DE102012214719A1

DE102012214719A1 - Verfahren zum chemischen Entgraten von Magnesium

Info

Publication number: DE102012214719A1
Application number: DE201210214719
Authority: DE
Inventors: Martin-Nikolaus Meyn; Dr. Buxbaum Gunter
Original assignee: DEBURIT CHEMICAL ENGINEERING GmbH
Current assignee: DEBURIT CHEMICAL ENGINEERING GmbH
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2014-02-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemischen Entgraten von Werkstücken aus Magnesium-Legierungen, wobei die zu bearbeitenden Teile nacheinander verschiedenen Prozesslösungen ausgesetzt werden, sowie Werkstücke, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung spezieller Lösungen zum chemischen Entgraten beziehungsweise Behandeln von Werkstücken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum chemischen Entgraten von Werkstücken aus Magnesium-Legierungen, wobei die zu bearbeitenden Teile nacheinander verschiedenen Prozesslösungen ausgesetzt werden, sowie Werkstücke, welche durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung spezieller Lösungen zum chemischen Entgraten beziehungsweise Behandeln von Werkstücken.
Leichtmetallbauteile werden häufig im Druckgussverfahren hergestellt, Derartige Bauteile aus Magnesium-Legierungen werden in vielen Bereichen eingesetzt. Es gibt kaum einen Bereich des täglichen Lebens, in dem man nicht auf Bauteile aus Druckguss stößt. Meist sind diese unscheinbar und auf den ersten Blick nicht als solche erkennbar. Druckguss kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn hohe Festigkeit, Maßhaltigkeit und Korrosionsbeständigkeit gefragt sind. Wegen der hohen Standzeiten der Druckgussformen (500000 bis 2000000 Einpressvorgänge sind beim Druckguss durchaus üblich), der kurzen Zykluszeiten, die eine hohe Produktivität gewährleisten, und der geringen erforderlichen Nachbearbeitung ist Druckguss vor allem für Großserien wirtschaftlich interessant. Bauteile aus Magnesium-Druckguss finden unter anderem Einsatz im Automobilbau, im Maschinen- und Apparatebau, in der Elektrotechnik und Elektronik sowie im Flugzeugbau.
Ebenso werden auch Magnesiumlegierungen häufig in stranggepresster oder profilgewalzter Form eingesetzt. Die Legierungen unterscheiden sich je nach Umformverfahren auf Grund der Anforderungen der Werkstoffeigenschaften in ihrer Zusammensetzung. Die am häufigsten im Druckgussverfahren eingesetzte Legierung ist unter der Bezeichnung AZ 91 in einschlägigen Tabellen gelistet. Für Bleche und Profile wird vielfach die Legierung AZ 31 eingesetzt.
Nachteilig bei allen Umformverfahren von Magnesium-Legierungs-Bauteilen ist jedoch, dass aufgrund des Herstellungsprozesses im Allgemeinen Press- und Schneidegrate sowie Späne an den Werkstücken verbleiben und die entsprechenden Fehlerstellen durch Entgraten entfernt werden müssen.
Herkömmliche Verfahren zur Entfernung dieser Grate sind größtenteils mechanische Verfahren wie Schleifen, Polieren, Sandstrahlen und elektrochemischer Abtrag (ECM). Die Qualität der hierdurch erhaltenen Werkstücke ist häufig nicht zufrieden stellend und ferner sind insbesondere die mechanischen Verfahren dahingehend von Nachteil, dass sie einen großen Personaleinsatz benötigen. Ferner sind Werkstücke mit innenliegenden Graten mit herkömmlichen Verfahren praktisch gar nicht zufrieden stellend zu bearbeiten. Ein besonderer Nachteil der bekannten Schleifverfahren, welcher insbesondere bei Magnesium und Magnesium-Legierungen auftritt, ist die hohe Feuergefahr, welche durch das entstehende feine Magnesiumpulver verursacht wird.
Ein Verfahren, welches nur einen geringen Personalaufwand bedarf und gleichzeitig auch innenliegende Grate verarbeiten kann, ist das so genannte chemische Entgraten.
