CZ295733B6

CZ295733B6 - Zařízení k nanášení fosfátového povlaku na výrobky

Info

Publication number: CZ295733B6
Application number: CZ19992710A
Authority: CZ
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Stockner; Heinz Fischer; Josef Hönecke
Original assignee: Voest-Alpine Austria Draht Gmbh
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2005-10-12
Also published as: EP0987350A3; EP0987350B1; ATA136398A; ES2268846T3; DE59913624D1; EP0987350A2; CZ271099A3; AT405947B

Abstract

Při nanášení fosfátového povlaku na výrobky velkých délek ze slitin na bázi železa se výrobek posouvá v podélném směru, a přitom se postupně zahřívá na zvýšenou teplotu, dále se vede zpracovávací lázní a během průchodu po dobu 1,5 až 19 sekund se jeho povrch fosfátuje působením elektrického proudu, při nastavení elektrických hodnot v závislosti na zpracovacích parametrech. Před fosfátovací jednotkou (5) napájenou elektrickým proudem je předřazeno alespoň jedno ohřívací zařízení (3). Fosfátovací jednotka (5), napájená elektrickým proudem, je opatřena trubicovou elektrodou (51), obklopující výrobek (11), a přiváděcím zařízením (52) a přepadovým zařízením (53, 54) na vtokové a výtokové straně pro fosfátovací lázeň (50).

Description

Zařízení k nanášení fosfátového povlaku na výrobky

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení k nanášení fosfátového povlaku na výrobky velkých délek ze slitin na bázi železa, zejména na výrobky z nízkolegovaných nebo nelegovaných ocelí ve tvaru drátů nebo tyčí, kde toto zařízení sestává alespoň z těchto komponent: elektrolytická fosfátovací jednotka, sušicí zařízení, přípravné zařízení, přiváděči zařízení a odváděči zařízení pro výrobky.

Dosavadní stav techniky

Nanášení fosfátových povlaků se osvědčuje již delší dobu u chemické povrchové úpravy výrobků, zejména slitin na bázi železa, jako dočasná ochrana proti korozi a jako kluzný prostředek při beztřískovém obrábění, resp. tváření za studená nebo jako příprava a součást zušlechťování povrchu, a patří ke stavu techniky. Fosfátování výrobků se přitom provádí ve fosfátovací lázni, která jako základní složky ve vodném roztoku obsahuje fosforečnany, a to většinou fosforečnany alkalických kovů nebo fosforečnan zinečnatý a oxidační prostředky urychlující reakci.

Optimálních podmínek pro tvoření povlaku se může dosáhnout přesným stanovením koncentrace fosforečnanů, typem a množstvím přidávaného prostředků urychlujících reakci, a rovněž teplotou a hodnotou pH v lázni.

Vytvořené fosfátové povlaky sestávají alespoň ze dvou vrstev, přičemž první vrstva je vrstva dobře lnoucí na výrobku, a druhá, vrchní vrstva má jen malou přilnavost. Při praktickém použití fosfátování se proto musí volit takové podmínky fosfátování, u nichž volně uložená část vrstvy bude co nejmenší. Dále se těmito podmínkami provádění fosfátování stanoví struktura fosfátové vrstvy, kde tato struktura ovlivní velkou měrou přilnavost maziva na povrchu. Pro hlazení válečkováním, pro tažení a podobné zpracování ocelových tyčí, drátů a plných profilů má dostatečná přilnavost fosfátové vrstvy a její objemová stálost během postupně následujících kroků obrábění, resp. tváření, rozhodující význam, přičemž jemná krystalická fosfátová vrstva vytváří dobrou možnost zachycení maziva, takže zabraňuje odtržení vrstvičky maziva.

