EP1292725B1 - Verfahren zur herstellung von erzeugnissen - Google Patents

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EP1292725B1
EP1292725B1 EP01984036A EP01984036A EP1292725B1 EP 1292725 B1 EP1292725 B1 EP 1292725B1 EP 01984036 A EP01984036 A EP 01984036A EP 01984036 A EP01984036 A EP 01984036A EP 1292725 B1 EP1292725 B1 EP 1292725B1
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EP
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coating
workpiece
nozzle
alloys
alkaline solution
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EP01984036A
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EP1292725A1 (de
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Ergenij Vladimirowitsch Kniazev
Anatilij Valentinowitsch Tschavdarov
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Greiner Extrusionstechnik GmbH
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Greiner Extrusionstechnik GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of products, in particular of decorative and other, with a coating applied to them.
  • the invention has for its object to provide a method by which an increase in the quality of the products and an increase in productivity of the work can be achieved.
  • This object is achieved by placing a nozzle element at a distance of 5-15 mm from the zone of the surface to be machined of the workpiece before applying the coating whose nozzle cross-section is selected depending on the nature of the part of the workpiece surface to be machined.
  • the nozzle member be continuously moved along the entire surface to be machined at a speed of not more than 25 mm / min with a temporary isolation of individual locations of the workpiece.
  • valve metals aluminum and titanium or their alloys, e.g. Duralumin 1, duralumin 16Hart, aluminum magnesium, AlMn (aluminum manganese) alloys based on titanium, AlV (aluminum vanadium) alloys based on titanium.
  • Al As powdery components, Al, Ti; Al 2 O 3 , TiO 2 , aluminum alum and as ultra-dispersible powder - Al, Ti and Mg are used.
  • a nozzle element whose nozzle cross section has a rectangular shape is preferably used.
  • intensification of the formation process of the coating does not result from disorderly (incidental) impact of the powder particles of the powder in the micro-arc burning zone. but by means of the forced-goal-directed Current.
  • the local parts of the workpieces eliminate the need to isolate all parts that are not subject to machining.
  • Example 1 The workpiece is installed and started on an electromechanical turner (not shown).
  • the alkaline solution is self-directed (or inevitably) to the surface of the workpiece to be machined by the nozzle member.
  • Voltage is applied between the workpiece and the nozzle.
  • the end of the electric circuit cathode-anode passes through the outgoing jet of solution.
  • the solution can be given simultaneously by one or more nozzles, depending on the number of workpieces to be machined simultaneously.
  • the solution may contain the necessary chemical composition ultra-dispersible powder.
  • the constant concentration of the powder in the solution is maintained by passing powder through the Powder metering device can be added.
  • Example 2 It is required to have a wear-resistant decorative coating on the right-angled part on a flat AlMg 2 alloy workpiece (plate).
  • the insulating conductor (conductor) was made with the opening with respect to the rectangular part.
  • the nozzle element for supplying the alkaline solution is placed at a distance of 10 mm from the surface to be processed, and firmly anchored on the mechanism for the displacement of the nozzle member.
  • the adjustment was realized parallel to the working surface at different speeds given in Table 2.
  • the diameter of the outlet opening of the nozzle is significantly less than the width of the part to be machined. Therefore, the nozzle is moved in one pass over the length of the part, then across the width at the distance of 0.9 of the diameter of the nozzle, offset again along the length of the part.
  • the example in question shows the possibility of obtaining the coating on a single part of the product in the successive displacement of the nozzle element at a rate of up to 25 mm / min within the insulating conductor.
  • the method of manufacturing the products in this way increases the quality of the products and the labor productivity.
  • the method according to the invention can also be applied to other materials, e.g. Metals or alloys in general, can be used, provided that between these and the nozzle a circuit can be closed. If necessary, this can be done by an electrically conductive coating of the workpiece.
  • the invention may be used, for example, in the manufacture of products made from valve metals and their alloys.
