WO2000016931A1 - Verfahren zur beschichtung einer oberfläche mit einem trennmittel - Google Patents

Verfahren zur beschichtung einer oberfläche mit einem trennmittel Download PDF

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Peter Matje
Hans-Uwe Roehlinger
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Elektroschmelzwerk Kempten GmbH
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns

Definitions

  • the invention relates to methods for coating a surface with a release agent.
  • a preheated aluminum block (Al block) with a preferably round cross-section is pressed over a recipient (container) by means of a press ram through the shaping press tool, thus formed into a profile and then cooled after leaving.
  • the front part of the press ram also called the press disk, must perform the following tasks: 1. It must seal the recipient against the direction of the press; 2. It must separate itself slightly from the aluminum when the plunger is pulled back.
  • the remaining aluminum baling residue is removed with a shear knife (baling shear) before the next AI block is processed.
  • Carbon black is used as a common release agent to separate the pressure plate and the AI block; the soot is deposited on an end face of the Al block by burning an acetylene flame. This process must be repeated for each new AI block. Oils are usually used to coat the press scissors, which evaporate on contact with the hot AI and thereby achieve a separating effect.
  • pigment-free recipes are used, which are based on water or mineral oils with additives.
  • pigment-containing formulations of release agents are also used.
  • the pigments used comprise a whole series of solids such as, for example, graphite, MoS 2 , BN or talc.
  • soot As a special case, all the release agents known to date have in common that they must be used in the form of liquid suspensions or emulsions. They are usually applied by spraying onto warm to very hot surfaces. At high temperatures, there is a risk of ignition of volatile components or existing solvents or loss of the active ingredient if it evaporates suddenly in contact with the hot surface. In addition, the evaporation products represent a considerable burden on the ambient air, which is further increased by the formation of decomposition products. As a rule, a large part of the components end up in the water cycle, which is installed in the area of the systems, and must be removed at this point in a time-consuming process.
  • the coating should be applied evenly, quickly and economically.
  • the object is achieved by a method which is characterized in that a BN powder is applied to the surface by means of an electrostatic coating.
  • the surface to be coated can e.g. around the surface of the molding die, e.g. the press disk or the press scissors act. In principle, however, it is also possible to treat the surface of the non-ferrous metal that is contacted with the press ram. Since the separating layer applied by means of the method according to the invention has good surface adhesion, the surfaces of the shaping press tool which come into contact with the non-ferrous metal are preferably treated, since this treatment must be repeated after 3 press cycles at the earliest.
  • Some powders include high consumption, an irregular coating of the surface, and clogging of the nozzle of the application device.
  • An irregular coating can lead to an uncontrollable sticking or sticking of the non-ferrous metal at the contact point of the non-ferrous metal with the metallic material.
  • BN powders which have a fineness corresponding to a specific surface area of 10-50 m 2 / g are preferably used.
  • the BN powders particularly preferably have a specific surface area of 10-30 m 2 / g, in particular a specific surface area of 10-20 m 2 / g.
  • the powder also preferably has a boric acid and boron oxide content, given as B 2 O 3, below 5%, particularly preferably below 0.5%.
  • B 2 O 3 a boric acid and boron oxide content
  • the content of the various boric acids such as, for example, meta or ortho boric acid and of boron oxides is, as is customary in the prior art, indicated as B 2 0 3 content after their analysis.
  • the moisture content of the powder is preferably indicated as H 2 0 content less than 1%, particularly preferably less than 0.2%.
  • the BN powder is fluidized in a storage container with a fluidizing gas.
  • the fluidizing gas is usually compressed air.
  • Other inert gases such as N 2 , noble gases or gas mixtures can also be used.
  • the fluidized BN powder is charged electrostatically. This is done, for example, as is customary for powder coatings, in a commercially available paint spraying device for powder coatings. A voltage of 75-80 kV is preferably used to charge the BN particles.
  • the fluidized BN powder is sprayed onto the surface when loaded and evenly coats the intended parts. This is done analogously to a conventional powder coating.
  • the throughput of BN powder is preferably adjusted to the values suitable for coating by the conveying gas pressure and the nozzle geometry (especially the nozzle diameter).
  • the conveying air is therefore preferably used at 0.5 - 1.5 bar, the fluidizing air at 0.3 - 0.8 bar.
  • the total air volume is about 5 - 8 m 3 / hour.
  • BN powders applied by means of the process according to the invention have a sufficiently high adhesion to the medium to be coated (for example a press disk), without the addition of binders being necessary.
  • the invention thus also relates to the use of BN powders as a release agent in the shaping of non-ferrous metals and a release agent consisting of BN powder.
  • BN powders are preferably the BN powders mentioned as being preferred.
  • the coating carried out by means of the method according to the invention is more durable than the conventional release agent coating. It enables multiple
  • the coating method according to the invention has proven to be extremely simple, quick and convenient to carry out.
  • Powders suitable for use in the process according to the invention are available on the market in a wide range of properties.
  • Suitable for use in the process according to the invention can also be made from commercially available hexagonal BN powder.
  • the B 2 0 3 content of the powder is reduced by washing z. B. with water or alcohols to the desired value.
  • Excessively high moisture contents may be reduced by means of drying, for example in conventional drying cabinets, with protective gas or vacuum drying in order to achieve the values necessary for the powder according to the invention.
  • the bulk density of the BN powder required according to the invention is optionally adjusted by grinding the possibly pretreated BN powder. It is important to ensure that there is no excessive moisture absorption during grinding.
  • BN powder and the outstanding separating effect of BN compared to AI.
  • the use of the powder is not limited to AI; the application of BN powder according to the invention by means of electrostatic coating without any binders and free of other substances such as solvents is also suitable for processing a number of other non-ferrous metals such as e.g. B. Cu, Zn, Mg, Pb, Sn or their alloys are suitable.
  • the invention therefore also relates to the use of the method according to the invention for coating surfaces when extruding non-ferrous metals.
  • the non-ferrous metals are preferably Cu, Zn, Mg, Pb, Sn and their alloys.
  • Example 1 The following examples serve to further describe the invention: Example 1;
  • BET surface area of 14.5 m 2 / g, a B 2 0 3 content of 0.12%, a moisture content of 0.25% H 2 0 and a bulk density of 0.55 g / cm 3 (powder I) was ground in a pin mill with a throughput of 20 kg / hour.
  • the powder thus obtained (Powder II) had a spec.
  • Powder II was electrostatically coated (Fa.
  • Fluidizing air 5 m 3 / h Amount of air for conveying
  • a press disk with a diameter of 20 cm.
  • a hexagonal BN powder with a fineness corresponding to a specific surface area of 6 m 2 / g and a B 2 0 3 content of 9% (powder III) with a bulk density of 0.6 g / cm 3 was ground in a ball mill a specific surface area of 15m 2 / g was reached.
  • the powder IV thus obtained was dispersed several times with water and washed out until the B 2 0 3 content was reduced to 0.1%. Finally, the powder was dried in vacuo at 60 ° C. to a residual moisture of 0.2% and ground in a rotor mill to destroy the agglomerates.
  • the consumption corresponded to the value from Example 1.
  • the coating was uniform and allowed to use press disks that had come into contact with the layer three times before renewed coating to form Al.

