CH496102A - Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Metallteilen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Metallteilen
Die Elektrophorese als Auftragungsverfahren für Anstrichstoffe ist seit vielen Jahren allgemein bekannt.



  Unter Elektrophorese wird die Wanderung von elektrisch geladenen Teilchen in einem elektrischen Feld verstanden. Bei einer elektrophoretischen Lackierung wird dieser Effekt dazu benutzt, um einen besonderen Lack auf zu lackierende Metallteile niederzuschlagen. Man bedient sich dazu eines Bindemittels, welches in wässriger Phase entweder als Makroion, echt gelöst, auftritt oder auch als Emulsion bzw. Dispersion erscheinen kann. In der Praxis werden meist beide Erscheinungsformen parallel laufen.



  Die Bindemittelteilchen werden elektrisch negativ aufgeladen, dadurch ist eine Wanderung dieser Teilchen zur Anode in einem elektrophoretischen Bad möglich. In der Praxis wird bei einer elektrophoretischen Lackierung ein elektrisch neutrales Pigment mit dem Bindemittel zusammen zur Anode transportiert. An der Anode werden die Teilchen dann entladen und der Lack dadurch wasserunlöslich gemacht.



   In dem deutschen Patent 888 539 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung eines elektrophoretischen Bades beschrieben worden, wobei Lösungsmittel mit einer Leitfähigkeit von höchstens   2.10-"    Ohm-1 cm-1 verwendet werden und das gebrauchsfertige Bad mit oder ohne Peptisatorzusatz eine Leitfähigkeit von höchstens 2.10-4   Ohm-l      cm-l    aufweist. Diese Bedingungen müssen gemäss dieser Patentschrift eingehalten werden, um eine einwandfreie Abscheidung zu erzielen.



   Die elektrophoretische Lackierung wird hauptsächlich für die Beschichtung kompliziert geformter Teile angewandt. Durch eine hohe Differenz zwischen dem spezifischen Badwiderstand und dem Filmwiderstand ergibt sich auch in sogenannten  Faraday'schen   Käfige     eine Beschichtung. Die Lackierung richtet sich natürlich zunächst nach dem Feldlinienverlauf, d.h. die der Kathode zugewandten Stellen der Anode sowie hervorspringende Kanten werden zuerst beschichtet.



   Der sich an den beschichteten Stellen ausbildende Filmwiderstand schirmt diese Stellen dann für den weiteren Feldlinienverlauf elektrisch ab. so dass der folgende Lackniederschlag an den verbleibenden leitfähigen Stel   len    erfolgen muss. Hierdurch wird dann nach einer gewissen Zeit eine gleichmässige Beschichtung erreicht.



   Will man jedoch nach den an sich bekannten Verfahren elektrophoretisch beschichtete Metallteile für elektrotechnische Zwecke benutzen, so ergibt sich die Schwierigkeit, dass alle Versuche, ein derartiges Band elektrotechnisch einwandfrei, also auch an den Kanten, durch elektrophoretische Lackierung zu beschichten, scheitern.



  Setzt man nämlich diese nach den herkömmlichen Verfahren beschichteten Bänder, insbesondere Aluminiumbänder für elektrotechnische Zwecke, beispielsweise im Transformatorenbau ein, so können sich Nachteile, beispielsweise Funkendurchschlag und dergleichen ergeben.



  Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass sich diese Nachteile in erster Linie dadurch ergeben, dass die gelieferten technischen Metallteile, z.B. Aluminiumbänder, scharfe bzw. nicht abgerundete Kanten aufweisen und teilweise auch kleine, an den Kanten befindliche Metallspäne besitzen.



   Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zu finden, welches erlaubt, im Verlauf eines elektrophoretischen Beschichtungsverfahrens eine elektrotechnisch einwandfreie Beschichtung der Metallteile, insbesondere Aluminiumteile, auch an den Kanten zu erzielen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung war es, im Verlauf eines elektrophoretischen Beschichtungsverfahrens eine Abrundung der Kanten und Schnittgrate der Metallteile zu erreichen. Schliesslich sollte durch das vorliegende erfindungsgemässe Verfahren der Anwendungsbereich der elektrophoretisch lakkierten Metallteile vergrössert werden.



