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Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Metallen Es ist bekannt, daß
die Phosphatierung von Metallgegenständen, insbesondere von solchen mit einer Oberfläche
aus einem Eisenmetall, vor dem Überziehen mit Farbe, Email oder anderen Schutzmitteln
die Dauerhaftigkeit dieser Anstriche bzw. Überzüge verbessert. Die bekannten Verfahren
zur Phosphatierung von Metalloberflächen sind jedoch umständlich und erfordern die
Anwendung kostspieliger Vorrichtungen sowie eine beträchtliche Betriebsfläche, ohne
daß in jedem Fall, z. B. bei großen Stücken mit vielen Winkeln und Kanten, eine
ausreichende Phosphatierung der gesamten Oberfläche erreicht wird.
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-Durch die vorliegende Erfindung werden die Reinigung und Phosphatierung
auch von groß und unförmig gestalteten Gegenständen, z. B. landwirtschaftlichen
Geräten, Personen- und Lastwagen, großen Tankwagen, die alle nach den bisher zur
Verfügung stehenden Verfahren nicht behandelt werden können, ermöglicht und so die
Kosten bei der Verarbeitung gesenkt.
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In der Zeichnung ist eine zur Durchführung der Erfindung geeignete
Vorrichtung dargestellt.
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Bei den bisher bekannten Verfahren wurden entweder Reihen von Tauchbehältern
verwendet, in die das Metall eingetaucht wurde, oder es wurde eine Reihe von automatischen
Sprühstufen vorgesehen, durch die die zu behandelnden Gegenstände auf einer Förderbahn
geleitet wurden.
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Bei dem Tauchverfahren gelangt das flüssige Behandlungsmaterial zwar
auch in Nähte auf der Unterseite, in Ecken und Vertiefungen und schwer zugängliche
Flächen, es müssen aber fettlösende Chemikalien verwendet werden, die die Fette
zwar lösen, sie aber nicht immer vollständig entfernen. Druck oder eine mechanische
Bewegung, die dabei helfen, die gelösten oder teilweise gelösten Fette aus den Nähten,
Ecken und schwierig zugänglichen Stellen zu entfernen, werden beim reinen Tauchverfahren
nicht angewandt. Infolgedessen ergibt sich oft ein fehlerhafter oder überhaupt kein
Phosphatierungsüberzug; beim Einbrennen der Farbe im Ofen schmilzt das teilweise
gelöste Fett und läuft ab, was zu einer Zerstörung des Anstriches führt.
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Beim Sprühverfahren liegen in gewissem Maße dieselben Verhältnisse
vor. Die Sprühdüsen, die sich auf jeder Seite des Gegenstandes befinden, sind im
allgemeinen zu weit entfernt von Teilen, Ecken, Nähten oder schwierig zugänglichen
Flächen angeordnet, um den notwendigen Druck für eine richtige Arbeitsweise zu ergeben.
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Bei den genannten Verfahren ist eine große Anzahl von aufeinanderfolgenden
Behandlungsstufen erforderlich, um die Oberfläche der Metallgegenstände für eine
allseitige Phosphatierungsbehandlung vorzubehandeln. Gewöhnlich bestehen diese Stufen
darin, daß man die Oberfläche des Metalls der Einwirkung eines individuellen Behandlungsmittels
unterwirft mit nachfolgender Spülung dieser Fläche; um sie für die Aufnahme des
nachfolgend angewendeten Phosphatierungsmittels vorzubereiten. Nach dem Aufbringen
des Phosphatierungsmittels wird wieder gespült und als eine fünfte Stufe gewöhnlich
ein Chromsäurebad angewendet. Oft ist bei dem Verfahren eine gesonderte Spülung
oder sechste Stufe erforderlich.
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Man hat auch bereits versucht, organische Lösungsmittel zur Reinigung
der Metalloberflächen zu verwenden und die so gereinigten Oberflächen ohne Anwendung
einer Phosphatierung direkt mit den gewünschten Schutzüberzügen zu versehen.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Metalloberflächen mit
Hilfe eines Reinigungsmittels, welches mit Dampf unter Druck auf die zu reinigende
Metalloberfläche aufgebracht wird, zu entfetten.
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Andererseits ist es auch schon versucht worden, Reinigungsmittel und
Phosphatierungsmittel gemeinsam zu verwenden, diese sind dann aber nicht mit Hilfe
von Dampf auf die zu reinigende Oberfläche aufgebracht worden.
