DE1928307A1 - Chemisches Aufhellen eisenhaltiger Oberflaechen von Werkstuecken - Google Patents

Description

• Chemisches Aufhellen eisenhaltiger Oberflächen von Werkstücken, Diese Erfindung betrifft das Aufhellen eisenhaltiger Oberflächen von Werkstücken und insbesondere verbesserte Aufhellungslösungen und Verfahren ihrer Anwendung, um Werkstücke besser, schneller und wirtschaftlicher zu reinigen, die eine eisenhaltige Oberfläche in der Art von Stahl, Temperguß oder Gußeisen oder Legierungen davon aufweisen.
• Verfahrenslösungen zum Reinigen eisenhaltiger Oberflächen wie beispielsweise eine Stahloberfläche, sind formuliert worden, um die Werkstücke durch die Wirkung der Lösung und die gesteuerte Auflösung des Metalls chemisch aufz-uheflen. Es sind verschiedene Verfahren angewendet worden, welche von der elektrochemischen Wirkung für die Aufhellungswirkung abhängig sind. Einige von ihnen basieren auf der chemischen Wirkung von sauren und oxydierenden Mitteln und einige verwenden Wasserstoffperoxyd als ein oxydierendes Mittel, um die Aufhellungswirkung zu unterstützen.
• Die allgemeine Theorie für das chemische Aufhellen besteht darin, daß die Stahl- 6der Eisenoxyde, die bilden- und auflösen, einenchemischen Film auf der Oberfläche vorsehen, der mehr und mehr an gelöstem Metall zunimmt bis ein Gleichgewicht zwischen dem Grad der- Auflösung und der Diffusion in den Körper der Lösung erreicht und die chemische Wirkung verlangsamt oder beendet ist. Eine andere Chemikalie kann einer solchen Lösung beigemenge werden, die Tonen enthält, welche die Oxydschicht durch dringen, um das Stattfinden einer neuen Auflösungsreaktion zu veranlassen.
• Die Wirkung einer solchen chemischen Lösung ist etwas pulsierend und an hohen Punkten der Metalloberfläche wird das Konzentrationsgefälle in dem Film höher als auf dem Hauptkörper der Metalloberfläche selbst. Als Ergebnis ist der Grad der Diffusion an den höheren Punkten höher, und es kann mehr Metall aufgelöst werden, da mehr Metall von dem Film abgeführt werden kann. Eine solche langsame Auflösung des Hauptkörpers der Metalloberfläche auf welcher hohe Punkte vorzugsweise angegriffen sind, führt zu einer Aufhellungswirkung, die " Chemische Politur " genannt wird.
• Das Problem bei den bekannten oder herkömmlichen chemischen Aufhellungslösungen für Stahl oder Eisen sind die Betriebskosten und in dem Fall von Wasserstoffperoxyd ist es hauptsächlich das schnelle Versagen des Peroxyd oxydierenden Mittels, wenn das gelöste Eisen in der Lösung aufgebaut wird. Eisenionen reduzieren die. Aktivierungsenenergie für das Zersetzen von Wasserstoffperoxyd von etwa 20 kcal / MOL 50 % . Eine Lö sung, welche eine gute Aufhellungswirkung aufweist, wird die Marshall-Lösung genannt und enthält: Osal*äure 25 g/l Wasserstoffperoxyd 13 g/l Schwefelsäure , ungefähr 0> 1 ml/l Eine solche Lösung wird jedoch unstabil, wenn die Eisenkonzentration einen Pegel von 2 bis 3 g/ 1 erreicht und wird sich im Zeitraum von wenigen Stunden katalytisch zersetzen, um das gesam#te Wasserstoffperoxyd in der Form von Sauerstoff und Wasser freizusetzen.
• Eine andere herkömmliche Aufhellungslösung enthält: Urea und Ammoniumhydrofluorid etwa 90 g/l .
• Wasserstoffperoxyd 80 g/ 1.
• Diese Lösung jedoch: (I) besitzt nicht die pulsierende Wirkung des marshall-Verfahrens und erzeugt deshalb nicht die Aufhellung einer solchen Lösung und (II) wird unstabil und das Wasserstoffperoxyd zersetzt sich katalytisch, nachdem sich die Eisenkonzentration in der Lösung auf etwa 10 bis 12 g/l aufgebaut hat.
• Somit besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Aufhellungslösung und - verfahren zu entwickeln, das eine pulsierende Wirkung einer Oxal@äure - Wasserstoffperoxyd - Mischung vollbringt, und welche zur gleichen Zeit das Peroxyd in der Lösung in einem solchen Ausmaß stabil halten wird, daß es wenigstens ein Minimum an Zersetzung aufweisen wird.
• Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung und ein Verfahren zum Aufhellen eisenhaltiger Oberflächen von Werkstücken zu schaffen, welches eine schnellere und bessere Aufhellungswirkung mit einem minimalen Abbau von Metall der Oberfläche und mit einer maximalen, wirksamen Verwendung der oxydiæenden Wirkung seines Wasserstoffperoxydgehaltes ermöglichen wird.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aufhellungs-oder Reinigungslösung zu schaffen, die eine hohe Stabilität aufweist, wenn sie nicht benutzt wird oder sich im Leerlauf befindet, oder welche eine effektivere Lebensdauer für einen höheren, gelösten Ei sengehalt aufweist.
• Dies e und andere Aufgaben der Erfindung werden im Fachgebiet Bewanderte aus der Beschreibung und den Ansprüchen ersehen.