  • Table 1 Distance to the nozzle, mm Material of the product (alloy) Concentration of the powder, g / l Time of processing, min Result Until 5 Duralumin 1 Duralumin 16Hart 0 20
  • the coating thickness of more than 30 microns creates an electrical breakdown between the nozzle and the product. Replacing the MDO process 15 10 Puncture at the layer thickness 20 ⁇ m. Replacing the MDO process.
  • the rate of growth of the coating is unsatisfactory. Strongly increases the energy costs and the cost of applying the coating. That is not rational. 15 150 Duralumin 16Hart 0 180 15 160 Speed of displacement of the nozzle, mm / min Result 5
  • the coating is good quality. Thickness up to 4 ⁇ m after one pass 25
  • the coating is good quality. Thickness up to 1 ⁇ m after one pass 35
  • the coating is practically not formed, since the residence time of the "scattered" location of the surface to be machined under the nozzle is so short that the microbend process does not arise.
  • the predetermined speed of the nozzle displacement is unsatisfactory.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Erzeugnissen, insbesondere von dekorativen und anderen, mit einem auf sie aufgetragenem Überzug.
  • Bekannt ist ein Verfahren zur Fertigung von Erzeugnissen, wie z.B. Werkstücken, bestehend aus Ventilmetallen bzw. ihren Legierungen und das darauffolgende Auftragen eines Überzugs mittels Mikro-Bogen-Oxidation oder Elektrophorese in alkalischer Lösung mit der Eintragung von Zusätzen (SU 9260084, 07.05.82). Dieses Verfahren hat folgende Nachteile:
    1. 1. Bei der Bearbeitung der Werkstücke in der Wanne beeinflußt die Ungleichmäßigkeit der Verteilung des elektromagnetischen Kraftfeldes auf der Oberfläche eines Werkstücks mit komplizierter Form die Qualität des Überzugs negativ. Aus diesem Grund verläuft der Prozeß des Auftragens des Überzugs auf den verborgenen und beschatteten, d.h. schlecht zugänglichen Stellen der Werkstücke sehr langsam oder findet überhaupt nicht statt.
    2. 2. Die Prozeßführung in der Wanne ist mit unproduktiv großem Aufwand an Elektroenergie verbunden, besonders im Falle der Bearbeitung von lokalen Stellen der Werkstücke. Dabei erfordert die Bearbeitung von Werkstücken mit komplizierter Technologie einen Schutz der Teile, die der Bearbeitung nicht unterliegen. Ebenso ist es notwendig, ständig die Lösung zu vermischen, was zu einem ungeordneten Eindringen der Teilchen in die Brennzone des Miko-Bogens führt.
    3. 3. Der Prozeß ist kompliziert gesteuert, mit einem niedrigen Ausnutzungsgrad des Pulvers. Dabei braucht man Pulver mit einer sehr kleinen Dispersion, für die Aufrechterhaltung der Lösung im Suspensions- (Schwebe-) Zustand und auch zum Ausschluß seines Absinkens auf dem Wannenboden.
    4. 4. Eine Realisierung des lokalen Auftragens von Überzügen auf große Werkstücke ist praktisch kompliziert und in einzelnen Fällen unmöglich. Deshalb ist der Prozeß des Anwachsens der Überzüge unproduktiv; gleichzeitig senkt das die Qualität der erhaltenen Überzüge und erhöht die Instabilität ihrer Eigenschaften.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Steigerung der Qualität der Erzeugnisse und eine Produktivitätssteigerung der Arbeit erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst, indem ein Düsenelement vor dem Auftragen des Überzugs in der Entfernung von 5-15 mm von der Zone der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks angebracht wird, dessen Düsenquerschnitt in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des zu bearbeitenden Teils der Werkstückoberfläche ausgewählt wird. Durch Zuführen der alkalischen Lösung durch das Düsenelement gewährt man die Möglichkeit eines Schlusses des elektrischen Stromkreises Kathode - Anode durch den ununterbrochenen und zwangs-zielgerichteten und/oder von selbst auslaufenden Lösungsstrahl zur Vermeidung einer zusätzlichen Kühlung der Werkstücke und für die Gewährleistung des Durchschmelzens des Überzuges in seiner ganzen Tiefe. Dabei werden als Zusätze die pulverförmigen Komponenten und/oder die hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung notwendigen Ultra-Dispers-Pulver verwendet.