K dosažení beztřískového obrábění, například tažení ocelových drátů s velkým stupněm deformace a nepatrným opotřebením nástrojů, například průvlaků, při úspoře mezioperačního žíhání, je důležité, aby povrch nástroje, jak ve svém rozsahu, tak v celé své délce, vykazoval vysokou přilnavost, rovnoměrně vytvořenou požadovanou tloušťku a jemně krystalickou povrchovou strukturu fosfátové vrstvy. Správná tloušťka fosfátové vrstvy je obzvláště důležitá, protože příliš silné vrstvy případně podstatně ovlivní tření, zejména při prvním kroku tažení, resp. při prvním tahu. Na druhé straně, příliš tenké nebo v rozsahu nástroje nerovnoměrné fosfátové vrstvy vedou k odtržení této vrstvy při tažení, čímž se může způsobit horší povrchová jakost výrobku a nepatrná trvanlivost průvlaků posledních tahů.

Je známa úprava ocelových drátů fosfátováním ponorem do roztoků a dále úprava průchozím fosfátováním, v nichž se používají hlavně zpracovací lázně na bázi fosforečnanu zinečnatého doplněné urychlovačem na bázi chlorečnanu nebo dusičnan/dusitanu. U fosfátování ponorem se do fosfátovací lázně na určitou dobu přivádějí svazky drátů, přičemž může být výhodné, když fosfátovací lázeň je umístěna do výtoku z mořímy, společně s ostatními nádržemi pro konečnou úpravu, a je včleněna do jednoho prostoru, resp. do jedné zpracovací linky. Když se přitom svazky drátů zavěšené na dopravníku ponořují do lázně v jednotlivých krocích zpracování, při automatickém programovém řízení, lze přitom dosáhnout při stejném složení lázně v podstatě stejných hmotností vrstev. U těsně navinutých svazků nebo při nepatrném pohybu lázně se však mohou vytvořit nestejné, nebo při poruchách prováděcích programu nesprávné tloušťky povlaku.

-1 CZ 295733 B6

Také je známé, ke splnění požadavků týkajících se téměř naprosto stejné tloušťky vrstev, provádět průchozí fosfátování. Přitom je však nutné používat zpracovací lázně o velké délce nebo nepatrné a zejména konstantní průchozí rychlosti nebo vysoké zpracovací teploty s většinou 5 vysokými koncentracemi urychlovacích oxidačních prostředků, což může být málo hospodárné, nebo to může být spojeno s velkými problémy při provádění tohoto typu fosfátování. Dále se při vysokém urychlení fosfátování často vytvářejí hrubé, zejména hrubě krystalické vrstvy, které mohou být nevýhodné pro následné sušení a rovněž pro máčení v mýdlovém roztoku, a zejména pro tažení oceli nebo drátu.

Pro usnadnění tváření nerezových, legovaných ocelí za studená je známo podle dokumentu DE 25 05 836-A1, že se povrchy zpracovávají katodicky v kyselém fosfátovacím roztoku, který obsahuje nějakou chelátovou sloučeninu. Přitom se nejdříve na povrch nerezové oceli pomocí elektrického proudu vylučuje zinek, a následně se ve fosfátovacím stupni vytváří účinná vrstvič15 ka maziva.

Dále je ze spisu EP 288 853 známa příprava výrobků z titanu nebo z titanových slitin, při němž se výrobky ponořují do vodného fosfátovacího roztoku obsahujícího kyselý fosforečnan zinečnatý, a na povrchu výrobku se katodickou elektrolýzou vytvoří povlak fosforečnanu zinečnatého. 20 Titan a titanové slitiny jsou chemicky odolnější než ocel, takže se na ně dají jenom obtížně nanášet vhodné nosné vrstvy pro mazivo.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je odstranění uvedených nedostatků fosfátování výrobků ze slitin na bázi železa, zejména ocelových drátů z nízkolegovaných ocelí, na něž se dá nanášet pevně lnoucí, jemně krystalický fosfátový povlak, s konstantní a volitelnou tloušťkou průřezu a se stejnou povrchovou hmotností po celé délce výrobku. Přitom by se mělo dosáhnout konstantního 30 povlaku také při rozdílných dobách zpracování a rozdílných koncentracích iontů ve zpracovací lázni. Proto je úkolem vynálezu vytvoření zařízení, kterým se dá dosáhnout uvedených fosfátových povlaků.

