DE2506665C2 - Verfahren zur Vorbereitung von Aluminium und Aluminiumlegierungen für die Kaltumformung - Google Patents
Verfahren zur Vorbereitung von Aluminium und Aluminiumlegierungen für die KaltumformungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vorbereitung von Aluminium und Aluminiumlegierungen
für die Kaltumformung durch Aufbringen einer Schmiermittelträger-Schicht.
Werkstücke aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, die eine Kaltumformung erfahren sollen, werden
üblicherweise mit einem Schmiermittelfilm versehen. Hierdurch wird bezweckt, Kaltverschweißungen zwischen
dem Aluminium und dem Werkzeug zu vermeiden uiid eine gute Qualität der verformten Werkstücke
sowie eine hohe Werkzeugstandzeit zu erzielen. Als Schmiermittel werden häufig Metallstearate oder
andere Seifen verwendet Für schwerere Umformungen gelangen auch Festschmierstoffe, wie Graphit oder
Molybdändisulfid enthaltende Schmiermittel auf Mineralöl-Basis zur Anwendung. Für manche Umformungen
genügen die Schmiermittel allein zur effektiven Trennung zwischen Werkstück und Werkzeug bei der
Umformung jedoch nicht.
Es ist auch bekannt, zur Vorbereitung für die Kaltumformung zunächst eine Phosphatschicht auf die t>o
Aluminiumwerkstücke aufzubringen, die mit den Oberflächen fest verwachsen ist, als Haftgrund für das
Schmiermittel dient und in Verbindung mit diesem eine erhöhte Wirksamkeit als Trennschicht erbringt. Die
Erzeugung geeigneter Phosphatschichten auf den br>
Aluminiumwerkstücken ist in der Durchführung jedoch mit Schwierigkeiten verbunden, da eine genaue
Überwachung und Ergänzung des Phosphatierungsbades sowie die Einhaltung spezifischer Verfahrensparameter
notwendig sind. Bei Umformungsversuchen mit schwersten Anforderungen kann sich die Trennschicht
auch als nicht ausreichend erweisen.
Es liegt daher die Aufgabe vor, eine Arbeitsmethode anzugeben, mit der es ermöglicht wird, sowohl in einem
einfacher durchzuführenden Verfahren eine Schmiermittelträger-Schicht auf Werkstücke aus Aluminium
und Aluminiumlegierungen aufzubringen, ais auch eine Schicht zu erzielen, die auch erhöhten Anforderungen
bei der Umformung der Werkstücke genügt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Aufbringung der Schmiermittelträger-Schicht
auf die Werkstücksoberflächen eine wäßrige Lösung, die ein lösliches Erdalkalimetallsalz, vorzugsweise
Calciumsalz, sowie Erdalkalimetallhydroxid und/oder Erdalkalimetalloxid enthält und einen pH-Wert von
über 8, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 13, aufweist,
verwendet wird.
Die erfindungsgemäß angewendete Oberzugslösung wird zweckmäßig bei Temperaturen zwischen 50 und
100° C mit den zu verformenden Werkstücken, gegebenenfalls
nach einer reinigenden Vorbehandlung, in Berührung gebracht um eine festhaftende Überzugsschicht zu erzeugen. Die Behandlung der Werkstücke
erfolgt zweckmäßig im Tauchverfahren. Die Dauer der Behandlung beträgt im allgemeinen etwa 2 bis 30 Min.
Ein Schichtgewicht der behandelten Teile im Bereich von 3 bis 8 g/m2 hat sich als vorteilhaft erwiesen.
Mit Hilfe der erfindungsgemäß angewendeten Überzugslösung werden haftfeste Schichten erzeugt, die in
Verbindung mit Schmiermitteln eine sehr gute Trennung zwischen Werkstück und Werkzeug auch bei
schweren Umformungen bewirken.
