DE102008006147A1 - Reinigungssystem für metallische und keramische Oberflächen - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reinigungsmittel zur Reinigung von metallischen und keramischen Oberflächen, insbesondere von Gießwerkzeugen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reinigungsmittel zur Reinigung von metallischen und keramischen Oberflächen, insbesondere von Gießwerkzeugen.
- Zum Gießen schmelzflüssiger Werkstoffe werden üblicherweise Werkzeuge eingesetzt, die bevorzugt aus Werkzeugstählen bestehen, da deren Rekristallisations- und/oder Umwandlungstemperaturen deutlich über denen der schmelzflüssigen Leichtmetallwerkstoffe liegen. Bei den Gießvorgängen ist es für die Erzielung von glatten Oberflächen an den herzustellenden Gussteilen erforderlich, dass die flüssige Schmelze beispielsweise in der Form einer Leichtmetalllegierung und insbesondere einer Aluminiumlegierung nicht an der Oberfläche des Gießwerkzeugs anhaftet. Zu diesem Zweck werden auf die Oberflächen der Gießwerkzeuge Trennmittel und Schlichtsysteme aufgebracht, die eine Anhaftung des schmelzflüssigen Metalls an dem Gießwerkzeug unterbindet. Um sicherzustellen, dass die Trennmittel beziehungsweise Schlichtesysteme an den Werkzeugoberflächen haften, müssen diese gereinigt werden.
- Die Reinigung kann unter Einhaltung der folgenden Verfahrensschritte erfolgen:
Zunächst werden die Werkzeugoberflächen mittels eines Hochdruckwasserstrahls mit einem Druck von bis zu 3000 bar gereinigt. Bei dieser Hochdruckreinigung mit Wasser werden die sich auf dem Werkzeug abgelagerten Gießreste entfernt. Aufgrund des Kontaktes mit dem Wasser kann sich jedoch an den Werkzeugoberflächen eine Rostschicht ausbilden. - Im Anschluss an die Hochdruckreinigung wird in einem Zwischenschritt die Werkzeugoberfläche mittels eines Strahlgranulats gestrahlt und gereinigt. Hierzu wird ein Granulat mit einer Korngröße von 0,3 bis 0,6 mm verwendet. Das Strahlen des Werkzeugs bringt jedoch eine Beschädigung der Werkzeugoberfläche mit sich, was wiederum zu Ungenauigkeiten im Gießprodukt führt. Dies hat zur Folge, dass nach mehreren Reinigungen und somit mehreren Strahlvorgängen die Werkzeuge nachbearbeitet werden müssen. Ein Nachbearbeiten ist beispielsweise ein Aufschweißen neuen Materials an durch das Strahlen bestätigten Stellen des Werkzeugs.
- Nachteilig bei einem derartigen Strahlen ist auch, dass das Granulat wiederverwendet wird, wodurch zerschlagenes Granulat wie auch abgetragenes Material des Werkzeugs und der Reste der Schmelze in das Strahlgranulat gelangen. Dies kann dazu führen, dass insbesondere die kleineren Bestandteile des Granulats mit einer Größe von < 0,1 mm beim Auftreffen auf das Werkzeug an der Werkzeugoberfläche beispielsweise durch mechanisches Verklammern an der Werkzeugoberfläche anhaften, was wiederum zu Fehlstellen an der Oberfläche führt.
- Um die mittels Hochdruckreinigung und Strahlen gereinigte Werkzeugoberflächen wieder zum Gießen verwenden zu können, wird auf die Oberfläche eine Schlichte aufgetragen. Bevorzugt werden Natrium- oder Kalium-Wasserglas-Schlichten verwendet. Die auf das Werkzeug aufgetragenen Schichten werden mit dem Werkzeug auf ca. 250° erwärmt, so dass sich an der Oberfläche des Gießwerkzeugs eine gegen die flüssige Schmelze resistente Schicht ausbildet. Problematisch ist, dass eine homogene Haftung durch die Verunreinigungen der Oberfläche nicht gegeben ist.