   Erfindungsgemäss wurde festgestellt, dass diese Vorteile durch die Anwendung eines Verfahrens zur elektrophoretischen Beschichtung von Metallteilen erzielt werden, indem die elektrophoretische Beschichtung in Anwesenheit eines wasserverdünnbaren oder wasseremulgierbaren organischen Bindemittels bei einer Elektrodenspannung von 124 bis 155 Volt, eine Badtemperatur von 17 bis 320C und einem Elektrodenabstand von 35 bis 115 mm durchgeführt wird.



   Bei dem Verfahren werden bevorzugt solche Metalle elektrophoretisch beschichtet, die eine nichtleitende dün  ne Schicht, zB. eine Oxydschicht, besitzen oder   Metall-    legierungen, die unter Verwendung derartiger Metalle hergestellt, oder schliesslich Metalle oder andere Stoffe, die mit derartigen Metallen beschichtet wurden. Besondere Vorteile ergeben sich bei der Anwendung von   Alumi-    nium, bei dem die beschriebenen Effekte und Vorteile der elektrophoretischen Beschichtung unter gleichzeitiger Kantenabrundung am deutlichsten erkennbar sind.

  Gerade die einwandfreie elektrophoretische Lackierung von Aluminiumteilen ist von grosser wirtschaftlicher Bedeutung, da man beispielsweise beabsichtigt, im Transformatorenbau, speziell bei der Konstruktion mittelgrosser und grosser Einheiten, ab etwa 250 KVA, in Zukunft statt Kupfer Aluminium als Leitermaterial einzusetzen. Es ist nicht bzw. nur schwer möglich, den bisher verwendeten Kupferdraht einfach durch Aluminiumdraht zu ersetzen.



  Es würde dabei ein zu grosser Platzbedarf auftreten.



  Ausserdem bereitet das Ziehen von Aluminiumdraht erhebliche   Schwierigkeiten    im Hinblick auf die Masshaltigkeit des Durchmessers. Eine akzeptable Möglichkeit für den Einsatz von Aluminium im   Transformatorenbau    ist die Verwendung von Scheibenspulen, welche aus einem folienartigen Aluminiumband gewickelt sind. Eine derartige Bandwicklung lässt sich viel dichter anfertigen als eine Runddrahtwicklung, so dass die durch die   Runddrahtwicklung    bedingten Luftpolster wegfallen.



  Weiterhin ergeben sich daraus die Vorteile, dass die Kühlmöglichkeit für den Transformator infolge der wegfallenden Lufteinschlüsse bedeutend günstiger sind und sich der   SKIN Effekt    bei einem folienartigen Band bedeutend besser ausnutzen lässt, als dies bei Runddraht möglich ist. Dazu treten dann noch die wirtschaftlichen Vorteile des Aluminiums, wie niedriger Preis,   umEang-    reiche Lagerstätten, usw. Die   Vorteile    der   Widdung    aus Aluminiumband sind bereits seit Jahren von der Elektroindustrie klar erkannt worden. Trotzdem war es bisher schwierig, Aluminiumbänder für diesen Zweck einzusetzen. Alle Versuche, ein derartiges Band einwandfrei, also auch an den Kanten zu isolieren, scheiterten mangels entsprechender Möglichkeiten.

  Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es jedoch, auch dünne   Aluminium    bänder mit Hilfe eines besonderen Elektrophorese-Lakkes einwandfrei zu isolieren, wobei man
1. eine einwandfreie Kantenisolierung erzielt, die durch ein Abrunden der Kanten und Schnittgrade unterstützt wird;
2. eine elektrophoretische Beschichtung erhält, die auf dem Metall, vorzugsweise Aluminium, einwandfrei haftet.



   Das beschriebene Abrunden der Kanten wird im gleichen Bad, in dem die Beschichtung erfolgt, vorgenommen.