Verfahren zum chemischen Entgraten von Stahlbauteilen sind allgemein bekannt, bei welchem eine Kombination aus Chromsäure und Flusssäure bzw. Fluorkieselsäuren und/oder Fluorborsäure verwendet wird. Nach heutigem Wissensstand ist der Einsatz von Chromsäure und Flusssäure sowie von Chromaten oder Fluoriden in sauren Lösungen jedoch mit hohen ökologischen Gefahren und hohen Gesundheitsrisiken verbunden. Für Magnesium-Legierungs-Werkstücke, die zunehmend technische Bedeutung erlangen, ist jedoch noch kein Verfahren zum chemischen Entgraten bekannt, welches wirtschaftlich und hochflexibel zum Entgraten von Guss-, Druckguss- und Spritzgussteilen sowie gewalzten oder gezogenen Blechen und Profilen einsetzbar ist.
In der US 3 992 234 ist für die Herstellung von Druckplatten aus Magnesium bzw. dessen Legierungen ein Ätzverfahren mit Salpetersäure und weiteren Zusätzen beschrieben. Im Unterschied zum Entgraten von Werkstücken, bei dem die Werkstückoberfläche geglättet und Grate abgetragen werden, wird bei der Herstellung von Druckplatten der Werkstoff aufgeraut und Vertiefungen werden eingeätzt.
In der DE 10 2008 042 219 werden Verfahren zur Entgratung von Werkstücken beschrieben, welche als Hauptkomponenten Aluminium, Zink und/oder Magnesium enthalten. Nachteilig an diesem Verfahren ist unter anderem die Notwendigkeit von Ultraschall zur Reinigung der Oberflächen der Werkstücke. Neben einem erhöhten apparativen Aufwand zur Bereitstellung von Ultraschall in dem bekannten Verfahren, welcher zum einen in erhöhten Kosten sowie erhöhter Raumbeanspruchung resultiert, ist auch insbesondere ein erhöhter Energieaufwand bei diesem Verfahren zu verzeichnen. Des Weiteren ist es insbesondere nachteilig, dass durch Ultraschall immer auch ein Wärmeeintrag in die verwendete Reinigungslösung erfolgt. Dadurch kommt es insbesondere zur erhöhten Verdampfung von Wasser, welches zu Konzentrationsschwankungen der Reinigungslösung führt. Um die optimale und vor allem reproduzierbare Reinigung von Werkstücken zu gewährleisten ist jedoch eine Reinigungslösung mit einer bestimmten Zusammensetzung von Vorteil. Ein weiterer Nachteil des aus der DE 10 2008 042 219 bekannten Verfahrens besteht in der notwendigen Zeit, welche das Werkstück in der der mit Ultraschall ausgestatteten Reinigungslösung verbringen muss, um die gewünschte Entgratung zu erzielen. Die dort beschriebene Zeit von 2 Minuten erlaubt es nicht beziehungsweise macht es aus wirtschaftlichen Gründen nicht sinnvoll, dass die chemische Entgratung in einem kontinuierlichen Verfahren durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellte sich daher insbesondere die Aufgabe, mindestens einen der genannten aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile der chemischen Entgratungsverfahren zu beheben. Insbesondere lag der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein effizienteres Verfahren bereitzustellen, welches vorzugsweise weniger Energie als die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren benötigt. Dabei sollen insbesondere Werkstücke erhalten werden, welche die Eigenschaften der resultierenden Werkstücke des Standes der Technik aufweisen. Des Weiteren sollte die vorliegende Erfindung vorzugsweise ein Verfahren bereitstellen, bei dem eine konstante Konzentration der Waschlösung gewährleistet wird. Damit stellte sich die vorliegende Erfindung insbesondere die Aufgabe, die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu vereinfachen und dabei mindestens vergleichbare Ergebnisse zu erzielen.
Ein Teil, vorzugsweise alle der genannten Aufgaben wurde gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum chemischen Entgraten von Werkstücken umfassend Magnesium oder Magnesium-Legierungen, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst, dass

