DE19844391C2 - Verfahren zur Vorbereitung von Werkstücken für die Kaltumformung - Google Patents
Verfahren zur Vorbereitung von Werkstücken für die KaltumformungInfo
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- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung von
phosphatierbaren Werkstücken für die spanlose Kaltumformung
durch saures Beizen, Spülen, Trocknen und Behandeln mit sauren,
Phosphationen enthaltenden Reaktionsschmiermitteln.
Saure Reaktionsschmiermittel besitzen einen öligen Charakter
und zeichnen sich dadurch aus, daß sie neben einem organischen
Gleitmittel Bestandteile enthalten, die zur Ausbildung eines
Konversionsüberzuges auf der Oberfläche des umzuformenden
Werkstückes befähigt sind (US-A-3 525 651, US-A-2 739 915,
DE-B-21 02 295, EP-A-24 062, EP-A-25 236). Die in der Praxis
mit Abstand wichtigsten Reaktionsschmiermittel enthalten als
den Konversionsüberzug bildende Komponente Phosphorsäure oder
Zinkphosphat. In Gegenwart von Phosphorsäure entstehen bei der
Behandlung der umzuformenden Werkstücke im wesentlichen
Eisenphosphatschichten, bei Verwendung von Zinkphosphat
enthaltenden Reaktionsschmiermitteln Konversionsschichten aus
Zinkphosphat bzw. Zinkeisenphosphat. Die in der Regel im
Tauchen applizierten Reaktionsschmiermittel erzeugen auf der
Oberfläche des Werkstückes einen festverwachsenen
Konversionsüberzug, der gewährleistet, daß bei der Umformung
ein hohes Maß an Trennung von Werkstück und Umformwerkzeug
erfolgt, andererseits eine feste Bindung des organischen
Gleitmittels auf der Werkstückoberfläche gegeben ist.
Die ersten Behandlungsstufen für die übliche Vorbereitung von
Werkstücken, insbesondere von Rohren, besteht aus dem
Blankglühen unter Schutzgas bei ca. 920°C, dem anschließenden
Beizen in Salzsäure oder Schwefelsäure und einer gegebenenfalls
mehrstufigen Wasserspülung. Die sich üblicherweise
anschließende Weiterbehandlung der Werkstücke vor dem In-
Kontakt-Bringen mit dem Reaktionsschmiermittel erfolgt durch
Trocknung, gegebenenfalls nach erneuter Spülung mit einer
alkalischen Lösung eines Rostschutzmittels, wie Borax, Soda,
Nitrit, Phosphat oder Natronlauge bzw. Mischungen hiervon. Die
Trocknung ist erforderlich, da saure Reaktionsschmiermittel
empfindlich auf einen ständigen Wassereintrag reagieren.
Sowohl die bloße Trocknung, wie auch die Trocknung mit
vorheriger Spülung mit Rostschutzmittellösungen ist im Hinblick
auf die folgende Behandlung mit dem sauren
Reaktionsschmiermittel nachteilig. Die bloße Trocknung ist mit
einem Rostbefall verbunden, der sich auf die Phosphatierbarkeit
des Werkstückes nachteilig auswirkt, indem die erforderliche
Dichte und Haftfestigkeit der gebildeten Phosphatschicht nicht
gewährleistet ist. Die vor der Trocknung praktizierte Spülung
mit einer Lösung alkalischer Rostschutzmittel ist mit einer
beträchtlichen Salzeinschleppung in das saure
Reaktionsschmiermitte verbunden, was einerseits zu einer
erheblichen Schlammbildung und andererseits zur Verminderung
der Funktionsfähigkeit wegen ständigen Eintrags alkalischer
Substanzen führt. Darüber hinaus ist die Schichtausbilung
behindert, da saure Reaktionsschmiermittel die alkalische
Werkstückoberfläche nur ungleichmäßig anbeizen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vorbereitung
von phosphatierbaren Werkstücken für die spanlose Kaltumformung
unter Einsatz saurer Reaktionsschmiermittel bereitzustellen,
das die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, bei dem die
Werkstücke in die Verfahrensstufe der Behandlung mit dem sauren
Reaktionsschmiermittel in rostfreiem Zustand eingeführt werden
und bei dem eine einwandfreie Einwirkung des sauren
Reaktionsschmiermittels ohne dessen nachteilige
Beeinträchtigung erreichbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst, in dem das Verfahren der eingangs
genannten Art entsprechend der Erfindung in der Weise
ausgestaltet wird, daß man die Werkstücke vor dem Trocknen mit
einer Lösung spült, die Milchsäure enthält und einen pH-Wert
unterhalb 3 aufweist.