Uvedené nedostatky se odstraní a uvedený úkol se vyřeší zařízením k nanášení fosfátového 35 povlaku na výrobky velkých délek ze slitin na bázi železa, zejména na výrobky z nízkolegovaných nebo nelegovaných ocelí ve tvaru drátů nebo tyčí, kde toto zařízení sestává alespoň z těchto komponent: elektrolytická fosfátovací jednotka, sušicí zařízení, přípravné zařízení, přiváděči zařízení a odváděči zařízení pro výrobky, podle vynálezu, jehož podstatou je, že jednotlivé komponenty zařízení mají vždy takové provedení a uspořádání, že výrobek ve svém podélném 40 směru je posuvný skrze toto zařízení a je zpracovatelný tímto zařízením, přičemž před fosfátovací jednotkou je předřazeno alespoň jedno ohřívací zařízení pro výrobek posouvající se skrze toto zařízení, ohřívající tento výrobek na teplotu 45 °C až 120 °C, přičemž tato fosfátovací jednotka, je opatřena alespoň jednou, v podstatě trubicovou elektrodou, obklopující výrobek, a přiváděcím zařízením a přepadovým zařízením na vtokové a výtokové straně pro fosfátovací 45 lázeň nebo je v oblasti fosfátovací lázně nebo v oblasti jejího přítoku nebo odtoku, opatřena zařízením k rychlému snížení hladiny fosfátovací lázně pod úroveň výrobku.

Výhody, kterých se dosáhne tímto provedením zařízení podle vynálezu se v podstatě projevují tím, že v hospodárně provozovaném průchozím zařízení se pomocí předřazeného ohřívacího 50 zařízení pro výrobek vytvoří nej lepší podmínky pro jemné krystalické fosfátování s řízením tloušťky fosfátové vrstvy. Přitom je dále důležité, že elektrolytická jednotka obsahuje elektrodu, která obklopuje výrobek v podstatě koncentricky, takže se dosáhne téměř naprosto stejného průběhu potenciálu, resp. stejného katodového úbytku napětí na povrchu výrobku, a tím jsou dány příznivé předpoklady pro fosfátování s konstantní tvorbou tloušťky vrstvy. V této

-2CZ 295733 B6 souvislosti je také důležitý pohyb nespotřebovaného reakčního prostředku ve fosfátovací lázni, resp. udržování jeho připravenosti vzhledem k povrchu výrobku, čehož se může dosáhnout přepadovým zařízením, které zabrání otěru a úběru.

Aby se navzdory přerušení průchodu výrobku fosfátovací lázní, ovlivněného poruchami, neovlivnily přebytečné tloušťky povlaku, je výhodné, když je elektrickým proudem napájená fosfátovací jednotka, v oblasti fosfátovací lázně nebo v oblasti jejího přítoku nebo odtoku, opatřena zařízením k rychlému snížení hladiny lázně pod úroveň výrobku.

Když je dále, zejména bezprostředně před touto elektrolytickou fosfátovací jednotkou předřazena alespoň jedna, v podstatě stejně uspořádaná mořicí jednotka, je možno dosáhnout obzvláště hospodárného a bezpečného fosfátování s vysokou jakostí výroby.

Průběh povlakování může příslušně podporovat uspořádání a vytváření fosfátového povlaku na výrobku, když fosfátovací jednotka a mořicí jednotka nebo prostředek pro udržování připravenosti fosfátovacího a mořicího média jsou opatřeny regulovatelným ohřívacím zařízením.

Vzhledem k elektrickému vedení a vytváření kontaktů může zde být provedeno takové výhodné uspořádání, že trubicová elektroda mořicí jednotky a trubicová elektroda fosfátovaní jednotky má možnost spojení se záporným a kladným pólem regulovatelného zdroje stejnosměrného napětí, a že výrobek je uspořádán bez připojení, s možností provedení vždy jako anoda a katoda.

