DE19842660A1 - Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel - Google Patents
Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem TrennmittelInfo
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Abstract
Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel, dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird.
Description
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 (Al-
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 Al-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 Al-Block zum Einsatz; dabei wird der Ruß durch Verbrennung
einer Azetylenflamme auf einer Stirnfläche des Al-Blockes
abgeschieden. Dieser Vorgang muß bei jedem neuen Al-Block
wiederholt werden.
Zur Beschichtung der Preßrestschere werden üblicherweise Öle
eingesetzt, die beim Kontakt mit dem heißen Al 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, US 92943405.) 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 unkontrollier
baren 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
bzw. Boroxiden angegeben als B2O3 unter 5% besonders bevorzugt
unter 0,5%.
Vorzugsweise ist der Feuchtegehalt des Pulvers angegeben als H2O
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 B2O3 zu hoch
liegen, so wird der B2O3 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 Al.
Die Verwendung der Pulver ist nicht auf Al 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 Nichteisenmetallen wie z. B.
Cu, Zn, Mg, Pb, Sn oder deren Legierungen geeignet.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Beschreibung der
Erfindung:
Ein unter der Bezeichnung S1 bei Elektroschmelzwerk Kempten
GmbH, München käuflich erhältliches BN-Pulver mit einer
Feinheit entsprechend einer spez. Oberfläche nach BET von 14,5
m2/g, einem B2O3-Gehalt von 0,12%, einer Feuchte von 0,25% H2O
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 B2O3-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.
Ein hexagonales BN-Pulver mit einer Feinheit entsprechend einer
spezifischen Oberfläche von 6 m2/g und einem B2O3-Gehalt von 9%
(Pulver III) mit einer Schüttdichte zu 0,6 g/cm3 wurde in einer
Kugelmühle gemahlen bis eine spezifische Oberfläche von 15 m2/g
erreicht war. Das so erhaltene Pulver IV wurde mehrfach mit
Wasser dispergiert und ausgewaschen, bis der B2O3 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 Al-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 Al einzusetzen.
Claims (10)
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 B2O3 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 H2O 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. Trennmittel bestehend aus BN-Pulver.
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