  • Es ist notwendig, daß bei Werkstücken mit komplizierter Geometrie das Düsenelement kontinuierlich entlang der ganzen zu bearbeitenden Oberfläche mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 25 mm/min bei einer vorübergehenden Isolation von einzelnen Stellen des Werkstückes bewegt wird.
  • Vorzugsweise werden als Ventilmetalle Aluminium und Titan bzw. deren Legierungen, wie z.B. Duraluminium 1, Duraluminium16Hart, Aluminium Magnesium, AlMn (Aluminium Mangan)-Legierungen auf Titanbasis, AlV (Aluminium Vanadium)-Legierungen auf Titanbasis, verwendet werden.
  • Als pulverförmige Komponenten können Al, Ti; Al2O3, TiO2, Aluminiumalaun und als Ultra-Dispers-Pulver - Al, Ti und Mg verwendet werden.
  • Es ist weiters möglich, die Erzeugnisse vorab mit einer leitfähigen Schicht zu versehen, wodurch auch nicht leitende Werkstoffe nach der Erfindung beschichtet werden können.
  • Bei der Bearbeitung von Oberflächenstellen von Werkstücken mit rechtwinkliger Form wird vorzugsweise ein Düsenelement verwendet, dessen Düsenquerschnitt eine rechtwinklige Form hat.
  • Die Eigenart der Fertigungsmethode der Werkstücke wird im Folgenden erklärt.
  • Dank einer Zwangszuführung der alkalischen Lösung durch die Düse in die Bearbeitungszone im Abstand von 5-15 mm von der Oberfläche des Werkstücks entsteht eine Intensivierung des Bildungsprozesses des Überzugs nicht mittels ungeordnetem (zufälligen) Auftreffen der Pulverteilchen des Pulvers in die Mikro- Bogen- Brennzone, sondern mittels des zwangs-zielgezielgerichteten Stroms.
  • Dabei wird die Notwendigkeit einer zusätzlichen Kühlung der Werkstücke dank dem ununterbrochenen Abspülen der Werkstücke durch die Strömung der Lösung mit den Pulverteilchen ausgeschlossen. Infolge eines intensiveren Eindringens der Pulverteilchen ins Gebiet der Mikro-Bogen-Entladung erfolgt eine starke Erhöhung des Stroms, mittels der Vergrößerung der Elektronen- Leitfähigkeit.
  • Das gewährleistet das Durchschmelzen des Überzugs in der ganzen Tiefe und seine hohe Adhäsion. Aus diesem Grund wird sparsamerer Verbrauch an Elektroenergie ermöglicht.
  • Bei der Prozeßführung entfällt auf den lokalen Stellen der Werkstücke die Notwendigkeit zur Isolation aller Teile, die der Bearbeitung nicht unterliegen.
  • Auf diese Art und Weise wird die Technologie der Prozeßführung deutlich vereinfacht. Folglich ist die erklärte Methode rentabler, einfacher, und die zu fertigenden Erzeugnisse haben erhöhte Qualitäten.
  • Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche sind in den Tabellen 1 und 2 geführt.
  • Aus den Tabellen ist ersichtlich, daß die zweckmäßigste Entfernung vom Düsenelement bis zu den bearbeiteten Oberflächen der Werkstücke 5-15 mm beträgt.