   Als Bindemittel für die elektrophoretische Beschichtung verwendet man ein in bezug auf Ammoniumionen kationenfreies und in bezug auf Alkali- und Erdalkaliionen ein kationarmes oder kationenfreies Bindemittel, d.h. aus dem Bindemittel dürfen sich keine dissoziierbaren CH-Gruppen bei der Elektrophorese bilden. Die elektrophoretische Beschichtung kann in Anwesenheit eines Hilfsstoffes, beispielsweise feingepulverter oder feingefällter Füllstoffe und nicht hydrolysierbarer Trockenstoffe, erfolgen. Als feingepulverte bzw. feingefällte Füllstoffe sind beispielsweise mikronisiertes oder gefälltes Siliziumdioxyd, fein bzw. ultrafein gefälltes Calciumcarbonat und dergleichen zu nennen. Nicht hydrolysierbare Trockenstoffe sind beispielsweise Naphthonate oder Octoate.



   Je nach dem Festkörpergehalt des Bades kann die Beschichtung bei einem pH zwischen 7,5 und 8,2 erfolgen, wobei man vorzugsweise ein Bindemittel auf öl   Phthalatharzbasis    benutzt. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung eines langöligen, kationenfreien, wasserverdünnbaren oder wassermulgierbaren Alkydharzes als Bindemittel.



   Das erfindungsgemässe Verfahren soll durch das folgende Beispiel (in der nachfolgenden Tabelle als Beispiel 1 bezeichnet) erläutert werden:
Die elektrophoretische Beschichtung erfolgte mit einem in bezug auf Ammoniumionen kationenfreien und in bezug auf Alkali- und Erdalkaliionen kationenarmen oder kationenfreien, wasserverdünnbaren, langöligen Alkydharz als Bindemittel, mikronisiertem Siliziumoxyd als Füllstoff und   Mangannaphthenat    als Trockenstoff.



  Die angegebenen Substanzen werden auf einer Walze verrieben und auf 100% mit entionisiertem Wasser aufgefüllt. Der pH-Wert wird mit Morpholin auf 7,9 bei   290C      eingesteilt.    Die spezifische Leitfähigkeit beträgt bei dieser Temperatur, welche auch gleichzeitig die Arbeitstemperatur ist, 984   I1S.    Dieser Lack wird in einem Beschichtungsbecken einem Umlauf unterworfen, so dass dieses Becken in einer Stunde etwa 3 bis 5 mal umgepumpt wird. Bei einem Elektrodenabstand von 105   mm    zu den Badkanten wird bei einer Spannung von 126 Volt beschichtet. Die Spannung sollte bei den angegebenen sonstigen Bedingungen ziemlich genau eingehalten werden.



   Ein Aluminiumband wird kontinuierlich durch dieses Lackbad geleitet. Die Eintauchlänge des Aluminiumbandes bestimmt die Durchlaufgeschwindigkeit der Anlage.



  Die Beschichtungszeit war bei diesem Versuch auf ca. 10 Stunden eingestellt, d.h. jedes Stück des   Aluminiumban.   



  des muss während des Durchlaufes 10 Sekunden im Bad verweilen. Nach Auftauchen aus dem Beschichtungsbad wird der mechanisch anhaftende Lack ohne vorherige Berührung mit mechanischen Teilen der Apparatur durch einen Wasserschleier abgespült. Bremsluftdüsen verhindern einen Rücklauf des Spülwassers in das Be   schichtungsbad.    Nach dem Abspülen werden noch anhaftende Wassertropfen durch Pressluft entfernt und das so beschichtete Band durch einen Einbrenntunnel geleistet. Die Länge des Einbrenntunnels richtet sich natürlich nach der Durchlaufgeschwindigkeit der Anlage.



  Die Einbrennzeiten richten sich in erster Linie nach den Bindemitteln. Sie lagen bei dem Versuch zwischen 200 und   2200C,    zwischen 45 Sekunden und 1 Minute.



   Es ist als vorteilhaft anzusehen, dass das frisch beschichtete Band vor dem Einbrennen nicht über Umlenkrollen geleitet wird. Man sollte also den Trockentunnel in einem Winkel von etwa 450C aufstellen. Um eine   Kaminwirkung    in diesem Trockentunnel zu verhindern, wird am Ende dieses Tunnels ein Luftpolster angeordnet.

 

  Dieses Luftpolster sorgt auch für eine schnelle Abkühlung des Aluminiumbandes, so dass dieses unmittelbar dahinter aufgespult werden kann.