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Abstract

Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel, dadurch gekennzeichnet, dass ein BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird.

Description

Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem
Trennmittel
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel.
Die Probleme, die bei der Formgebung von Nichteisenmetallen auftreten, werden im Folgenden am Beispiel der Aluminiumformgebung dargelegt. Die Verarbeitung von Aluminiumblöcken zu Profilen erfolgt bei typischen
Verarbeitungstemperaturen von etwa 450°C mittels Strangpressen (Extrudieren) . Dabei wird ein vorgewärmter Aluminiumblock (AI- Block) mit vorzugsweisem rundem Querschnitt über einen Rezipienten (Container) mittels Preßstempel durch das formgebende Preßwerkzeug gedrückt, so zu einem Profil geformt und dann nach Verlassen abgekühlt. Der vordere Teil des Preßstempels, auch Preßscheibe genannt, muß folgende Aufgaben erfüllen : 1. Er muß den Rezipienten entgegen der Preßrichtung abdichten; 2. Er muß sich beim Zurückziehen des Preßstempels leicht vom Aluminium trennen.
Der verbleibende Al-Preßrest wird mit einem Schermesser (Preßrestschere) entfernt, bevor der nächste AI-Block zur Verarbeitung gelangt .
Aufgrund der überaus hohen Korrosion, die gängige metallische Werkstoffe gegenüber Aluminium und anderen Nichteisenmetallen bei typischen Verarbeitungstemperaturen zeigen, müssen Kontaktstellen zwischen Nichteisenmetall und der Form mit sogenannten Trennmitteln behandelt sein, damit ein störungsfreier Betrieb möglich ist.
Als gängiges Trennmittel kommt Ruß zur Trennung von Preßscheibe und AI-Block zum Einsatz; dabei wird der Ruß durch Verbrennung einer Azetylenflamme auf einer Stirnfläche des AI-Blockes abgeschieden. Dieser Vorgang muß bei jedem neuen AI-Block wiederholt werden. Zur Beschichtung der Preßrestschere werden üblicherweise Öle eingesetzt, die beim Kontakt mit dem heißen AI verdampfen und dadurch eine Trennwirkung erreichen.
Nicht nur beim Strangpressen sondern bei allen Verfahren zur Formgebung von Nichteisenmetallen wie z.B. Kokillenguß, Niederdruckguß, Druckguß, Strangguß werden Trennmittel eingesetzt .
In der Regel kommen pigmentfreie Rezepturen zum Einsatz, die auf der Basis Wasser oder Mineralöle mit Zusatzstoffen aufgebaut sind. In einigen Fällen finden auch pigmenthaltige Rezepturen von Trennstoffen Verwendung. (Siehe beispielsweise EP 810046.) Die eingesetzten Pigmente umfassen eine ganze Reihe von Feststoffen wie z.B. Graphit, MoS2, BN oder Talkum.
Sieht man von der o.a. in situ Bildung von Ruß als Sonderfall ab, so ist allen bislang bekannten Trennmitteln gemeinsam, daß sie in Form von flüssigen Suspensionen oder Emulsionen angewendet werden müssen. Üblicherweise erfolgt deren Auftrag durch Aufsprühen auf die warmen bis sehr heißen Flächen. Bei hohen Temperaturen besteht dabei die Gefahr der Entzündung leicht flüchtiger Komponenten oder vorhandener Lösemittel oder des Verlusts des Wirkstoffs beim plötzlichen Verdampfen im Kontakt mit der heißen Oberfläche. Darüber hinaus stellen die Verdampfungsprodukte eine erhebliche Belastung für die Umgebungsluft dar, die durch die Entstehung von Zersetzungsprodukten noch erhöht wird. In aller Regel gelangen ein großer Teil der Komponenten in den Wasserkreislauf, der im Bereich der Anlagen installiert ist und müssen an dieser Stelle aufwendig beseitigt werden.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel zur Verfügung zu stellen, das nicht mit den genannten Problemen des Standes der Technik behaftet ist. Dabei soll die Beschichtung gleichmäßig, schnell und sparsam erfolgen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird.