Jak pro lehké přivádění výrobku, tak pro zlepšené servisní podmínky, může být provedeno takové uspořádání, že v trubicové elektrodě, fosfátovací nebo mořicí jednotky, která v podstatě koncentricky obklopuje výrobek, jsou v osovém směru vytvořeny vždy alespoň dva miskové segmenty a alespoň část těchto miskových segmentů je provedena zdvižně nebo výkyvné.

Jako obzvláště účinné pro zabránění krátkého spojení ve fosfátovací lázni se osvědčilo, když alespoň spodní strana trubicové elektrody, resp. stejně uspořádaného miskového segmentu je opatřena otvory ve formě mříže.

Když je dále ohřívací zařízení vytvořeno jako indukčně nebo kondukčně působící zařízení, a alespoň za ohřívacím zařízením, přednostně vždy před nebo za mořicí jednotkou fosfátovací jednotky a rovněž případně sušicím zařízením, je uspořádáno zařízení na měření teploty, ke stanovení nebo regulování teploty výrobku, a když veškerá měřicí ústrojí tohoto zařízení jsou spojena s centrální regulační nebo dokumentační jednotkou, může se dosáhnout plně automatického provozu k nanášení fosfátového povlaku v nejvyšší jakosti.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude následně blíže osvětlen pomocí výkresu, kde na obr. 1 je znázorněno průchozí fosfátovací zařízení a na obr. 2 průběžné mořicí a fosfátovací zařízení v tandemovém uspořádání.

Příklady provedení vynálezu

Na obr. 1 je znázorněno zařízení podle vynálezu k nanášení fosfátového povlaku na drát, který se následně přetváří v tažném zařízení. Jednotlivé komponenty tohoto zařízení jsou zhotoveny a uspořádány pro průchod drátu. Ze zásobníku 1 tvořeného bubnem nebo svazkem drátu se mořený válcovaný drát 11 axiálně rovná v například rovnacím zařízení 2 a přivádí se do regulovatelného ohřívacího zařízení 3. Regulace ohřívacího zařízení 3 působícího na drát zejména indukčně nebo kondukčně se může provádět dále zapojeným měřicím zařízením T] na měření teploty.

-3 CZ 295733 B6

Dále zařazená fosfátovací jednotka 5 je opatřena nádrží pro fosfátovací médium 50 a má alespoň jeden přívod 52 pro toto médium. Na vtokové a výtokové straně je nádrž vybavena vždy jedním přepadovým zařízení 53, 54, jímž může být drát 11 přepravován výrazně bez tření fosfátovací lázní. Pro případ poruchy nebo pro přivádění drátu 11 se může hladina 56 fosfátovací lázně snižovat zařízením 55. Trubicová elektroda 51 v nádrži, která je provedena v segmentovém tvaru, je polohovatelná v podstatě koncentricky kolem drátu 11 a má přípoj na PLUS pól regulovatelného zdroje 8 stejnosměrného napětí, přičemž MINUS pól je spojen s kontaktním kotoučem 5Γ. Neznázorněné topné zařízení pro fosfátovací médium 50 může být uspořádáno v nádrži nebo v pohotovostní nádobě. Pomocí měřicích zařízení Tj, T_4> T_s na měření teploty, jejichž naměřené hodnoty se zejména přivádějí k regulačnímu zařízení, se mohou nastavit povrchové teploty drátu a teploty lázně.

Za fosfátovací jednotkou 5 jsou uspořádána zařízení na oplachování drátu 11, která nejsou znázorněna na obr. 1, přičemž drát 11 dále prochází sušicím zařízením 6 a rovněž případně zařízením pro máčení v mýdlovém roztoku, a je tvářen v tažné stolici 7.