- Ein weiteres Problem kann sich dadurch ergeben, dass das Gussobjekt beim Abkühlen der Aluminiumschmelze schrumpft, wobei die von der Schlichte umschlossenen Verschmutzungen des Werkzeugs wie auch die in der Schlichte selbst zu Rissen in dem Bindesystem führt. Diese Risse führen zu einer nichtgewollten Diffusion des Aluminiums zum Stahl des Grundwerkstoffs.
- Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Reinigungsmittel anzugeben, welches die Reinigung von metallischen und keramischen Oberflächen insbesondere von Gießwerkzeugen verbessert.
- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Reinigungsmittel zur Reinigung von metallischen und keramischen Oberflächen mit mindestens den folgenden Bestandteilen:
- – 0,5 bis 2 Gew.-% Gelatine,
- – 0,5 bis 3 Gew.-% nicht-ionische Tenside,
- – 1 bis 5 Gew.-% Milchsäure,
- – 1 bis 5 Gew.-% Zitronensäure-Monohydrat in gepulverter Form,
- – 10 bis 50 Gew.-% Orthophosphate,
- – 1 bis 5 Gew.-% Bismut aufweist, gelöst in
- – vollentsalztem Wasser mit einer Keimzahl < 100 Keime/ml.
- Es hat sich gezeigt, dass auf den als zweiten Schritt beschriebenen Reinigungsschritt des Strahlens der zu reinigenden Oberfläche verzichtet werden kann und damit die mit den Strahlvorgängen verbundenen Nachteile ausgeschlossen werden, wenn anstelle dessen die metallische oder keramische Oberfläche mit dem erfindungsgemäßen Reinigungsmittel behandelt wird. In dieses Reinigungsmittel wird das Werkzeug nach der Behandlung mittels des Hochdruckwasserstrahls zur Reinigung eingetaucht. Alternativ ist es möglich, den Reiniger auf das Werkzeug aufzusprühen. Um den Reiniger sprühbar zu gestalten, wird ihm ein Verdickungsmittel beispielsweise in der Form eines Natriummetasilikats zugesetzt. Das Mischungsverhältnis des Reinigungsmittels besitzt anteilig 2% bis 10% eines Verdickungsmittels.
- Das Reinigungsmittel, das auf die zu reinigende Oberfläche kalt aufgebracht wird, bewirkt einerseits, dass Zunder (Fe3O4) und unter anderem verkräckte organische Bestandteile wie beispielsweise Fett, Schmutz etc. von der Oberfläche abgelöst werden. Die im Reiniger vorhandenen nicht-ionischen Tenside sowie Milch- und Zitronensäure verhindern hierbei das Auftreten einer Oberflächenspannung und unterwandern die organischen Substanzen, so dass diese von der Oberfläche abgelöst werden. Gleichzeitig bewirken die im Reinigungsmittel enthaltenen Phosphate, dass sich ein mit dem Grundwerkstoff (Eisen oder Eisenbasislegierung) gebundenes Eisenphosphit als Schutzschicht auf der Werkzeugoberfläche ausbildet. Die Eisenphosphitschicht bildet einen Korrosionsschutz, und gleichzeitig dient die sich einstellende Oberflächenstruktur als Haftvermittler für die aufzubringende Schlichte. Die Zugabe der Gelatine als Dispergiermittel und Potentialausgleichssystem wirkt dabei zusätzlich als Diffusionssperre. Die anorganischen Bestandteile und metallischen Ionen in der Gelatine werden ab 250°C in die sich polymerisierende chemische Bindung zum Metall als gleichmäßig verteiltes Nanosystem eingebunden.
- Die derartig behandelten Oberflächen werden absolut rückstandsfrei gereinigt und gleichzeitig passiviert, so dass jeder weitere Oberflächenauftrag gleichmäßig und dauerhaft aufbringbar ist. Auf die derartig gereinigte und passivierte Oberfläche sind beispielsweise Trennmittel, Schlichten oder auch Lacke auftragbar. Die erfindungsgemäße Reinigung und Passivierung erhöht somit die Lebensdauer und die Funktionalität der so behandelten Werkzeuge.