(1) in einem ersten Verfahrensschritt das zu behandelnde Werkstück mit mindestens einer ersten wässrigen sauren Lösung mindestens einer oxidierenden Verbindung behandelt wird; und
(2) in einem zweiten Verfahrensschritt das aus Verfahrensschritt (1) resultierende Werkstück mit mindestens einer zweiten Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, behandelt wird,

Überraschenderweise wurde nur bei Magnesiumlegierungen eine deutlich vereinfachte Verfahrensweise im Hinblick auf den aufgezeigten Stand der Technik gefunden, welche wirtschaftlich und hochflexibel zum Entgraten von Magnesium- oder Magnesium-Legierungs-Werkstücken einsetzbar ist. Die Vorteile des chemischen Entgratens, wie sie in der DE 10 2008 042 219 dargelegt wurden, bleiben dabei erhalten.
Unter einem Werkstück werden gemäß der vorliegenden Erfindung insbesondere Profile, durch Druckgussverfahren erhaltene Formteile, Bleche, Gussteile, Barren, Platten, Bänder, Folien, Bolzen, Stangen, Rohre, formgegossene Formteile, geschmiedete Formteile, welche alle gegebenenfalls einer spanabhebenden Verformung unterworfen wurden, verstanden.
Unter einem Energieeintrag durch Ultraschall wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Energieeintrag von 2 bis 60 W/L, bevorzugt von 5 bis 30 W/L verstanden.
Besonders bevorzugt werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren Magnesium- oder Magnesium-Legierungs-Gusswerkstücke behandelt.
In der Technik üblich sind Werkstücke aus Magnesium-Guss-Legierungen zahlreich in der Literatur bekannt. Beispielhaft sollen Legierungen mit der Bezeichnung AZ 41 mit ca. 4% Aluminium und ca. 1% Zink und AZ 91 mit ca. 9% Aluminium und 1% Zink neben Magnesium genannt werden. Eine andere häufig benutzte Magnesium-Guss-Legierung, ZE 41, wird vorwiegend in Werkstücken für die Luftfahrttechnik eingesetzt. Sie enthält neben Magnesium ca. 4% Zink und ca. 1% Seltene Erden. Eine Auflistung ist zum Beispiel in der Veröffentlichung von A. Lohmüller et al., 15th Magnesium Automotive and User Seminar, Neue Materialien Fürth GmbH und der dort zitierten Literatur gegeben.
Bevor die Werkstücke dem ersten Behandlungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens unterworfen werden, können übliche Vorbehandlungsschritte an den Werkstücken durchgeführt werden. Hierzu gehören insbesondere die Reinigung der Oberflächen der Werkstücke von Schmutz- und/oder Ölresten. Zwischen diesen einzelnen Vorbehandlungsschritten und insbesondere vor dem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt können jeweils optional Spülvorgänge vorgesehen sein. Durch diese Spülvorgänge kann insbesondere erreicht werden, dass keine Verschleppung der jeweiligen Prozessmedien in die nächste Behandlungsstufe erfolgt, was andernfalls zu einer Schädigung der Bäder bis hin zur Unbrauchbarkeit der Bäder führen kann.
Die so gegebenenfalls vorbehandelten Werkstücke werden dann dem ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt (Verfahrensschritt 1).
Verfahrensschritt (1)
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst als einen ersten Verfahrensschritt (1) die Behandlung eines Werkstückes mit mindestens einer ersten wässrigen sauren Lösung mindestens einer oxidierenden Verbindung.
Die mindestens eine oxidierende Verbindung wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Salpetersäure, Salzen der Salpetersäure, Wasserstoffperoxid und beliebigen Mischungen davon.
Die Konzentration dieser mindestens einen oxidierenden Verbindung beträgt vorzugsweise 0,10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,50 bis 20 Gew.-%, jeweils bezogen auf das im Verfahrensschritt (1) verwendete Behandlungsbad.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Salpetersäure besonders bevorzugt.
Die Verwendung von verdünnter Salpetersäure in einem Konzentrationsbereich von insbesondere 0,10 bis 30,00 Gew.-%, vorzugsweise 0,50 bis 20,00 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad, ist hinsichtlich der chemischen Entgratung von Druckgussteilen besonders bevorzugt.
Das Behandlungsbad, welches in Verfahrensschritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, kann darüber hinaus noch weitere Zusätze enthalten.
Bevorzugt wird der Verfahrensschritt (1) zusätzlich in Gegenwart mindestens eines oberflächenaktiven Stoffes durchgeführt. Dieser oberflächenaktive Stoff kann vorzugsweise in einer Menge von 0,01 bis 5 g/L, besonders bevorzugt 0,02 bis 3,5 g/L, ganz besonders bevorzugt 0,02 bis 3,00 g/L, weiterhin bevorzugt 0,02 bis 2,00 g/L, jeweils bezogen auf das im Verfahrensschritt (1) verwendete Behandlungsbad, verwendet werden.
Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn als oberflächenaktive Stoffe Tenside aus der Gruppe der Polyoxyethylenether mit 2 bis 10 Ethylenoxideinheiten verwendet werden.