Na obr. 2 je schematicky znázorněna fosfátovací jednotka 5 k nanášení fosfátového povlaku s předřazenou mořicí jednotkou 4. Mořicí jednotka 4 má podle obr. 2 principiálně stejné uspořádání jako fosfátovací jednotka 5, avšak může být uspořádána i odlišně. Přitom je důležité, protože moření probíhá ve stejné lince jako nanášení fosfátového povlaku, aby parametry pro moření byly uvedeny do souladu s koncentrací mořicí kapaliny, teplotou mořicího média a drátu, elektrolytickými podmínkami a rovněž dobou moření a rychlostí drátu. Obzvláště výhodné je přivádění proudu trubicovou elektrodou 51 ve fosfátovacím médiu 50, drátem 11 a trubicovou elektrodou 41 v mořicí kapalině při připojení elektrod na regulovatelný zdroj 8 stejnosměrného proudu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení k nanášení fosfátového povlaku na výrobky velkých délek ze slitin na bázi železa, zejména na výrobky z nízkolegovaných nebo nelegovaných ocelí ve tvaru drátů nebo tyčí, kde toto zařízení sestává alespoň z těchto komponent: elektrolytická fosfátovací jednotka, sušicí zařízení, přípravné zařízení, přiváděči zařízení a odváděči zařízení pro výrobky, vyznačující se t í m , že jednotlivé komponenty zařízení mají vždy takové provedení a uspořádání, že výrobek (11) ve svém podélném směru (Z) je posuvný skrze toto zařízení a je zpracovatelný tímto zařízením, přičemž před fosfátovací jednotkou (5) je předřazeno alespoň jedno ohřívací zařízení (3) pro výrobek (11) posouvající se skrze toto zařízení, ohřívající tento výrobek na teplotu 45 °C až 120 °C, přičemž tato fosfátovací jednotka (5) je opatřena alespoň jednou, v podstatě trubicovou elektrodou (51) obklopující výrobek (11), a přiváděcím zařízením (52) a přepadovým zařízením (53, 54) na vtokové a výtokové straně pro fosfátovací lázeň (50) neboje v oblasti fosfátovací lázně (50), nebo v oblasti jejího přítoku nebo odtoku, opatřena zařízením (55) k rychlému snížení hladiny fosfátovací lázně (56) pod úroveň výrobku (11).
2. Zařízení podle nároku 1,vyznačující se tím, že ohřívací zařízení (3) je vytvořeno jako indukčně nebo jako kondukčně působící zařízení.
3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že před ohřívacím zařízením (3) je předřazeno mechanické zařízení na odstraňování okují nebo rovnací zařízení (2) pro výrobek (11).

-4CZ 295733 B6
4. Zařízení podle nároků 1 až 3,vyznačující se tím, že před elektrolytickou fosfátovací jednotkou (5) je bezprostředně předřazena alespoň jedna, v podstatě stejně uspořádaná mořicí jednotka (4).
5. Zařízení podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že fosfátovací jednotka (5) a mořicí jednotka (4) nebo prostředky pro udržování připravenosti tekutého fosfátovacího a mořicího média jsou opatřeny regulovatelným ohřívacím zařízením.
6. Zařízení podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že trubicová elektroda (41) mořicí jednotky (4) a trubicová elektroda (51) fosfátovací jednotky (5) jsou připojitelné k zápornému a kladnému pólu regulovatelného zdroje (8) stejnosměrného napětí, přičemž výrobek je uspořádán bez připojení, s možností provedení vždy jako anoda a katoda.
7. Zařízení podle nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že v podstatě trubicová elektroda fosfátovací jednotky (5) nebo mořicí jednotky (4), koncentricky obklopující výrobek (11), je v osovém směru tvořena vždy alespoň dvěma miskovitýmí segmenty a alespoň část těchto miskovitých segmentů je provedena zdvižně nebo výkyvné, a že alespoň spodní strana trubicové elektrody, resp. stejně uspořádaný miskovitý segment, jsou opatřeny otvory nebojsou ve tvaru mříže.
8. Zařízení podle nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že alespoň za ohřívacím zařízením (3), zejména vždy před nebo za mořicí jednotkou (4) fosfátovací jednotky (5) a rovněž případně sušicím zařízením (6), je uspořádáno měřicí zařízení (Tj, T₂, T₃, T₅, T₆) na měření teploty, ke stanovení nebo regulování teploty výrobku, přičemž veškerá měřicí ústrojí tohoto zařízení jsou spojena s centrální regulační nebo dokumentační jednotkou.