  • Beispiel 1: Das Werkstück wird auf einem elektromechanischen Dreher (ist nicht gezeigt) installiert und in Gang gebracht. Die alkalische Lösung wird von selbst (oder zwangsläufig) auf die zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks durch das Düsenelement gerichtet.
  • Zwischen dem Werkstück und der Düse wird Spannung angelegt. Der Schluß des elektrischen Stromkreises Kathode-Anode geht durch den auslaufenden Strahl der Lösung. Die Lösung kann gleichzeitig durch eine oder mehrere Düsen gegeben werden, in Abhängigkeit von der Anzahl von gleichzeitig zu bearbeitenden Stellen der Werkstücke.
  • Für die Realisierung des Elektrophoreseprozesses kann die Lösung die hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung notwendigen Ultra-Dispers-Pulver enthalten. Die konstante Konzentration des Pulvers in der Lösung wird dadurch aufrechterhalten, daß Pulver durch die Pulver- Dosiereinrichtung zugegeben werden kann.
  • Beispiel 2: Es wird gefordert, auf einem flachen Werkstück (Platte) aus der Legierung AlMg2 einen verschleißfesten dekorativen Überzug auf dem rechtwinkeligen Teil zu bekommen. Für die Lösung dieser Aufgabe wurde der isolierende Konduktor (Leiter) mit der Öffnung hinsichtlich des rechtwinkeligen Teils gefertigt. Das Düsenelement für die Zuführung der alkalischen Lösung wird in 10 mm Abstand von der zu bearbeitenden Oberfläche plaziert, und auf dem Mechanismus für die Verschiebung des Düsenelements fest verankert. Die Verstellung wurde parallel zu den bearbeitenden Oberfläche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die in der Tabelle 2 angegeben wurden, realisiert. Der Durchmesser der Austrittsöffnung der Düse ist deutlich weniger als die Breite des zu bearbeitenden Teils. Deshalb wird die Düse auf einem Durchgang über die Länge des Teils bewegt, dann über die Breite in der Entfernung von 0,9 des Durchmessers der Düse, versetzt wieder über die Länge des Teils.
  • Das betreffende Beispiel zeigt die Möglichkeit zum Erhalt des Überzugs auf einer einzelnen Stelle des Erzeugnisses bei der aufeinander folgenden Verschiebung des Düsenelements mit einer Geschwindigkeit von bis zu 25 mm/min innerhalb des isolierenden Konduktors (Leiters).
  • Die analogen optimalen Bereiche bekam man bei der Mikro-Bogen-Oxidation von Titanlegierung.
  • Die auf diese Art und Weise vorliegende Methode der Fertigung der Erzeugnisse erhöht die Qualität der Erzeugnisse und die Arbeitsproduktivität.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich auch auf andere Werkstoffe, z.B. Metalle bzw. Legierungen allgemein, angewandt werden, sofern zwischen diesen und der Düse ein Stromkreis geschlossen werden kann. Erforderlichenfalls kann dies durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung des Werkstückes erfolgen.
  • Industrielle Anwendbarkeit: Die Erfindung kann z.B. bei der Fertigung der Erzeugnisse verwendet werden, die aus Ventilmetallen und ihren Legierungen hergestellt wurden. Tabelle 1:
    Entfernung bis zur Düse, mm Material des Erzeugnisses (Legierung) Konzentration des Pulvers, g/l Zeit der Bearbeitung, min Ergebnis
    Bis 5 Duraluminium 1 Duraluminium 16Hart 0 20 Bei der Überzugsdicke von mehr als 30 µm entsteht ein elektrischer Durchschlag zwischen der Düse und dem Erzeugnis.
    Ablösen des MDO-Prozesses
    15 10 Durchschlag bei der Schichtdicke 20µm. Ablösen des MDO-Prozesses.