- Nach der so erfolgten Reinigung wird die Schlichte, die beispielsweise eine Natrium- oder Kalium-Wasserglas-Schlichte sein kann, auf die Werkzeugoberfläche aufgebracht. Die zur Applikation der Schlichte notwendige Erwärmung führt zur Polykondensation des Phosphatsystems und deren organischen Komponenten.
- Das eingesetzte Reinigungsmittel kann zusätzlich 1% bis 10% Molybdänsulfid enthalten. Die Orthophosphate, deren Anteil vorzugsweise 10 Gew.-% bis 40 Gew.-% beträgt, können in der Form von Zn-Phosphat, Al-Phosphat, Mn-Phosphat, Titan-Phosphat und Fe-Phosphat oder einem Gemisch daraus vorliegen.
- In Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Anteil des vollentsalzten Wassers 70 Gew.-% bis 80 Gew.-% des Reinigungsmittels. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Anteil der Gelatine 1 Gew.-% bis 2 Gew.-% und insbesondere 1,5 Gew.-%, und beträgt der Anteil an nicht-ionischen Tensiden 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% und insbesondere 1 Gew.-%. Der Anteil der Milchsäure liegt bevorzugt zwischen 2 Gew.-% und 4 Gew.-% und insbesondere bei 2,5 Gew.-%. Schließlich sollte der Anteil des Zitronensäure-Monohydrats zwischen 2 Gew.-% und 4 Gew.-% und insbesondere bei 2,5 Gew.-% liegen.
Claims (9)
- Reinigungsmittel zur Reinigung von metallischen und keramischen Oberflächen mit folgenden Bestandteilen: – 0,5 bis 2 Gew.-% Gelatine, – 0,5 bis 3 Gew.-% nicht-ionische Tenside, – 1 bis 5 Gew.-% Milchsäure, – 1 bis 5 Gew.-% Zitronensäure-Monohydrat in gepulverter Form, – 10 bis 40 Gew.-% Orthophosphate, – 1 bis 5 Gew.-% Bismut und/oder Molybdändisilfid aufweist, gelöst in – vollentsalztem Wasser mit einer Keimzahl < 100 Keime/ml.
- Reinigungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Orthophosphate in der Form von Zn-Phosphat, Al-Phosphat, Mn-Phosphat, Titan-Phosphat und Fe-Phosphat oder einem Gemisch daraus vorliegen.
- Reinigungsmittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Gelatine 1 bis 2 Gew.-% und insbesondere 1,5 Gew.-% beträgt.
- Reinigungsmittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an nicht-ionischen Tensiden 0,5 bis 2 Gew.-% und insbesondere 1 Gew.-% beträgt.
- Reinigungsmittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Milchsäure 2 bis 4 Gew.-% und insbesondere 2,5 Gew.-% beträgt.
- Reinigungsmittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Zitronensäure-Monohydrats 2 bis 4 Gew.-% und insbesondere 2,5 Gew.-% beträgt.
- Reinigungsmittel zum Reinigen von metallischen und keramischen Oberflächen nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmittel 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% eines Verdickungsmittels aufweist.
- Reinigungsmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdickungsmittel ein Natriummetasilikat ist oder enthält.
- Verfahren zum Reinigen von metallischen oder keramischen Bauteilen, bei welchem die Bauteiloberfläche mittels eines Hochdruckwasserstrahls gereinigt wird, anschließend die Bauteiloberfläche gereinigt wird, indem das Bauteil in ein Reinigungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingetaucht wird oder das Reinigungsmittel nach den Ansprüchen 7 und 8 auf die Bauteiloberfläche gesprüht wird, und auf die gereinigte Oberfläche eine Schlichte und/oder ein Trennmittel aufgetragen wird.
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