Für die Kaltumformung bestimmte phosphatierbare Werkstücke
bestehen insbesondere aus Stahl in Form von. Draht, Rohr,
Profilen, Ronden etc., die durch Ziehen, Kaltfließpressen,
Walzen etc. umgeformt werden.
Durch die Spülung mit der Milchsäure enthaltenden Lösung
entsteht auf der Werkstückoberfläche eine aus Eisenlactat
gebildete Schicht, die durch eine violette Farbe erkennbar ist.
Diese Schicht ist nicht nur rostschützend, sondern wirkt auf
die Schichtbildung bei der Behandlung mit dem sauren
Reaktionsschmiermittel aktivierend.
Zwar ist es aus DE-B-21 03 086 bekannt, Werkstücke nach einer
alkalischen Reinigung und vor der Phosphatierung mit
anschließender Elektrotauchlackierung bei einer Temperatur
unterhalb 60°C mit einer wässrigen Lösung, deren pH-Wert mit
Milchsäure auf 4 bis 5,5 eingestellt ist und die nichtionisches
Tensid enthält, in Berührung zu bringen. Jedoch wird darin von
einer Behandlung in der Weise, daß Lactatschichten gebildet
werden, unter Hinweis auf eine mögliche Beeinträchtigung bei
der anschließenden Aufbringung der Phosphatschicht gewarnt.
Infolge der in diesem Dokument ausgesprochenen Warnung vor
einer Arbeitsweise, die die Ausbildung einer Lactatschicht zur
Folge hat, war in keiner Weise zu erwarten, daß sich eine
derartige Eisenlactatschicht nicht nur bezüglich des
Korrosionsschutzes, insbesondere aber im Hinblick auf die
anschließende Behandlung mit dem sauren Reaktionsschmiermittel
positiv auswirkt.
Die Einstellung des pH-Wertes unterhalb 3 kann allein mit
Milchsäure erfolgen. Aus Kostengründen ist es jedoch
zweckmäßig, zur Einstellung des pH-Wertes zusätzlich
Phosphorsäure und/oder Schwefelsäure zu verwenden. Hierbei ist
entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
Phosphorsäure bevorzugt, da das abschließend aufgebrachte
Reaktionsschmiermittel Phosphationen enthält und mithin die mit
Spüllösung unvermeidbar eingetragenen, von der Phosphorsäure
stammenden Phosphationen nicht artfremd sind.
Demzufolge sieht bei Mitverwendung von Phosphorsäure und/oder
Schwefelsäure eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
vor, die Werkstücke mit einer Lösung zu spülen, die 1 bis 50 g/l
Milchsäure enthält. Obgleich auch eine
Milchsäurekonzentration außerhalb des bevorzugten Bereiches zu
brauchbaren Lactatschichten führt, ergeben
Milchsäurekonzentrationen im bevorzugten Bereich
Lactatschichten, die hinsichtlich Korrosionsschutz und
Aktivierung der Schmierschichtausbildung besonders vorteilhaft
sind.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht
darin, die Werkstücke mit einer Lösung zu spülen, die
Milchsäure und Phosphorsäure in einem Gewichtsverhältnis von
1 : 9 bis 9 : 1 enthält. Diese Ausgestaltung ist unter
Berücksichtigung sowohl der Schichtqualität als auch der
Kostensituation besonders vorteilhaft.