    5 Duraluminium 1 0 120 Guter Überzug mit Dicke von 150 µm
    15 90 Der befriedigende Überzug mit Dicke von 150 µm
    Duraluminium 16Hart 0 120 Guter Überzug mit Dicke von 200 µm
    15 90 Guter Überzug mit Dicke von 200 µm
    Duraluminium 1 0 120 Guter Überzug mit Dicke von 150 µm
    15 100 Guter Überzug mit Dicke von 150 µm
    10 Duraluminium 16Hart 0 120 Guter Überzug-mit Dicke von 150 µm
    15 100 Guter Überzug mit Dicke von 150 µm
    15 Duraluminium 1 0 120 Guter Überzug mit Dicke von 100 µm
    15 90 Guter Überzug mit Dicke von 100 µm
    15 Duraluminium 16Hart 0 100 Guter Überzug mit Dicke von 100 µm
    Duraluminium 16Hart 15 100 Guter Überzug mit Dicke von 100 µm
    17 Duraluminium 1 0 180 Es ist nur bei der Vergrößerung der Arbeitsspannung um das 1,5-fache vom nominellen eine Überzug in der Dicke von 50 µm zu bekommen. Die Geschwindigkeit des Anwachsens des Überzugs ist unbefriedigend. Stark steigen die energetischen Kosten und die Kosten des Auftragens des Überzugs. Das ist nicht rationell.
    15 150
    Duraluminium 16Hart 0 180
    15 160
    Tabelle 2:
    Geschwindigkeit der Verschiebung der Düse, mm/min Ergebnis
    5 Der Überzug ist qualitativ gut. Dicke bis zu 4 µm nach einem Durchgang
    25 Der Überzug ist qualitativ gut. Dicke bis zu 1 µm nach einem Durchgang
    35 Der Überzug wird praktisch nicht gebildet, da die Aufenthaltszeit der «vereinzelten» Stelle der zu bearbeitenden Oberfläche unter der Düse so kurz ist, daß der MikroBogen-Prozeß nicht entsteht. Die vorgegebene Geschwindigkeit der Düsenverschiebung ist unbefriedigend.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Beschichtung von Erzeugnissen, wie z.B. Werkstücken, insbesondere aus Ventilmetallen bzw. deren Legierungen, durch Mikro-Bogen-Oxidation in Anwesenheit von zumindest einem in eine alkalische Lösung eingetragenen Zusatz, wobei die alkalische Lösung über ein Düsenelement zugeführt wird und dadurch ein elektrischer Stromkreis Kathode - Anode geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Düsenelement vor dem Auftragen der Beschichtung in einer Entfernung von 5-15 mm von der Zone der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks angebracht wird, wobei der Düsenquerschnitt in Abhängigkeit von der Geometrie des zu bearbeitenden Teils der Werkstückoberfläche ausgewählt wird, daß weiters die alkalische Lösung ununterbrochenen und zwangs-zielgerichtetet und/oder von selbst auslaufend zur Vermeidung einer zusätzlichen Kühlung der Werkstücke und für die Gewährleistung des Durchschmelzens des Überzugs in seiner ganzen Tiefe zugeführt wird und wobei als Zusätze die pulverförmige Komponenten oder die hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung notwendigen Ultra-Dispers-Pulver verwendet werden, und daß das Düsenelement mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 25 mm/min konsequent über die ganze zu bearbeitende Oberfläche des Werkstücks bewegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilmetalle Al, Ti, und als ihre Legierungen Duraluminium 1, Duraluminium 16Hart, Aluminium Magnesium, AlMn (Aluminium Mangan)-Legierungen auf Titanbasis, AlV (Aluminium Vanadium)-Legierungen auf Titanbasis, verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als pulverförmige Komponenten Al, Ti, Al2O3, TiO2, Aluminiumalaun und als Ultra-Dispersions-Pulver - Al, Ti, und Mg verwendet werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugnis mit einer leitfähigen Schicht versehen wird, insbesondere in jenen Oberflächenbereichen, die von der Düse überstrichen werden.
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