Bei der zu beschichtenden Oberfläche kann es sich z.B. um die Oberfläche des formgebenden Preßwerkzeugs, z.B. der Preßscheibe oder der Preßrestschere, handeln. Prinzipiell ist es jedoch ebenso möglich, die Oberfläche des Nichteisenmetalls, die mit dem Preßstempel kontaktiert wird, zu behandeln. Da die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgetragene Trennschicht eine gute Oberflächenhaftung besitzt, wird vorzugsweise die mit dem Nichteisenmetall in Kontakt kommenden Oberflächen des formgebenden Preßwerkzeugs behandelt, da diese Behandlung frühestens nach 3 Preßzyklen wiederholt werden muß.
Es zeigte sich, daß nicht alle BN-Pulver gleichermaßen gut zur Beschichtung geeignet sind. Manche Pulver führen u.a. zu einem hohen Verbrauch, einer unregelmäßigen Beschichtung der Oberfläche, und einem Verstopfen der Düse der Auftragvorrichtung.
Eine unregelmäßige Beschichtung kann zu einem unkontrollierbaren Kleben oder Anhaften des Nichteisenmetalls an der Kontaktstelle des Nichteisenmetalls mit dem metallischen Werkstoff führen.
Vorzugsweise werden BN-Pulver eingesetzt, die eine Feinheit entsprechend einer spezifischen Oberfläche von 10-50 m2/g haben. Besonders bevorzugt haben die BN-Pulver eine spezifische Oberfläche von 10-30 m2/g, insbesondere eine spezifische Oberfläche von 10-20 m2/g.
Das Pulver besitzt ferner vorzugsweise einen Gehalt an Borsäure und Boroxiden angegeben als B203 unter 5 % besonders bevorzugt unter 0,5 %. Der Gehalt an den verschiedenen Borsäuren wie z.B. meta-, oder ortho- Borsäure und an Boroxiden wird dabei, wie im Stand der Technik üblich, nach ihrer Analyse als B203 Gehalt angegeben. Vorzugsweise ist der Feuchtegehalt des Pulvers angegeben als H20 Gehalt kleiner 1 %, besonders bevorzugt kleiner 0,2 %.
Insbesondere bevorzugt sind Pulver deren Schüttdichte unter 0,5 g/cm3 , insbesondere unter 0,3 g/cm3 liegt.
Insbesondere bevorzugt sind BN-Pulver, die alle genannten Parameter erfüllen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das BN- Pulver in einem Vorlagebehälter mit einem Fluidisiergas fluidisiert. Das Fluidisiergas ist üblicherweise Preßluft. Andere inerte Gase wie z.B. N2, Edelgase oder auch Gasgemische können ebenso verwendet werden.
Das fluidisierte BN-Pulver wird elektrostatisch aufgeladen. Dies geschieht beispielsweise, wie für Pulverlacke üblich, in einer handelsüblichen Farbspritzvorrichtung für Pulverlacke. Zur Aufladung der BN-Partikel wird vorzugsweise mit einer Spannung von 75 - 80 kV gearbeitet.
Das fluidisierte BN-Pulver wird im geladenen Zustand auf die Oberfläche aufgesprüht und beschichtet gleichmäßig die vorgesehenen Teile. Dies geschieht analog einer üblichen Pulverbeschichtung .
Vorzugsweise wird der Durchsatz an BN-Pulver durch den Fördergasdruck und die Düsengeometrie (vor allem den Düsendurchmesser) auf die jeweils zur Beschichtung geeigneten Werte eingestellt. Die Förderluft wird daher vorzugsweise mit 0,5 - 1,5 bar eingesetzt, die Fluidisierluft mit 0,3 - 0,8 bar. Die Gesamtluftmenge beträgt etwa 5 - 8 m3/Std.
Die Handhabung kann entweder manuell erfolgen - es ist jedoch ohne weiteres eine vollautomatische Durchführung des Verfahrens möglich. Durch Variation der Spannung und des Drucks läßt sich die Auftragsmenge und die Haftung regeln. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgebrachten BN-Pulver eine ausreichend hohe Haftung an dem zu beschichtenden Medium (z.B. einer Preßscheibe) haben, ohne daß ein Zusatz von Bindemitteln nötig ist .
Die Erfindung betrifft somit auch die Verwendung von BN-Pulvern als Trennmittel bei der Formgebung von Nichteisenmetallen sowie ein Trennmittel bestehend aus BN-Pulver. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die als bevorzugt genannten BN-Pulver.
Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgte Beschichtung ist langlebiger als die herkömmliche Trennmittelbeschichtung. Sie ermöglicht eine mehrfache
Wiederholung des Strangpreßzyklus, bevor ein erneuter Auftrag erforderlich wird.
Es zeigt sich, daß die Beschichtung ebenfalls an Ecken und Kanten erfolgt und darüberhinaus um diese herum verläuft .
Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren hat sich als außerordentlich einfach, schnell und bequem in der Durchführung herausgestellt .