Die Spülung mit der Milchsäure enthaltenden Lösung kann mit
einer Lösungstemperatur von 20 bis 90°C erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung empfiehlt es sich, die Werkstücke mit einer Lösung
einer Temperatur von 60 bis 80°C zu spülen.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher
erläutert.
Unter Schutzgas bei ca. 920°C blankgeglühte Rohre der
Stahlqualität St34/2 wurden zunächst in einer Beizlösung von
50°C, enthaltend
150 g/l Schwefelsäure,
60 g/l Eisen II
für die Dauer von 15 min. gebeizt und anschließend in zwei Stufen mit kaskadenartig geführtem Spülwasser gespült.
150 g/l Schwefelsäure,
60 g/l Eisen II
für die Dauer von 15 min. gebeizt und anschließend in zwei Stufen mit kaskadenartig geführtem Spülwasser gespült.
Anschließend wurden die noch nassen Rohre entsprechend der
Erfindung mit einer Lösung gespült, die
10 g/l Milchsäure,
20 g/l Phosphorsäure
enthielt und einen pH-Wert von < 3 aufwies. Es betrugen die Temperatur der Spüllösung 70°C und die Spüldauer 3 min. Anschließend wurden die Rohre an der Luft antrocknen gelassen und mit der anhaftenden Restfeuchte in konventioneller Weise mit einem sauren, Phosphationen enthaltenden Reaktionsschmiermittel behandelt und durch Rohrzug umgeformt.
10 g/l Milchsäure,
20 g/l Phosphorsäure
enthielt und einen pH-Wert von < 3 aufwies. Es betrugen die Temperatur der Spüllösung 70°C und die Spüldauer 3 min. Anschließend wurden die Rohre an der Luft antrocknen gelassen und mit der anhaftenden Restfeuchte in konventioneller Weise mit einem sauren, Phosphationen enthaltenden Reaktionsschmiermittel behandelt und durch Rohrzug umgeformt.
Die nach der Spülung angetrockneten Rohre zeigten keinerlei
Rostbefall und besaßen eine Eisenoxid enthaltende Lactatschicht
von blauviolettem Aussehen. Die sich anschließende Behandlung
mit dem Reaktionsschmiermittel führte zu einwandfreien
Schmiermittelschichten. Eine irgendwie geartete
Beeinträchtigung des Reaktionsschmiermittels erfolgte nicht.
Zum Vergleich wurden Rohre gleicher Qualität dem vorstehend
beschriebenen Verfahrensgang unterworfen, jedoch erfolgte
anstelle der Spülung mit der Milchsäure enthaltenden Lösung
eine dritte Spülung mit warmem Wasser.
Nach Antrocknung der Rohre zeigte sich ein beträchtlicher
Rostbefall, der bei der anschließenden Behandlung mit dem
gleichen Reaktionsschmiermittel für eine ungleichmäßige
Phosphatschichtausbildung hinsichtlich Dichte und
Haftfestigkeit verantwortlich war.
Claims (5)
1. Verfahren zur Vorbereitung von phosphatierbaren Werkstücken
für die spanlose Kaltumformung durch saures Beizen, Spülen,
Trocknen und Behandeln mit sauren, Phosphationen
enthaltenden Reaktionsschmiermitteln, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Werkstücke vor dem Trocknen mit
einer Lösung spült, die Milchsäure enthält und einen pH-
Wert unterhalb 3 aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Werkstücke mit einer Lösung spült, die zusätzlich
Phosphorsäure enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Werkstücke mit einer Lösung spült, die 1 bis 50 g/l
Milchsäure enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Werkstücke mit einer Lösung
spült, die Milchsäure und Phosphorsäure in einem
Gewichtsverhältnis von 1 : 9 bis 9 : 1 enthält.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Werkstücke mit einer
Lösung einer Temperatur von 60 bis 80°C spült.
Priority Applications (7)
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