• Grundsätzlich, oder im wesentlichen ist die Lösung der Erfindung eine wässrige Lösung, die gelöstes Wasserstoffperoxyd und Ammoniumhydrofluorid mit einer kleineren Menge einer milden organischen oder anorganischen Säure enthält, die durch das folgende Beispiel erläutert wird: Beispiel I Chemikalie Bereich Optimum milde anorganische oder organische Säure 0, 5 bis 30 g/l 16 g/l Ammoniumhydrofluorid 10 bis 80 g/l 50 g/l Wasserstoffperoxyd 20 bis 100 g/l 60 g/l Eine solche Lösung arbeitet am besten bei einer Temperatur von zwischen etwa 21 bis 37, 80C ( 70 bis 1000F) und bei einem pH-Wert von etwa 3, 5 bis 5, 0. Obwohl einiges Aufhellen ohne die milde Säure eintritt, z. B. durch Verwendung. von nur Ammoniumhydrofluorid (NH4F. HF) und Wasserstoffperoxyd ( H202 ) werden die Verbesserten Ergebnisse der Erfindung durch die Verwendung einer organischen oder anorganischen Säure erreicht, wie beispielsweise Oxalsäure ( C00HC00H. 2H20) in einer Mindestmenge von etwa 0, 5 g/l und innerhalb des Maximums von etwa 30 g/l von Glykolsäure ( Glukolsäure CH2OHCOOH) innerhalb einer solchen Menge. Sulfamidsäure (HSO3NH2) kann auch ersetzt werden, jedoch innerhalb einer Menge von 2 bis 20 g/l. Oxalsäure ist jedoch das bevorzugte Säure - Bestandteil.
• Eine Lösung mit dem optimalen Gehalt des obigen Beispiels I , in welchem die Säure Oxalsäure ist, verleiht einem einfachen, kaltgewalzten Stahl innerhalb eines Zeitraumes von 5 bis 10 Sekunden eine ausgezeichnete Oberflächenhelligkeit. Eintauchzeiten von bis zu 5 Minuten können verwendet werden, abhängig davon, wieviel Metall entfernt werden muss, um die gewünschte, helle Oberfläche zu schaffen. Es wird betont, daß eine erforderliche Eigenschaft einer guten chemischen Aufhellungslösung darin besteht, daß unter einem ausgedehnten Verarbeitungszeitraum mit beträchtlichem Entfernen von Metall die Oberfläche kontinuierlich an Helligkeit gewinnt, ohne das Entstehen von selektivem Metallangriff, wie z. B. durch Lochfraß, Ätzen, etc. Eine Verfahrenslösung, wie oben angegeben, ist stabil und kann zum weiteren Entfernen von Eisen regeneriert werden, z. B. durch den Zusatz von weiterem Ammoniumhydrofluorid, um die Bildung eines zunehmenden Eisenkomplexes auszugleichen. Die Lebensdauer einer solchen Lösung wird sich bis zu etwa 18 g/l Eisengehalt erstrecken, und die Geschwindigkeit des Metallentfernens ist schnell.
• Eine verhältnismässig frische nach dem optimalen Gehalt von Beispiel I hergestellte Lösung entfernt etwa 0, 3 g/ dm oder 4 bis 5 Mikron der Metalloberfläche innerhalb einer Minute bei einer Temperatur in dem Bereich von etwa 21 bis 26 TOC ( 70 bis 80 F ). Wenn sich die Eisenkonzentration aufbaut, verlangsamt sich die Auflösungsgeschwindigkeit etwas undbei einer Eisenkonzentration von 10 g/l beträgt die Geschwindigkeit mit der Metallentfernung etwa 2 bis 3 Mikron pro Minute bei einer solchen Temperatur.
• Es ist festgestellt worden1 daß die Geschwindigkeit des Entfernens von Metall oder die Reaktionsgeschwindigkeit reguliert werden kann, durch : ( 1) rhöhen der Konzentration der Oxalsäure oder des Ammoniumhydrofluorids innerhalb der angegebenen Bereiche f 2) Erhöhen der Temperatur innerhalb des bezeichneten Bereiches und somit Erhöhen des Lösungsangriffes und ( 3) Erhöhen der Peroxydkonzentration innerhalb des Bereiches, um das Entfernen von Metall zu beschleunigen. Die Wirtschaftlichkeit der Verwendung einer Lösung der Erfindung hängt hauptsächlich von dem Peroxydverbrauch ab, da es der teuerste Bestand teil und- die Chemikalie ist, die in dem Verfahren yerbraucht wird, Das Vorsehen einer maximalen Aufhellungswirkung in minimaler Zeit mit einer sich daraus er.gebenden kleinsten Menge des entfernten Metalls erzeugt die kleinste Menge des Peroxydverbrauchs. Die hergestellte Lösung der Erfindung genügt einer solchen Bedingung.
• Ein anderer, die Wirtschaftlichkeit einer A ufhellungslösung beeinflussender Faktor ist die Menge von Eisen, die in der Lösung enthalten sein soll, bevor sie als erschöpft zu betrachten ist. Ein dritter und vielleicht der wichtigste Faktor liegt darin, wieviel des Peroxyds infolge unstabiler Zustände verlorengeht, die während der Stand- oder Lagerzeiten zu seiner katalytischen Zersetzung führen und nicht infolge seines Verbrauchs als ein aktives Oxydationsmittel bei der Behandlung von Werkstücken.
• Eine Verfahrenslösung der Erfindung wird ungefähr 1 g Wasserstoffperoxyd für jedes Gramm Eisen verbrauchen, das von der Metalloberfläche entfernt ist, und die Stabilität des Wasserstoffperoxyds in einer ruhenden oder stehenden Lösung ist sehr gut. Es ist f.est -gestellt worden, daß mit 8g/l Eisenkonzentration in der Lösung, d.h.