Ebenso bevorzugt wird der Verfahrensschritt (1) zusätzlich in Gegenwart mindestens eines Komplexbildners durchgeführt. Der Komplexbildner wird vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus den Tartraten und Zitraten. Insbesondere kann Zitronensäure-Monohydrat verwendet werden.
Die Arbeitstemperatur des Bades im Verfahrensschritt (1) kann in weiten Bereichen variieren. Üblicherweise wird der Verfahrensschritt (1) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Raumtemperatur durchgeführt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Verfahrensschritt (1) jedoch auch bei Temperaturen in einem Bereich von 10 bis 40°C durchgeführt werden. Da die Reaktion exotherm ist, kann es vorteilhaft sein, eine Kühlung des Bades vorzusehen.
Die Konzentration der Salpetersäure ist auf die Art der Legierung abzustimmen. Der Fachmann kann durch wenige Versuche die geeigneten Konzentrationsbereiche ermitteln. Die in den Ausführungsbeispielen angegebenen Konzentrationen sind für die angegebenen Legierungen gut geeignet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, dass für die chemische Entgratung eines Magnesium-Legierungs-Druckgusswerkstückes, welches 5 bis 13% Aluminium, besonders bevorzugt 7 bis 11% Aluminium, ganz besonders bevorzugt etwa 9% Aluminium umfasst, weiterhin bevorzugt aus der Legierung AZ 91 besteht, die Verwendung von verdünnter Salpetersäure in einem Konzentrationsbereich von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,5 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf das Behandlungsbad des ersten Verfahrensschrittes, im Behandlungsbad des ersten Verfahrensschrittes vorteilhaft ist.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise festgestellt, dass für die chemische Entgratung eines Magnesium-Legierungs-Druckgusswerkstückes, welches 1 bis 5% Aluminium, besonders bevorzugt 2 bis 4% Aluminium umfasst, weiterhin bevorzugt aus der Legierung AZ 31 besteht, die Verwendung von verdünnter Salpetersäure in einem Konzentrationsbereich von 10 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 12 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt von 13 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Behandlungsbad des ersten Verfahrensschrittes, im Behandlungsbad des ersten Verfahrensschrittes vorteilhaft ist.
Verfahrensschritt (2)
Im zweiten Verfahrensschritt wird das Werkstück vorzugsweise nach Zwischenspülen mit Wasser bei schwach alkalischem pH-Wert, insbesondere zwischen 9 und 12 von anhaftenden Verbindungen des Magnesiums und/oder der weiteren Legierungsbestandteile, die sich im Verfahrensschritt 1 gebildet haben, befreit.
Dazu wird das aus Verfahrensschritt (1) resultierende Werkstück mit mindestens einer zweiten Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung behandelt.
Besonders bevorzugt wird die mindestens eine Builderverbindung ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Natriumsuccindiimid, Salzen der Polyasparaginsäure und beliebigen Mischungen davon.
Die Konzentration der mindestens einen Builderverbindung im Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahresn beträgt bevorzugt 1 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes.
Darüber hinaus kann das zweite Behandlungsbad weitere Zusätze umfassen. Besonders bevorzugt umfasst das zweite Behandlungsbad mindestens ein oberflächenaktives Mittel. Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn als oberflächenaktive Stoffe Tenside aus der Gruppe der Polyoxyethylenether mit 2 bis 10 Ethylenoxideinheiten verwendet werden.
Die Konzentration dieses mindestens einen oberflächenaktiven Mittels in dem Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,001 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes.
Ebenso ist es bevorzugt kann das zweite Behandlungsbad des Weiteren mindestens einen ethoxylierten Fettalkohol umfassen. Besonders bevorzugt ist dieser linear. Ebenso bevorzugt umfasst der Fettalkohol 5 bis 20 Kohlenstoffatome, besonders bevorzugt 10 bis 15 Kohlenstoffatome, ganz besonders bevorzugt 12 bis 14 Kohlenstoffatome.
Die Konzentration dieses mindestens einen ethoxylierten Fettalkohols in dem Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt vorzugsweise 0,001 bis 1 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,09 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 0,015 bis 0,500 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Behandlungsbad des zweiten Verfahrensschrittes.