Die erfindungsgemäße Arbeitsweise läßt sich für die Praxis besonders günstig und einfach gestalten, indem
man für die Herstellung der Behandlungslösung von einem festen Gemisch ausgeht, welches Erdalkalimetallhydroxid
und/oder Erdalkalimetalloxid sowie ein wasserlösliches Erdalkalimetallsalz enthält, wobei der
Gehalt an Erdalkalimetallhydroxid und/oder Erdalkalimetalloxid vorzugsweise so bemessen wird, daß die
wäßrige Lösung den gewünschten pH-Wert von über 8, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 13, ergibt. Bei zu
niedrigen pH-Werten besteht die Gefahr, daß die Alkalität der Behandlungslösung bei ihrer Anwendung
zu rasch abnimmt und damit die Schichtbildungsreaktion zu langsam verläuft Ein zu großer Überschuß an
Erdalkalimetallhydroxid und/oder Erdalkalimetalloxid ist nicht grundsätzlich schädlich, würde aber zu nicht
mehr löslichen Anteilen im Bad führen; dies sollte zweckmäßig vermieden werden, um die Behandlungslösung
nicht schon von Anfang an unnötig mit unlöslichen Komponenten zu belasten.
Der Einsatz der genannten Gemische zur Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Behandlungslösungen
hat für die Praxis den Vorteil, daß rieselfähige und damit leicht handhabbare Ausgangsprodukte zur
Verfügung gestellt werden können.
Vorzugsweise werden bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise Cäsiumverbindungen eingesetzt. Als
wasserlösliche Salze können z. B. die Nitrate, Chloride, Bromide, Borate oder Acetate oder Gemische hiervon
eingesetzt werden.
Geeignete Mischungen zum Ansatz des Überzugsbades sind beispielsweise Gemische aus 78 Gew.-%
CaCI2 und 22 Gew.-% Ca(OH)2 oder 73 Gew.-o/o
Ca(NOj)2 und 27 Gew.-% Ca(OH)2.
Die Behandlungslösung wird hergestellt, indem unter
ständigem Rühren das Gemisch, bestehend aus Erdalkalimetallhydroxid
und/oder Erdalkalimetalloxid und Erdalkalimetallsalz langsam in Wasser aufgelöst wird.
Zur Beschleunigung des Lösungsvorgangs kann die Temperatur des Bades angehoben werden zwischen 50
und 1000C Eine leichte Trübung des Bades, verursacht
durch nicht völlig in Lösung gegangenes Erdalkalimetallhydroxid und/oder Erdalkalimetalloxid, ist nicht
störend.
Die Gesamtkonzentration der gelösten Erdalkalimetallionen
soll zweckmäßig im Oberzugsbad mindestens etwa 5 g/l betragen, damit das Bad nicht zu schnell
abgearbeitet wird; der Bereich zwischen 5 und 20 g/l hat sich als günstig erwiesen. Zu hohe Konzentrationen sind
an sich nicht schädlich; sie werden jedoch vermieden, da die Anschleppverluste dann sehr groß wären und das
Bad unwirtschaftlich arbeiten würde.
In dem, wie vorstehend beschrieben, bevorzugt
angesetzten Bad werden die zu verformenden Werkstücke, gegebenenfalls nach einer Reinigung, bei einer
Temperatur zwischen 50 und 1000C, 2 bis 30 Min. lang
behandelt Die anzuwendenden Temperaturen und Tauchzeiten richten sich nach den gegebenen Heizkapazitäten,
Taktzeiten, gewünschter Schichtdicke, Art und Masse der zu verformenden Teile. Für die Praxis hat
sich eine Temperatur von 60 bis 800C und eine Tauchzeit von 5 bis 15 Min. als besonders zweckmäßig
erwiesen.
Die Art der reinigenden Vorbehandlung der Werkstücke
richtet sich nach dem Oberflächenzustand; fettige Werkstücke können in Lösungsmitteln oder
wäßrigen alkalischen Reinigern gereinigt werden. Wenn erforderlich, können die fettfreien Werkstücke noch in
Säuren desoxidiert werden; anschließend wird dann mit Wasser gut gespült
Nach der Behandlung der Werkstücke in dem erfindungsgemäß verwendeten Bad werden die Oberflächen
mit Wasser gut gespült. Die Werkstücke können dann entweder im Ofen getrocknet und zu einem
späteren Zeitpunkt an der Umformungsmaschine mit einem Schmiermittel benetzt werden, oder die Teile
werden nicht getrocknet und kommen naß in ein wäßriges Schmiermittelbad, das vorzugsweise eine
Temperatur von größer als 6O0C hat, damit die Werkstücke nach dem Beseifen an der Luft durch
Eigenwärme trocknen können.