   Untersuchungen ergaben, dass die Kantenabrundung bereits in der ersten Sekunde der Beschichtung erfolgt.



  Es wurden Bandproben kurzfristig durch einen Stromstoss bei entsprechenden Bedingungen dünn beschichtet.



  Auch diese Proben zeigten deutlich das Abrunden der Kanten. In der nachfolgenden Tabelle sind die Bedingungen einiger elektrophoretisch durchgeführter Metallbeschichtungen (Beschichtungen von Aluminium) zusammengestellt. Bei allen 4 Versuchen konnten Kantenabrun  dungen bei gleichzeitiger elektrophoretischer Beschichtung festgestellt werden.

 

   TABELLE Laufende Versuche-Nr.: 1   2    3 4 pH-Wert 7,9 7,6 7,6 8,0 Festkörpergehalt in % 8,592 10,121 10,5 11,5 spezifische Leitfähigkeit in   ssS    984 984 984 984 Badtemperatur in    C    29 31,5 27,5 30,5 Elektrodenabstand von den Kanten in mm 105 45 115 63 Bad spannung (Elektrodenspannung) in Volt 126 118 144 124
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren beschichteten Metallteile, insbesondere Aluminiumteile, lassen sich auf den unterschiedlichsten Gebieten einsetzen.



  Besonders vorteilhaft ist jedoch die Anwendung elektrophoretisch beschichteter Aluminiumteile, insbesondere Aluminiumbänder, für elektrotechnische Zwecke, beispielsweise im Transformatorenbau. 

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   I. Verfahren zur elektrophoretischen Beschichtung von Metallteilen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretische Beschichtung in Anwesenheit eines wasserverdünnbaren oder wasseremulgierbaren organischen Bindemittels bei einer Elektrodenspannung von 124 bis 155 Volt, einer Badtemperatur von 27 bis 320C und einem Elektrodenabstand von 35 bis 115 mm durchgeführt wird.

   II. Verwendung der nach dem Verfahren von Patentanspruch 1 elektrophoretisch beschichteten Metallteile für elektrotechnische Zwecke.

   UNTERANSPRüCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass solche Metalle elektrophoretisch beschichtet werden, die eine dünne nichtleitende Schicht, vorzugsweise Oxydschicht, besitzen und dass in bezug auf Ammoniumionen kationenfreie und in bezug auf Alkali- und Erdalkaliionen kationenarme oder kationen freie Bindemittel verwendet werden.

   2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf Öl-Phthalatharzbasis bestehen.

   des Bindemittel verwendet wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung bei einem pH zwischen 7,5 und 8,2 erfolgt.

   4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrophoretische Beschichtung in Anwesenheit von Lackhilfsstoffen, insbesondere feinpulverisierter oder feingefällter Füllstoffe und nicht hu- drolysierbarer Trockenstoffe, durchgeführt wird.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I oder einem der vorangehenden Unteransprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in bezug auf Ammoniumionen kationenfreies u. in bezug auf Alkali- u. Erdalkaliionen kationenarmes oder kationenfreies, wasserverdünnbares oder wasseremulgierbares, langöliges Alkydharz oder eine Mischung dieses Alkydharzes als Bindemittel, ein feingepulverter oder feingefällter Füllstoff bzw. eine Füllstoffmischung, insbesondere Siliziumdioxyd, sowie ein nicht hydrolysierbarer Trockenstoff bzw.

   Trockenstoffmischung verrieben und mit entionisiertem Wasser aufgefüllt, als elektrophoretisches Bad verwendet, auf einen pH zwischen 7,5 und 8,2 bei einer Badtemperatur zwischen 27 bis 320C eingestellt wird, dass die Beschichtung bei einer Elektro denspannung von 124 bis 125 Volt bei einem Elektrodenabstand von 35 bis 115 mm erfolgt, wobei zweckmässig der so zusammengesetzte Lack im Beschichtungsbecken einem Umlauf unterworfen und nach Beendigung des Verfahrens der mechanisch anhaftende Lack abgespült und das beschichtete Metallteil durch einen Einbrenntun nel bzw. durch eine Einbrennzone geleitet wird.