Zum Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Pulver sind in einem breiten Spektrum an Eigenschaften am Markt erhältlich.
Die Herstellung eines BN-Pulvers, das vorzugsweise für den
Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, kann auch aus handelsüblichem hexagonalen BN-Pulver erfolgen.
Sollte der Gehalt der herkömmlichen Pulver an Borsäuren und B203 zu hoch liegen, so wird der B203 Gehalt des Pulvers durch Waschen z. B. mit Wasser oder auch Alkoholen auf den gewünschten Wert eingestellt. Zu hohe Feuchtegehalte werden mittels Trocknung z.B. in üblichen Trockenschränken u.U. mit Schutzgas oder Vakuumtrocknung vermindert, um die für das erfindungsgemäße Pulver notwendigen Werte zu erreichen.
Die erfindungsgemäß notwendige Schüttdichte des BN-Pulvers wird ggf. durch Mahlung der evtl. vorbehandelten BN-Pulver eingestellt. Dabei ist vorzugsweise darauf zu achten, daß während der Mahlung keine zu starke Feuchtigkeitsaufnahme erfolgt .
Als Mahlaggregate kommen eine Reihe üblicher "trockener" Verfahren wie z.B. mittels Stiftmühlen, Rotormühlen, Kugelmühlen in verschiedenen Ausführungsformen zum Einsatz.
In Versuchen bestätigte sich die einfache Aufbringung des BN- Pulvers und die überragende Trennwirkung von BN gegenüber AI . Die Verwendung der Pulver ist nicht auf AI beschränkt; das erfindungsgemäße Auftragen von BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung ohne jegliche Bindemittel und frei von sonstigen Stoffen wie Lösemitteln ist auch für die Verarbeitung einer ganzen Reihe von anderen Nichteisenmetallen wie z. B. Cu, Zn, Mg, Pb, Sn oder deren Legierungen geeignet.
Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beschichtung von Oberflächen beim Strangpressen von Nichteisenmetallen.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Nichteisenmetallen um Cu, Zn, Mg, Pb, Sn und deren Legierungen.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Beschreibung der Erfindung: Beispiel 1;
Ein unter der Bezeichnung Sl bei Elektroschmelzwerk Kempten GmbH, München käuflich erhältliches BN-Pulver mit einer Feinheit entsprechend einer spez . Oberfläche nach BET von 14,5 m2/g, einem B203-Gehalt von 0,12 %, einer Feuchte von 0,25 % H20 und einer Schüttdichte von 0,55 g/cm3 (Pulver I) wurde in einer Stiftmühle mit 20 kg/Stunde Durchsatz gemahlen. Das so erhaltene Pulver (Pulver II) hatte eine spez. Oberfläche nach BET von 14,5 m2/g, einen B203-Gehalt von 0,2 %, eine Feuchte von 0,3 % und eine Schüttdichte von 0,2 g/cm3.
Pulver II wurde mittels elektrostatischer Beschichtung (Fa.
Gema) , (80 kV; 0,8 bar Förderluft eingangsseitig, 0,4 bar
Fluidisierungsluft , 5 m3/Std. Luftmenge zum Fördern) auf eine Preßscheibe eines Durchmessers von 20 cm aufgebracht. Das
Pulver schlug sich augenblicklich gleichmäßig auf der
Preßscheibe nieder. Es werden ca. 0,5 g BN-Pulver verbraucht.
Erst nach weiteren drei Strangpreßzyklen war eine erneute
Beschichtung erforderlich.
Beispiel 2 ;
Ein hexagonales BN-Pulver mit einer Feinheit entsprechend einer spezifischen Oberfläche von 6 m2/g und einem B203-Gehalt von 9 % (Pulver III) mit einer Schüttdichte zu 0,6 g/cm3 wurde in einer Kugelmühle gemahlen bis eine spezifische Oberfläche von 15m2 /g erreicht war. Das so erhaltene Pulver IV wurde mehrfach mit Wasser dispergiert und ausgewaschen, bis der B203 Gehalt auf 0,1 % reduziert war. Abschließend wurde das Pulver im Vakuum bei 60 °C bis zu einer Restfeuchte von 0,2 % getrocknet und in einer Rotormühle zur Zerstörung der Agglomerate gemahlen. Mit dem so erhaltenen Pulver V (Schüttdichte 0,19 g/cm3, übrige Parameter wie genannt) wurde ein AI-Block, wie in Beispiel 1 beschrieben, elektrostatisch beschichtet. Der Verbrauch entsprach dem Wert aus Beispiel 1. Die Beschichtung war gleichmäßig und erlaubte mit der Schicht in Kontakt gekommene Preßscheiben dreimal vor einer erneuten Beschichtung zur Formgebung von AI einzusetzen.