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Es wurde gefunden, daß die Anwendung von Dampf oder von Dampf kombiniert
mit heißem Wasser, dem sowohl Reinigungsmittel als auch Phosphatierungsmittel zugesetzt
worden sind, zur Entfernung von Fett oder anderen Fremdstoffen und zur gleichzeitigen
Phosphatierung des Metalls geeignet ist. Der Druck und die große entwickelte Wärme
lassen die Behandlungschemikalien auch unter Nähte und in Ecken und anderweitig
schwierig zugängliche
Flächen eindringen. Die Extrawärme aktiviert
zusätzlich das Phosphatierungamittel.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um die Anwendung des
bekannten Verfahrens, eine Flüssigkeit zur Oberflächenbehandlung metallischer Werkstücke
mittels einer Vorrichtung auf diese aufzubringen, bei der die Behandlungsflüssigkeit
zusammen mit Wasserdampf oder Wasserdampf und heißem Wasser unter Benutzung derselben
als Druck-und Trägermittel aufgespritzt wird, zur. gleichzeitigen und kontinuierlichen
Behandlung mit geregelten Mengen von Reinigungsmittel und Phosphatierungsmittel.
Bei dieser Arbeitsweise wird die Metalloberfläche gleichzeitig gereinigt und phosphatiert.
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Nach der Erfindung werden Wasserdampf oder Wasserdampf mit heißem
Wasser kombiniert als Druck- und Trägermittel verwendet, wobei die in der schematischen
Darstellung wiedergegebene Vorrichtung verwendet wird, für die selbst kein Schutz
begehrt wird.
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In der Zeichnung ist X ein Wasserkessel und A
ein Wasserdampferzeuger,
der Dampf mit beträchtlichem Überdruck erzeugt; das Aufheizen erfolgt dabei in der
in beliebiger Weise beheizten Spirale B, die eine ausreichende Kapazität aufweisen
muß, damit beim Durchlaufen der Spule Wasser von niedriger Temperatur auf seinen
Siedepunkt oder Verdampfungspunkt erhitzt wird.
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D und E sind Druckbehälter für die Aufnahme der Behandlungsmittel,
aus denen diese unter Druck in die Dampfleitung hineingedrückt werden.
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Von X führt eine Leitung F'1 nach F3, welches der Abschnitt ist, der
zwischen 2 und 2A der Zeichnung liegt. Dieser Abschnitt ist zusammengesetzt aus
geeigneten Rohrpaßstücken, durch die der Dampf strömt und in welchem Abschnitt die
Phosphatierungs- und Reinigungsmittel, die in den Behältern D und E enthalten sind,
abwechselnd in den Dampfstrom oder den Strom aus Dampf und Wasser eingespritzt werden
können. Von F'2 führt diese Leitung über einen Schlauch oder andere biegsame Teile
F' zu einer Pistole K und einer Austrittsdüse G.
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Die Behandlungsmittel, die in den Hauptdampf-und Heißwasserstrom eingespritzt
werden, müssen genau dosiert werden, damit sowohl bei der Reinigung der Oberfläche
als auch bei der Phosphatierung die beste Wirkung erreicht wird. Die beiden Behandlungsmittel
müssen in den Mengen genau aufeinander abgestimmt werden.
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Dieses Ergebnis wird erzielt, indem man erstens den Hauptstrom aus
Wasserdampf und heißem Wasser durch die Leitung F und F'$ zur Düse G mit konstanter
Geschwindigkeit leitet, indem man zweitens die Abgabe aus den Druckbehältern D und
E so steuert, daß sich hier ebenfalls ein Fluß mit konstanter Geschwindigkeit, der
proportional der Strömungsgeschwindigkeit von Dampf und heißem Wasser ist, ergibt.
Die Mittel zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit aus den Druckbehältern D und
E bestehen aus einer Druckluftleitung direkt zu den Druckbehältern, vorzugsweise
durch die Druckluftleitung L zum Luftregler D'. Von D' führen die
Leitungen L1 und L2 zu den Druckbehältern D und E, die Leitungen Lg und L4 von den
Druckbehältern D und E über verschiedene Ventile, z. B. über ein Druckregulierventil
J, in die Leitung Fe.
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Die Leitungen Lg und .L4 führen zu Ventilen Hl und HE, die vorzugsweise
elektromagnetisch durch Spulen betätigt werden, die durch einen elektrischen Schalter
J gesteuert werden, der auf der Pistole K
in der Nähe des Auslösers
HP angebracht ist.
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Für die Reinigung und Phophatierung der Metalloberfläche können zahlreiche
Mittel verwendet werden; die Verwendung eines Ammonium-, Natrium-oder Kaliummonophosphates
zusammen mit die Oberfläche aktivierenden Mitteln und Molybdänsäure wird bevorzugt.