• nachdem die Lösung über einen beträchtlichen Zeitraum akti4rerwendet worden ist, der Verlust an Wasserstoffperoxyd in 5 Tagen von einer ursprünglichen Aufbeeitung von etwa 60 g/l nicht mehr als 20 g/l betragen wird. Andererseits wird eine typische Marshall-Lösung ihren gesamten Wasserstoffperoxydgehalt in 2 oder 3 Stunden verlieren, nachdem die Lösung etwa 2 bis 3 g/l Eisengehalt aufgenommen hat. Eine Ammoniumhydrofluorid-Urea-Lösung wird wie oben beschrieben, Peroxyd mit einer Geschuindigkeit von etwa 25 g/l innerhalb 5 Tagen von einem ursprünglichen 80 g/l Gehalt verlieren wenn eine Eisenkonzentration von 8 bis 10 g/l erreicht worden ist.
• Es ist auch festgestellt worden, daß eine aromatische Karbonsäure die Stabilität des Wasserstoffperoxyds in einer Lösung erhöhen wird, die Eisenlonen enthält. Der Zusatz eines Stabilisators zur ursprünglichen Aufbereitung von Beispiel I einer aromatischen Karbonsäure oder Dikarbonsäures wie beispielsweise Benzoesäure oder om- oder p-Phthalsäure, Salizylsäure, Zimtsäure oder Mandelsäure wird ferner dem Wasserstoffperoxyd-Uerlust in einer stehenden Lösung vermindern. Z.B. zeigte eine Uerfahrenslösung, welcher l/g/l Benzossäure beigemengt wurde und welche 8 g/l Eisen enthielt, einen Wasserstoffperoxyd-Verlust von weniger als 5 g/l nach 5 Tagen des Stehen, wobei die ursprüngliche Aufbereitung der Lösung einen Wasserstoffperoxydgehalt von 60 g/l aufwies.
• Der zusätzliche Stabilisator wird nur in einem kleineren Maß und innerhalb eines Berejitise von etwa 0>5 bis 3 g/l, sowie innerhalb eines optimalen Bereiches von 0, 5 bis 2, 0 g/l verwendet.
• Eine durch einen kleineren Gehalt eines Bestandteiles in der Lösung stabilisierte Lösung zeigt eine zunehmende Stabilität bei erhöhten Temperaturen. In diesem Zusammenhang zeigte eine stabilisierte Lösung, die 5 g/l Eisen enthielt, einen Verlust von etwa 3, 5 g/l Wasserstoffperoxyd pro Tag bei 54,4 C 130 F) und etwa 6 gll pro Tag bei etwa 62, 80C - 1450F), wobei die ursprüngliche Wasser stoffperoxydkonzentration 54 gll betrug. Andererseits verlor dieselbe Lösung ohne einen oben besprochenen kleineren Stabilisatorgehalt 19 g/l Wasserstoffperoxyd pro Tag bei 54,4°C 1300F) und zersetzte sich vollständig bei Temperaturen von über 54, 40C ( 1,300F). Übrigens werden die stabilisierenden Zusätze eine stabilisierende Verbindung genannt, indem die Säuren oder ihre neutralen Salze verwendet werden können. Auch bei dem pH-Wert, bei welchem die Aufhellungslösungen der Erfindung arbeiten, werden einige der Säuren zu ihren neutralen Salzen umgewandelt betrachtet mit entweder vorhandenen Ammonium- oder Natriumionen.
• Eine weitere Verbesserung der Behandlung wird durch den Zusatz eines Benetzungsmittels einer nichtionischen Art erreicht, um die Oberflächenspannung der Lösung zu vermindern was zu größerer Gleichmässigkeit der Aufhellungswirkung auf der Oberfläche führt. Das Benetzungsmittel sollte eine minimale Schäumeigenschaft aufweisen, und nur in kleineren Mengen, innerhalb eines Bereiches von etwa 0, 1 bis 0, 5 ml/l v erwendet werden. Aminpolyglykolkondensat ist ein typisches zufriedenstellendes Benetzungsmittel, das die Bedingungen erfüllt.
• Unter Hinweis auf Beispiel list eitleckt worden, daß zusätzlich zur Schaffung einer erhöhten Oberflächenhelligkeit der behandelten Metalloberfläche eine Lösung,die eine milde organische oder anorganische Säure enthält, einen zusätzlichen Vqrteil aufweist, wenn sie mit den anderen Bestandteilen verwendet wird, indem ermittelt worden ist, daß die Metalloberfläche nach dem Aufhellen und Sptlen mit Wasser in einem passiven Zustand verbleibt. Sie widersteht der normalen Neigung in Richtung desschne llen Verfärbens und Rostens und verbleibt eine helle reine Oberfläche. Solch ein passiver Film, welcher den Rostneigungen widersteht, kann nur unter Verwendung einer Lösung erreicht werden, die Oxal- oder Sulfamid>äure innerhalb der angegebenen Bereiche enthält.
• Wie im Fachgebiet Bewanderte verstehen, können einige Austauschstoffe anstelle von empfohlenen Bestandteilen verwendet werden. Zum Beispiel kann Ammoniumsulfat teilweise für Ammoniumhydrofluorid ausgetauscht werden, d. h. 30 g/l Ammoniumsulfat und 30 g/l Ammoniumhydrofluorid können als Austauschmittel anstelle von 50g /1 Ammoniumhydrofluorid verwendet werden. Jedoch ist der Angriff der Lösung langsamer, und sie ist bei einer Eisenkonzentration von etwa 10 gil erschöpft.
• Auch Natrium- oder Kaliumfluorid können für einen Teil von Ammoniumhydrofluorid ausgetauscht werden, jedoch sollte in einem solchen Fall der Alkali-Metallgehalt etwa 20 g/l nicht übersteigern.
• Patentansprüche.