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Beschichtung einer Oberfläche mit einem Trennmittel, dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver mittels elektrostatischer Beschichtung auf die Oberfläche aufgebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das BN-Pulver in einem Vorlagebehälter mit einem Fluidisiergas fluidisiert wird, das fluidisierte BN-Pulver elektrostatisch aufgeladen wird und das fluidisierte BN-Pulver im aufgeladenen Zustand auf die zu beschichtende Oberfläche aufgesprüht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufladung der BN-Partikel mit einer Spannung von 75 - 80 kV erfolgt .
4. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidisiergas Preßluft oder ein inertes Gas ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit einem Förderluftdruck von 0,5 - 1,5 bar, einer Fluidisierluft von 0,3 - 0,8 bar und einer Gesamtluftmenge von etwa 5 - 8 m3/Std erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver eingesetzt wird, welches eine Feinheit entsprechend einer spezifischen Oberfläche von 10-50 m2/g hat.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver eingesetzt wird, das einen Gehalt an Borsäure bzw. Boroxiden angegeben als B203 unter 5 % hat.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver eingesetzt wird, das einen Feuchtegehalt angegeben als H20 Gehalt kleiner 1 % hat .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß ein BN-Pulver eingesetzt wird, das eine Schüttdichte unter 0,5 g/cm3 hat.
10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Beschichtung von Oberflächen beim Strangpressen von Nichteisenmetallen .
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