert ist und müssen an dieser Stelle aufwendig beseitigt werden.

Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel zur Verfügung zu stellen, das nicht mit den genannten Problemen des Standes der Technik behaftet ist. Dabei soll die Beschichtung gleichmäßig, schnell und sparsam erfolgen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird.

Bei der zu beschichtenden Oberfläche kann es sich z.B. um die Oberfläche des formgebenden Preßwerkzeugs, z.B. der Preßscheibe oder der Preßrestschere, handeln. Prinzipiell ist es jedoch ebenso möglich, die Oberfläche des Nichteisenmetalls, die mit dem Preßstempel kontaktiert wird, zu behandeln. Da die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgetragene Trennschicht eine gute Oberflächenhaftung besitzt, wird vorzugsweise die mit dem Nichteisenmetall in Kontakt kommenden Oberflächen des formgebenden Preßwerkzeugs behandelt, da diese Behandlung frühestens nach 3 Preßzyklen wiederholt werden muß.

Es zeigte sich, daß nicht alle BN-Pulver gleichermaßen gut zur Beschichtung geeignet sind. Manche Pulver führen u.a. zu einem hohen Verbrauch, einer unregelmäßigen Beschichtung der Oberfläche, und einem Verstopfen der Düse der Auftragvorrichtung.

Eine unregelmäßige Beschichtung kann zu einem unkontrollierbaren Kleben oder Anhaften des Nichteisenmetalls an der Kontaktstelle des Nichteisenmetalls mit dem metallischen Werkstoff führen.

Vorzugsweise werden BN-Pulver eingesetzt, die eine Feinheit entsprechend einer spezifischen Oberfläche von 10-50 m²/g haben. Besonders bevorzugt haben die BN-Pulver eine spezifische Oberfläche von 10-30 m²/g, insbesondere eine spezifische Oberfläche von 10-20 m²/g.

Das Pulver besitzt ferner vorzugsweise einen Gehalt an Borsäure und Boroxiden angegeben als B₂0₃ unter 5 % besonders bevorzugt unter 0,5 %. Der Gehalt an den verschiedenen Borsäuren wie z.B. meta-, oder ortho- Borsäure und an Boroxiden wird dabei, wie im Stand der Technik üblich, nach ihrer Analyse als B₂0₃ Gehalt angegeben. Vorzugsweise ist der Feuchtegehalt des Pulvers angegeben als H₂0 Gehalt kleiner 1 %, besonders bevorzugt kleiner 0,2 %.

Insbesondere bevorzugt sind Pulver deren Schüttdichte unter 0,5 g/cm³ , insbesondere unter 0,3 g/cm³ liegt.

Insbesondere bevorzugt sind BN-Pulver, die alle genannten Parameter erfüllen.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das BN- Pulver in einem Vorlagebehälter mit einem Fluidisiergas fluidisiert. Das Fluidisiergas ist üblicherweise Preßluft. Andere inerte Gase wie z.B. N₂, Edelgase oder auch Gasgemische können ebenso verwendet werden.

Das fluidisierte BN-Pulver wird elektrostatisch aufgeladen. Dies geschieht beispielsweise, wie für Pulverlacke üblich, in einer handelsüblichen Farbspritzvorrichtung für Pulverlacke. Zur Aufladung der BN-Partikel wird vorzugsweise mit einer Spannung von 75 - 80 kV gearbeitet.

Das fluidisierte BN-Pulver wird im geladenen Zustand auf die Oberfläche aufgesprüht und beschichtet gleichmäßig die vorgesehenen Teile. Dies geschieht analog einer üblichen Pulverbeschichtung .

Vorzugsweise wird der Durchsatz an BN-Pulver durch den Fördergasdruck und die Düsengeometrie (vor allem den Düsendurchmesser) auf die jeweils zur Beschichtung geeigneten Werte eingestellt. Die Förderluft wird daher vorzugsweise mit 0,5 - 1,5 bar eingesetzt, die Fluidisierluft mit 0,3 - 0,8 bar. Die Gesamtluftmenge beträgt etwa 5 - 8 m³/Std.

Die Handhabung kann entweder manuell erfolgen - es ist jedoch ohne weiteres eine vollautomatische Durchführung des Verfahrens möglich. Durch Variation der Spannung und des Drucks läßt sich die Auftragsmenge und die Haftung regeln. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebrachten BN-Pulver eine ausreichend hohe Haftung an dem zu beschichtenden Medium (z.B. einer Preßscheibe) haben, ohne daß ein Zusatz von Bindemitteln nötig ist .

Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung von BN-Pulvern als Trennmittel bei der Formgebung von Nichteisenmetallen sowie ein Trennmittel bestehend aus BN-Pulver. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die als bevorzugt genannten BN-Pulver.

Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgte Beschichtung ist langlebiger als die herkömmliche Trennmittelbeschichtung. Sie ermöglicht eine mehrfache

Wiederholung des Strangpreßzyklus, bevor ein erneuter Auftrag erforderlich wird.

Es zeigt sich, daß die Beschichtung ebenfalls an Ecken und Kanten erfolgt und darüberhinaus um diese herum verläuft .

Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren hat sich als außerordentlich einfach, schnell und bequem in der Durchführung herausgestellt .

Zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Pulver sind in einem breiten Spektrum an Eigenschaften am Markt erhältlich.

Die Herstellung eines BN-Pulvers, das vorzugsweise für den

Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, kann auch aus handelsüblichem hexagonalen BN-Pulver erfolgen.