Claims (18)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Aufhellung einer eisenhaltigen Oberfläche eines Metallwerkstückes g e k e n n z e i c h n e t d u r c h das Versehen einer Wasserstoffperoxyd enthaltenden wässrigen B ehandlun gslö sung mit einem A mmoniumhydrofluorid gehalt inner -halb eines Bereiches von etwa 10 bis 80 g/l und einem kleineren Gehalt einer stabilisierenden Verbindung, dann das Einführen des Metallwerkstückes in die Lösung und nachdem es dadurch aufgehellt worden ist, das Entfernen desselben davon.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d ad u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, a daß die stabilisierende Verbindung innerhalb eines Bereiches von etwa 0,5 bis 30 g/ 1 in der Lösung vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die stabilisierende Verbindung aus einer milden Säure und einem neutralen Salz der Säure besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die stabilisierende Verbindung innerhalb eines Bereiches von etwa 0, 5 bis 30 g/l in der Lösung vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Lösung mit einem Wasserstoffperoxyd gehalt innerhalb eines Bereiches von etwa 20 bis 100 g/l hergestellt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t, daß die stabilisierende Verbindung aus einer milden, organischen Säure einer milden anorganischen Säure und einem neutralen Salz solcher Säuren besteht, und in der Lösung in einer Menge von bis zu 30 g /1 vorgesehen ist.