Die Arbeitstemperatur des Bades in Verfahrensschritt (2) kann in weitern Bereich variieren. Bevorzugt wird der Verfahrensschritt (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Raumtemperatur durchgeführt. Dies ist insbesondere bevorzugt, weil dadurch zusätzlich Konzentrationsschwankungen in dem Bad des zweiten Verfahrensschrittes durch Verdunstung des Lösungsmittels vermieden werden können. In einer anderen Ausführungsform kann der verfahrensschritt (2) auch bei Temperaturen in einem Bereich von 10 bis 60°C durchgeführt werden.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren gleiche, vorzugsweise bessere Ergebnisse erzielt werden können als bei einem Verfahren, bei dem im zweiten Verfahrensschritt ein Energieeintrag durch Ultraschall erfolgt. Insbesondere hat sich herausgestellt, dass unter den gleichen Bedingungen, nicht mehr Abtrag vom behandelten Werkstück ohne die Verwendung von Ultraschall im zweiten Verfahrensschritt erfolgt als unter Verwendung von Ultraschall.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass die Behandlung der Werkstücke im zweiten Verfahrensschritt in einer kürzeren Zeit mit einem besseren Abtrag erfolgen kann als in den bekannten Verfahren. Dadurch ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere seine Durchführung In einem kontinuierlichen Prozess. Ebenso kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem kontinuierlichen Verfahren der Magnesium-Halbzeugindustrie (Band/Profile), welches vorzugsweise ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Walzen (insbesondere Herstellen von Barren, Platten, Blechen, Bändern und/oder Folien), Pressen (insbesondere Herstellen von Bolzen, Stangen, Rohren und/oder Profilen), Formgießen, Schmieden und Drahtziehen integriert werden. Ganz besonders bevorzugt kann das erfindungsgemäße Verfahren in einem kontinuierlichen Verfahren des Walzens integriert werden.
Bevorzugt beträgt die Behandlungszeit des Werkstückes im zweiten Verfahrensschritt weniger als 2 Minuten, besonders bevorzugt weniger als 1 Minute und 30 Sekunden, ganz besonders bevorzugt weniger als 1 Minute und 10 Sekunden.
Im Anschluss an den Verfahrensschritt (2) können die Werkstücke noch beliebigen Veredlungsschritten unterworfen werden.
Die Behandlung in den einzelnen Verfahrensstufen, insbesondere der Verfahrensschritte (1) und (2), erfolgt zweckmäßigerweise in getrennten Tauchbädern, wobei Kleinteile als Schüttgut in Trommeln bearbeitet werden können, sofern sie nicht zum Veriegeln oder gegenseitiger Beschädigung neigen. Empfindliche und größere Teile können in Körben oder an individuellen Haltemitteln gehaltert bearbeitet werden. Durch lange Bohrungen kann die Badflüssigkeit durchgepumpt werden, während Drähte, Bänder und Ketten zweckmäßig im Durchzugverfahren behandelt werden können. Sehr große Teile können durch Berieseln bearbeitet werden.
Darüber hinaus ist es möglich, die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch insbesondere die Verfahrensschritte (1) und (2) des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einem Behälter durchzuführen, in welchem die Werkstücke zunächst mit der ersten Behandlungslösung für eine gewisse Zeit beaufschlagt werden, dann die erste Behandlungslösung entfernt wird, die Werkstücke gegebenenfalls gespült werden und schließlich mit der zweiten Behandlungslösung beaufschlagt werden. Nach dem Entfernen der zweiten Behandlungslösung aus der Kammer können dann die entgrateten Werkstücke gegebenenfalls einem weiteren Spülvorgang unterworfen werden und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Werkstücke weiteren Behandlungsschritten als den Verfahrensschritten (1) und (2) unterworfen werden. Damit besteht das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere nur aus den Verfahrensschritten (1) und (2), insbesondere ohne weitere Spül-, Vorbehandlungs- und/oder Veredelungsschritte.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen Werkstücke.
Weitere Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer wässrigen sauren Lösung gemäß der oben stehenden Definition zum chemischen Entgraten von Magnesium- oder Magnesium-Legierungs-Gusswerkstücken.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung einer Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, gemäß der oben stehenden Definition zum Reinigen von Magnesium- oder Magnesium-Legierungs-Gusswerkstücken, welche einer chemischen Entgratung unterworfen wurden.
Als Methode zur Ermittlung der optimalen Zusammensetzung der Bäder ist vorzugsweise folgende Methode geeignet:
Eine saubere Blech-Platte des Werkstoffes mit einer Oberfläche von ca. 1 dm² wird für eine definierte Zeit den beiden Stufen des Verfahrens bei vorgewählter Temperatur unterworfen, gespült und durch Anblasen mit Luft getrocknet. Der Gewichtsverlust wird bestimmt und die Oberflächengüte optisch beurteilt. Auf Grund der einfachen Geometrie kann exakt der Flächenabtrag pro cm² bei der Entgratung bestimmt werden. Dieser Wert ist bei der technischen Anwendung von Wichtigkeit.
Beispiele
In den nachfolgenden Beispielen wird die Erfindung näher erläutert, ohne sie jedoch einzuschränken:
Beispiel 1
Entgraten eines Druckguss-Werkstückes aus AZ 91 (ca. 9% Al, ca. 0,6% Zn, ca. 0,25% Mn)
Vom Maschinen-fallenden Werkstück (Kfz-Scheinwerfergehäuse) mit deutlich sichtbaren und fühlbaren Graten sowie innenliegenden ”Flattergraten” wurde oberflächlich anhaftender Schmutz abgewaschen und trockengeblasen. Das Einsatzgewicht betrug 99,23 g. Folgende Behandlung wurde durchgeführt:
Folgendes Konzentrat wurde gemischt:

HNO₃ 20%ig 147,5 g

Harnstoff 6,5 g

Zitronensäure-Monohydrat 8,6 g

Diethylenglykolmonoethylether 8,2 g

Linearer Fettalkohol C12-C14 Ethoxyliert 0,35 g

Vollentsalztes Wasser 329,0 g
Das Arbeitsbad wurde folgendermaßen hergestellt:

Vollentsalztes Wasser 1426,7 g

H₂O₂ techn. 35% 270,2 g

Obiges Konzentrat 330,6 g

wurden vermischt. Das Werkstück wurde für 5 Minuten in das gerührte Arbeitsbad bei Raumtemperatur gehängt. Danach wurde mit Wasser gespült und mit folgendem Cleaner bei Raumtemperatur behandelt:

Vollentsalztes Wasser 3830 g

Na-Succindiimid (34% in H₂O) 1490 g

Diethylenglykolmonoethylether 76,7 g

Linearer Fettalkohol C12-C14 Ethoxyliert 3,3 g

werden vermischt. Das Werkstück wird in das gerührte Bad 1 Minute eingetaucht, danach mit vollentsalztem Wasser gespült.
Nach letzter Spülung mit vollentsalztem Wasser und anschließender Trocknung waren keine sichtbaren oder fühlbaren Grate feststellbar. Die Oberfläche des Werkstückes zeigte nahezu Spiegelglanz. Das Gewicht betrug 95,21 g, was einem Abtrag von 4,02 g entspricht.
Beispiel 2
Entgraten eines gewalzten Bleches aus AZ 31 (ca. 3% Al, ca. 1% Zn, ca. 0,2% Mn)
Aus industriell hergestelltem gewalztem 2,75 mm dickem Blech wurden mittels einer Schlagschere Platten in der Größe 5 × 10 cm (entsprechend 1 dm² Oberfläche) geschnitten und mit einer Bohrung von ca. 3 mm zur besseren Handhabung versehen. Die Kanten wiesen deutlich sichtbare und fühlbare Grate auf. Die Oberfläche war mechanisch gereinigt und gebürstet. Auf Grund der einfachen Geometrie kann exakt der Flächenabtrag pro cm² bei der Entgratung bestimmt werden. Dieser Wert ist bei der technischen Anwendung von Wichtigkeit. Die Platte wurde mit einer wässrigen Tensidlösung gereinigt, gespült und folgender Behandlung unterzogen:
Folgendes Konzentrat wurde gemischt:

HNO₃ 20%ig 76,5 g

Harnstoff 3,5 g

Zitronensäure-Monohydrat 3,5 g

Diethylenglykolmonoethylether 5,3 g

Linearer Fettalkohol C12-C14 Ethoxyliert 0,23 g

Vollentsalztes Wasser 250,0 g
Das Arbeitsbad wurde gemischt:

Vollentsalztes Wasser 398,2 g

H₂O₂ techn. 35% 29,4 g

Obiges Konzentrat 28,9 g

HNO₃ 65%ig 141,5 g
Das Blech wurde für 1 Minute bei Raumtemperatur in das gerührte Arbeitsbad gehängt und danach mit Wasser gespült und mit folgendem Cleaner bei Raumtemperatur behandelt:

Vollentsalztes Wasser 3830 g

Na-Succindiimid (34% in H₂O) 1490 g

Diethylenglykolmonoethylether 76,7 g

Linearer Fettalkohol C12-C14 Ethoxyliert 3,3 g

werden vermischt. Das Werkstück wird in das gerührte Bad 1 Minute eingetaucht, danach mit vollentsalztem Wasser gespült.
Nach letzter Spülung mit demineralisiertem Wasser und anschließender Trocknung waren keine sichtbaren oder fühlbaren Grate feststellbar. Die Oberfläche des Werkstückes zeigte keine Spuren der mechanischen Reinigung mehr und wies nahezu Spiegelglanz auf.
Der Gewichtsverlust durch den Entgratungsprozess betrug 1,1 g bei einem Ausgangsgewicht des Prüfbleches von 24,45 g.
Beispiel 3

Es wurde wie in Beispiel 2 verfahren mit folgenden Abweichungen:
Das Blech wurde in beiden Behandlungsschritten jeweils 30 Sekunden bei Raumtemperatur behandelt, nach jedem Schritt gespült, getrocknet und auf einer Analysenwaage gewogen. Als dritter Schritt wurde eine zusätzliche Ultraschallreinigung mit 30 Sekunden Dauer durchgeführt, wie sie in der DE 10 2008 042 219 beschrieben wurde. Die Gewichte des Bleches und des Abtragens sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

	Ausgangsgewicht	Nach Behandlung	Abtrag	Zeit
Schritt 1	24,5008 g	23,6876 g	0,8132 g	30 sek.
Schritt 2	23,6876 g	23,5643 g	0,1233 g	30 sek.
Ultraschallbehandlung (Vergleichsbeispiel)	23,5643 g	23,5643 g	0,0000 g	30 sek.

Ebenso wie in Beispiel 2 waren keine sichtbaren oder fühlbaren Grate feststellbar. Die Oberfläche des Werkstückes zeigte keine Spuren der mechanischen Reinigung mehr und wies nahezu Spiegelglanz auf. Die Ergebnisse zeigen, dass durch die Ultraschallbehandlung keine zusätzlicher Abtrag mehr erkennbar war. Dies zeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren Werkstücke erhalten werden, die insbesondere die Eigenschaften der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren aufweisen, jedoch ohne Ultraschallbehandlung erhalten werden können. Dies stellt eine erhebliche Verfahrensvereinfachung dar.
Beispiel 4
Entgraten eines gewalzten Bleches aus AZ 31 (ca. 3% Al, ca. 1% Zn, ca. 0,2% Mn)

Aus industriell hergestelltem gewalztem 2,75 mm dickem Blech wurden mittels einer Schlagschere Platten in der Größe 5 × 10 cm (entsprechend 1 dm² Oberfläche) geschnitten und mit einer Bohrung von ca. 3 mm zur besseren Handhabung versehen. Die Kanten wiesen deutlich sichtbare und fühlbare Grate auf. Die Oberfläche war mechanisch gereinigt und gebürstet. Auf Grund der einfachen Geometrie kann exakt der Flächenabtrag pro cm² bei der Entgratung bestimmt werden. Dieser Wert ist bei der technischen Anwendung von Wichtigkeit. Die Platte wurde mit einer wässrigen Tensidlösung gereinigt, gespült und folgender Behandlung unterzogen:
Folgendes Konzentrat wurde gemischt