Im allgemeinen können Alkalisalze oder Molybdänsäure an Stelle der Molybdänsäure
selbst verwendet werden. Es können auch ein oder mehrere mit Wasser mischbare Öllösungsmittel,
falls notwendig, zugegeben werden. Diese wasserlöslichen Öllösungsmittel können
z. B. aus Äthern des Äthylenglycols, Diäthylenglycols, Triäthylenglycols und Tetraäthylenglycols
und deren Äthern, den Methyl- und Propyläthern von Propylenglycol und den Äthern
von Di- und Tripropylenglycol bestehen. Während diese Behandlung allein die Phosphatierung
der Oberfläche bewirkt, kann das Metall, um eine Vollendung und lange Lebensdauer
der Phosphatierung und des Überzuges zu erzielen, einer zweiten Behandlung mit einer
Flüssigkeit aus dem Behälter E unterworfen werden. Diese Flüssigkeit enthält eine
Lösung von Chromsäure allein oder eine Lösung aus Phosphorsäure und Chromsäure,
die die Wirkung hat, etwaige wasserlösliche oder unbeständige Ferroverbindungen
in unlösliche und beständige Ferriverbindungen überzuführen. Es passiviert auch
etwaige Fehlstellen in dem Überzug.
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Die speziellen Gemische, die vorzugsweise in den Behältern D und E
verwendet werden, sind die folgenden: Stammlösung für Tank D Monoammoniumphosphat
. . . . . . . . . . . . . . . . 765 g Oberflächenaktives Mittel vom Alkylphosphat
der allgemeinen Formel 0R -0-P=0 0R mit mittellanger Alkylgruppe, R als wasserlöslich
machender Gruppe, z. B. das unter der Handelsbezeichnung »Tergitol« vertriebene
Produkt ...................
47g
Oberflächenaktives Mittel in Form einer wäßrigen
Lösung eines Natriumsalzes eines sauren Sulfates eines langkettigen gesättigten
sekundären Alkohols mit verzweigter Kette mit der allgemeinen Formel R H - CO -
S03Na R' in der R und R' aliphatische Kohlenwasserstoffreste bedeuten und R und
R' zusammen eine Gesamtkohlenstoffzahl von 6 bis 17 aufweisen, z. B. das unter der
Bezeichnung »Victowet« im Handel befindliche Mittel . . . . . . _ . . . . . . .
. . . . . . . .
47g
| (Fortsetzung) |
| Natriummolybdat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 28g |
| Monoäthyläther von Äthylenglycol . . . . . . . . 150 ccm |
| Monobutyläther von Äthylenglycol ....... 500 ccm |
| Wasser ................................. 18,91 |
| Stammlösung für Tank E |
| Phosphorsäure . . . . . . . . . . 225 g |
| Chromsäure . . . . . . . . . . . Grundlösung 136 g |
| Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . 91g |
Nach dem Lösen füllt man mit Wasser auf 3,79 1 auf. Für die endgültige Lösung werden
0,23 1 dieses Konzentrates auf 22,7 1 Wasser verwendet.
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Mit der Vorrichtung und den oben beschriebenen Stoffen wird das Verfahren
wie folgt durchgeführt: Wenn das zu reinigende Metall aus Metallblechstücken besteht,
können sie auf einem Förderband bewegt werden oder gegen eine Wand gestellt werden,
so daß jeweils eine größere Fläche behandelt werden kann; ist der Gegenstand groß,
z. B. ein Automobilfahrgestell, so kann es fest auf dem Boden stehen.
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Es wird ein konstanter Strom von heißem Wasser aus der Düse G zugeführt.
Der Arbeiter richtet den Strom aus der Düse gegen die Oberfläche des Arbeitsstückes,
zunächst ganz dicht am Metall, um den Dampfdruck als Hilfe zu benutzen, um die Flüssigkeit
in die Nähte und an schwierig zugängliche Stellen gelangen zu lassen. Der Arbeiter
stellt den Schalter J so ein, daß das Material aus dem Tank D in den Strom eingespritzt
wird. Dieses hat den unmittelbaren Effekt, daß Fett und Schmutz von der Oberfläche
des Werkstückes gelöst und entfernt werden. Der Strom wird weiter auf die Oberfläche
des Werkstückes gerichtet, um es mit der Lösung etwa 1 Minute oder länger feucht
zu halten, um die Phosphatierungslösung chemisch mit dem Metall reagieren zu lassen
und so den Phosphatüberzug zu erzeugen. Wenn die Gegenstände hinreichend bearbeitet
sind, stellt der Arbeiter den Schalter J so, daß das Mittel aus Tank D abgeschaltet
wird, und stellt den Schalter so, daß das Mittel aus Tank E eingespritzt wird. Dies
ergibt, wie oben angegeben, die Chromsäurebehandlung, um unerwünschte unbeständige
Ferroverbindungen in beständige Ferriverbindungen überzuführen und etwaige Unterbrechungen
in dem Überzug zu passivieren.