7. Verfahren nach Anspruch I, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die stabilisierende Verbindung Sulfamidsgäure innerhalb eines Bereiches von etwa 2 bis 20 g/l in der Lösung ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die stabilisierende Verbindung aus Oxalsäure, Glykolsäure und neutralen Salzen solcher Säuren innerhalb eines Bereiches von bis zu 30 g/l besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die sabilisierende Verbindung aus Oxal-Säure Glykolsäure und Sulfamidsäure besteht und ein Teil des Ammoniumhydrofluorids durch Ammoniumsulfat. ersetzt ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß etwa 30 g/l Ammoniumsulfat und 30 gil Ammoniumhydrofluorid in der Lösung vorgesehen ist.

11. Verfahren nach Anspruch 5 d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t, daß eine zusätzliche, stabilisierende Verbindung bestehend aus aromatischer Karbonsäure, äte Karbonsäure und neutralen Salzen der Säuren in der Lösung gelöst ist, und die zusätzliche stabilisierende Verbindung in die Lösung innerhalb eines Bereiches von etwa 0, 5 bis 3 g/ 1 eingeführt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, > daß die zusätzliche, stabilisierende Verbindung aus Benzoesäure Phthalsäure, Salizyl-@säure, säure und Once/ M-elsäure besteht.

13. Chemische, wässrige Aufhellungslösung für Werkstücke mit Stahloberfläche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie größere Anteile von Wasserstoffperoxyd und Ammoniumhydrofluorid und einen kleineren Anteil einer stabilisierenden Verbindung in Lösung enthält.

14. Lösung nach Anspruch 13, d a d u r c h g g e k e n n z e i c h n e t, daß die stabilisierende Verbindung aus einer milden Säure und einem neutralen Salz der Säure innerhalb eines Bereiches von 0, 5 bis 30 g/ 1 besteht.

15. Lösung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wasserstoffperoxydgehalt etwa 20 bis 100 g/l> der Ammoniumhydrofluoridgehalt etwa 10 bis 80 g/l beträgt und die stabilisierende Verbindung bis zu etwa 30 g 1.1 einer milden Säure enthält.

16. Lösung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die milde Säure aus Oxalsäure, Glykolsäure, Sulfamid;rSäure und neutralen Salzen solcher Säuren besteht.

17. Lösung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie etwa 0, 5 bis 3 g/l einer zusätzlichen, stabilisierenden Säure in Lösung enthält, die aus Karbolsäure, Dikarbolsäure und neutralen Salzen solcher Säuren besteht.

18. Lösung nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ammoniumhydrofluoridgehalt etwa 30 g/l beträgt, und etwa 30 g /1 von Ammoniumsulfat in der Lösung enthalten ist.