Die wäßrigen Schmiermittel können eine Alkaliseife oder eine Erdalkaliseifensuspension als Basis haben. Bei
der Verwendung von Alkaliseifen als Schmiermittel haben sich Konzentrationen zwischen 2% und 6% gut
bewährt; Erdalkaliseifensuspensionen sollen zweckmäßig eine Konzentration von 5% bis 25% Feststoff
haben.
Während des Durchsatzes von Werkstücken durch das erfindungsgemäß angewendete und bevorzugt
angesetzte Bad verarmt das Bad an Alkalität und Erdalkalimetallionen. Eine Radkontrolle und anschließende
Ergänzung ist somit unerläßlich. Es wurde weiterhin gefunden, daß die Wirksamkeit des erfindungsgemäß
verwendeten Bades auf einfache Weise durch eine Ergänzung mit einer Mischung, bestehend
aus Erdalkalimetallhydroxid und/oder Erdalkalimetalloxid und Erdalkalimetallsalz, wobei das Molverhältnis
von Erdalkalimetallhydroxid und/oder Erdalkalimetalloxid zu Erdalkalimetallsalz 1 :(12 — 0,05) und vorzugsweise
1:(5 — 0,5) beträgt, aufrechterhalten werden kann.
Zur Kontrolle der Badkonzentration werden 10 ml Badprobe mit einer 0,1 η HCl-Lösung gegen Bromkresolgrün
als Indikator titriert Der auf diese Weise erhaltene Titrationswert ist ein Maß für die Konzentration
des Bades und die erforderliche Ergänzungsmenge
Ronden aus Aluminiumlegierung der Qualität AlMg3 wurden zur Vorbereitung der Umformung in einem
Kaltfließpreßverfahren in zwei Stufen zu einem kompliziert geformten Napf wie folgt behandelt:
Die Werkstücke wurden zunächst bei 80° C und einer Tauchzeit von 10 Min. in einer Lösung auf Basis
Natriumpyrosphosphat Natriumsilikat und Tensid (Konzentration 30 g/l) gereinigt und mit Wasser gespült
Sie wurden dann bei Raumtemperatur und einer Tauchzeit von 5 Min. in einer Lösung auf Basis
Phosphorsäure und Flußsäure gebeizt und erneut mit Wasser gespült
Die so vorgereinigten Ronden wurden dann bei 70° C und einer Tauchzeit von 5 Min. in einer Überzugslösung
behandelt die durch Auflösen von 40 g/l einer festen Mischung von 78Gew,-% CaCl2 und 22Gew.-%
Ca(OH)2 in Wasser hergestellt wurde (Ca-Gehalt 16 g/I).
Der pH-Wert der Lösung betrug 12,5. Die Teile wurden dann mit Wasser gespült. Die erzeugten Schichten
waren fest mit der Oberfläche verwachsen und hatten eine weiße Farbe. Das Schichtgewicht betrug 6 g/m2.
Die beschichteten mit Wasser gespülten Ronden wurden dann 5 Min. bei 80°C in eine 5%ige Natriumstearat-Lösung
eingetaucht und anschließend an der Luft getrocknet
Die Verpressung der Ronden erfolgte in beiden Stufen einwandfrei ohne jegliche Riefenbildung.
Zum Vergleich wurden gleiche Ronden in gleicher Weise vorgereinigt dann jedoch ohne Aufbringung
einer Trägerschicht 5 Min. bei 80° C in eine 5%ige Natriumstearat-Lösung getaucht und anschließend an
der Luft getrocknet Bei der Verpressung dieser Ronden zeigten sich schon bei der ersten Umformstufe schwere
Riefen.