Sollte der Gehalt der herkömmlichen Pulver an Borsäuren und B₂0₃ zu hoch liegen, so wird der B₂0₃ Gehalt des Pulvers durch Waschen z. B. mit Wasser oder auch Alkoholen auf den gewünschten Wert eingestellt. Zu hohe Feuchtegehalte werden mittels Trocknung z.B. in üblichen Trockenschränken u.U. mit Schutzgas oder Vakuumtrocknung vermindert, um die für das erfindungsgemäße Pulver notwendigen Werte zu erreichen.

Die erfindungsgemäß notwendige Schüttdichte des BN-Pulvers wird ggf. durch Mahlung der evtl. vorbehandelten BN-Pulver eingestellt. Dabei ist vorzugsweise darauf zu achten, daß während der Mahlung keine zu starke Feuchtigkeitsaufnahme erfolgt .

Als Mahlaggregate kommen eine Reihe üblicher "trockener" Verfahren wie z.B. mittels Stiftmühlen, Rotormühlen, Kugelmühlen in verschiedenen Ausführungsformen zum Einsatz.

In Versuchen bestätigte sich die einfache Aufbringung des BN- Pulvers und die überragende Trennwirkung von BN gegenüber AI . Die Verwendung der Pulver ist nicht auf AI beschränkt; das erfindungsgemäße Auftragen von BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung ohne jegliche Bindemittel und frei von sonstigen Stoffen wie Lösemitteln ist auch für die Verarbeitung einer ganzen Reihe von anderen Nichteisenmetallen wie z. B. Cu, Zn, Mg, Pb, Sn oder deren Legierungen geeignet.

Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung von Oberflächen beim Strangpressen von Nichteisenmetallen.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Nichteisenmetallen um Cu, Zn, Mg, Pb, Sn und deren Legierungen.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Beschreibung der Erfindung: Beispiel 1;

Ein unter der Bezeichnung Sl bei Elektroschmelzwerk Kempten GmbH, München käuflich erhältliches BN-Pulver mit einer Feinheit entsprechend einer spez . Oberfläche nach BET von 14,5 m²/g, einem B₂0₃-Gehalt von 0,12 %, einer Feuchte von 0,25 % H₂0 und einer Schüttdichte von 0,55 g/cm³ (Pulver I) wurde in einer Stiftmühle mit 20 kg/Stunde Durchsatz gemahlen. Das so erhaltene Pulver (Pulver II) hatte eine spez. Oberfläche nach BET von 14,5 m²/g, einen B₂0₃-Gehalt von 0,2 %, eine Feuchte von 0,3 % und eine Schüttdichte von 0,2 g/cm³.

Pulver II wurde mittels elektrostatischer Beschichtung (Fa.

Gema) , (80 kV; 0,8 bar Förderluft eingangsseitig, 0,4 bar

Fluidisierungsluft , 5 m³/Std. Luftmenge zum Fördern) auf eine Preßscheibe eines Durchmessers von 20 cm aufgebracht. Das

Pulver schlug sich augenblicklich gleichmäßig auf der

Preßscheibe nieder. Es werden ca. 0,5 g BN-Pulver verbraucht.

Erst nach weiteren drei Strangpreßzyklen war eine erneute

Beschichtung erforderlich.

Beispiel 2 ;

Ein hexagonales BN-Pulver mit einer Feinheit entsprechend einer spezifischen Oberfläche von 6 m²/g und einem B₂0₃-Gehalt von 9 % (Pulver III) mit einer Schüttdichte zu 0,6 g/cm³ wurde in einer Kugelmühle gemahlen bis eine spezifische Oberfläche von 15m² /g erreicht war. Das so erhaltene Pulver IV wurde mehrfach mit Wasser dispergiert und ausgewaschen, bis der B₂0₃ Gehalt auf 0,1 % reduziert war. Abschließend wurde das Pulver im Vakuum bei 60 °C bis zu einer Restfeuchte von 0,2 % getrocknet und in einer Rotormühle zur Zerstörung der Agglomerate gemahlen. Mit dem so erhaltenen Pulver V (Schüttdichte 0,19 g/cm³, übrige Parameter wie genannt) wurde ein AI-Block, wie in Beispiel 1 beschrieben, elektrostatisch beschichtet. Der Verbrauch entsprach dem Wert aus Beispiel 1. Die Beschichtung war gleichmäßig und erlaubte mit der Schicht in Kontakt gekommene Preßscheiben dreimal vor einer erneuten Beschichtung zur Formgebung von AI einzusetzen.

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel, dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das BN-Pulver in einem Vorlagebehälter mit einem Fluidisiergas fluidisiert wird, das fluidisierte BN-Pulver elektrostatisch aufgeladen wird und das fluidisierte BN-Pulver im aufgeladenen Zustand auf die zu beschichtende Oberfläche aufgesprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufladung der BN-Partikel mit einer Spannung von 75 - 80 kV erfolgt .

4. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisiergas Preßluft oder ein inertes Gas ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit einem Förderluftdruck von 0,5 - 1,5 bar, einer Fluidisierluft von 0,3 - 0,8 bar und einer Gesamtluftmenge von etwa 5 - 8 m³/Std erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver eingesetzt wird, welches eine Feinheit entsprechend einer spezifischen Oberfläche von 10-50 m²/g hat.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver eingesetzt wird, das einen Gehalt an Borsäure bzw. Boroxiden angegeben als B₂0₃ unter 5 % hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver eingesetzt wird, das einen Feuchtegehalt angegeben als H₂0 Gehalt kleiner 1 % hat .

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver eingesetzt wird, das eine Schüttdichte unter 0,5 g/cm³ hat.

10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Beschichtung von Oberflächen beim Strangpressen von Nichteisenmetallen .