	Zusammensetzung (Gew.-%)
Vollentsalztes Wasser	46,2%
HNO₃ 65%ig	7,6%
Harnstoff	2,6%
Zitronensäure-Monohydrat	15,5%
Diethylenglycolmonoethylether	28,0%
Linearer Fettalkohol C12-C14 ethoxyliert	0,1%

Das Konzentrat wies einen pH-Wert bei Raumtemperatur von 0 auf.
Das Arbeitsbad wurde gemischt:

Leitungswasser 75 L

HNO₃ 65%ig 15 L

Obiges Konzentrat 5 L

H₂O₂ techn. 35% 5 L
Das Blech (1 dm²) wurde zunächst gewogen, im Anschluss bei Raumtemperatur in das gerührte Arbeitsbad für die angegebene Zeit gehängt, mit Wasser gespült und anschließend nochmals gewogen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Ausgangsgewicht Eingangsgewicht Abtrag Behandlungszeit

Obiges Arbeitsbad 15,20 g 14,20 g 1,00 g 30 s

Obiges Arbeitsbad + 0,3 L H₂O 24,45 g 23,44 g 1,01 g 60 s
Anschließend wurde das Blech mit dem folgenden Cleaner bei Raumtemperatur behandelt:

Vollentsalztes Wasser 3830 g

Na-Succindiimid (34% in H₂O) 54 g

Diethylenglykolmonoethylether 0,05 g

Linearer Fettalkohol C12-C14 Ethoxyliert 0,001 g
Das Werkstück wurde für 1 Minute in das gerührte Bad getaucht und anschließend mit vollentsalztem Wasser gespült.
Nach letzter Spülung mit demineralisiertem Wasser und anschließender Trocknung waren keine sichtbaren oder fühlbaren Grate feststellbar. Die Oberfläche des Werkstückes zeigte keine Spuren der mechanischen Reinigung mehr und wies nahezu Spiegelglanz auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 3992234 [0008]
DE 102008042219 [0009, 0009, 0012, 0061]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. Lohmüller et al., 15th Magnesium Automotive and User Seminar, Neue Materialien Fürth GmbH [0016]

Claims

Verfahren zum chemischen Entgraten von Werkstücken umfassend Magnesium oder Magnesium-Legierungen, wobei das Verfahren die Verfahrensschritte umfasst, dass (1) in einem ersten Verfahrensschritt das zu behandelnde Werkstück mit mindestens einer ersten wässrigen sauren Lösung mindestens einer oxidierenden Verbindung behandelt wird; und (2) in einem zweiten Verfahrensschritt das aus Verfahrensschritt (1) resultierende Werkstück mit mindestens einer zweiten Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verfahrensschritt in Abwesenheit von einem Energieeintrag durch Ultraschall durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Verfahren Magnesium- oder Magnesium-Legierungs-Gusswerkstücke behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine oxidierende Verbindung des Verfahrensschrittes (1) ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Salpetersäure, Salzen der Salpetersäure, Wasserstoffperoxid und beliebigen Mischungen davon.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der mindestens einen oxidierbaren Verbindung 0,1 bis 30,0 Gew.-%, bezogen auf das Behandlungsbad des ersten Verfahrensschrittes beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (1) zusätzlich in Gegenwart mindestens eines oberflächenaktiven Stoffes durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt (1) zusätzlich in Gegenwart mindestens eines Komplexbildners durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in ein kontinuierliches Verfahren der Magnesium-Halbzeugindustrie, welches ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus Walzen, Pressen, Formgießen, Schmieden und Drahtziehen, integriert ist.
Werkstück, erhältlich durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
Verwendung einer wässrigen sauren Lösung gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 7 zum chemischen Entgraten von Magnesium- oder Magnesium-Legierungs-Gusswerkstücken.
Verwendung einer Lösung, umfassend mindestens eine Builderverbindung, gemäß der Definition in einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Reinigen von Magnesium- oder Magnesium-Legierungs-Gusswerkstücken, welche einer chemischen Entgratung unterworfen wurden.