Zum weiteren Vergleich wurden gleiche Ronden in gleicher Weise vorgereinigt, dann jedoch bei 7O0C und
einer Tauchzeit von 10 Min. in einer für Aluminiumwerkstücke üblichen Phosphatierungslösung auf Basis
Zinkphosphat behandelt und mit Wasser gespült. Das Schichtgewicht des erzeugten Phosphatüberzuges betrug
6 g/m2.
Die beschichteten mit Wasser gespülten Ronden wurden dann 5 Min. bei 80°C in eine 5%ige Natriumstearat-Lösung
getaucht und an der Luft getrocknet. Die Verpressung der Ronden verlief in der ersten Stufe
einwandfrei. Nach der zweiten Umformungsstufe wurden jedoch schwere Riefen festgestellt.
Es wurde eine Überzugslösung angesetzt durch Auflösen von 30 g/l einer aus 73 Ge a-.-°/o Ca(NO3J2 und
27 Gew.-% Ca(OH)2 bestehenden Mischung in Wasser. Der pH-Wert der Lösung betrug 12,5. Die Titration
einer Badprobe von 10 ml mit 0,1 η HCl-Lösung gegen
Bromkresolgrün ergab einen Verbrauch von 20 ml (Punktzahl 20).
Vorgereinigte Aluminiumbleche (AlMg3) wurden bei 7O0C und einer Tauchzeit von 5 Min. in der Überzugslösung
behandelt. Der Gesamtdurchsatz betrug 4 m2 Oberfläche/Liter Lösung.
Jeweils nach Durchsatz von i m2 Oberfläche/Liter
5 6
Lösung wurde die Badkonzentration durch Titration Punktzahl auf den ursprünglichen Wert wurden 8,5 g/l
einer 10 ml Badprobe kontrolliert Es wurde ein Abfall Badlösung eingesetzt.
der Punktzahl um 7,6 auf 12,4 festgestellt Das Bad Während des Gesamtdurchsatzes konnten keine
wurde dann ergänzt mit einer Mischung aus 67 Gew.-% Unterschiede im Schichtgewicht (5 bis 7 g/m2), Ausse-
Ca(NO3)J und 33 Gew.-% Ca(OH)2 (Mol-Verhältnis von , hen und in der Haftfestigkeit der erzeugten Überzüge
Ca(OH)2 : Ca(NO3)2 = 1 :0,9). Zur Anhebung der festgestellt werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Vorbereitung von Aluminium und Aluminiumlegierui gen für die Kaltumformung
durch Aufbringen einer mit der Oberfläche fest ϊ verwachsenen Schmiermittelträger-Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufbringung
der Schicht eine wäßrige Lösung, die ein lösliches Erdalkalimetallsalz sowie Erdalkalimetallhydroxid
und/oder Erdalkalimetalloxid enthält und einen pH-Wert von über 8, vorzugsweise im Bereich
von 10 bis 13, aufweist, verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufbringung der Schicht
verwendete wäßrige Lösung aus einer festen Mischung, die Erdalkalimetallhydroxid und/oder
Erdalkalimetalloxid sowie ein wasserlösliches Erdalkalimetallsalz enthält, hergestellt wird, wobei vorzugsweise
der Gehalt an Erdalkalimetallhydroxid und/oder Erdalkalimetalloxid so bemessen ist, daß
sich ein pH-Wert der Lösung von über 8, vorzugsweise 10 bis 13, ergibt
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufbringung
der Schicht verwendete Lösung mit einem festen Gemisch, das Erdalkalimetallhydroxid und/oder
Erdalkalimetalloxid und ein wasserlösliches Erdalkalimetallsalz enthält, ergänzt wird, wobei in dem
Gemisch das Mol-Verhältnis von Erdalkalimetallhydroxid und/oder Erdalkalimetalloxid zu Erdalkali- jo
metallsalz im Bereich von 1 :(12 — 0,05), vorzugsweise 1 :(5 — 0,5), liegt
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdalkaliverbindungen
Calciumverbindungen verwendet werden.
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