DE19817205A1 - Reinigungsverfahren sowie Reinigungsbad - Google Patents

Abstract

Es ist ein Reinigungsverfahren für die Oberfläche eines Metalls, insbesondere von Magnesium oder Magnesiumlegierungen, vorgesehen, wobei als Reinigungsflüssigkeit Zitronensäure verwendet wird, über welche Ultraschall der Oberfläche zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren gemäß dem Ober­ begriff von Anspruch 1 sowie ein Reinigungsbad gemäß dem Ober­ begriff von Anspruch 8.

Ein derartiges Reinigungsverfahren ist aus der EP-A2-0 121 707 bekannt. Bei diesem Reinigungsverfahren wird eine Aluminium­ oxid-Oberfläche mit einem Reinigungsverfahren unter Verwendung einer wässrigen Zitronensäurelösung gereinigt. Hierbei wird die metallische Oberfläche einem Polierverfahren unterworfen, das weiche abrasive Werkstoffe verwendet.

Dieses Verfahren ist für die Reinigung von Leichtmetallober­ flächen wie die Reinigung von Magnesium oder Aluminium nicht besonders gut geeignet. Ein Polieren von Oberflächen ist bei Hinterschneidungen nur schwierig zu realisieren, und es besteht die Gefahr, daß die Reinigung nicht vollständig ist.

Aus Leichtmetall bestehende Werkstücke werden üblicherweise zunächst vorgereinigt, beispielsweise unter Verwendung von Tensiden und/oder anderen Lösungsmitteln. Um die Haftfähigkeit einer erwünschten Beschichtung zu verbessern und das Werkstück damit lackier- und laminierfähig zu machen, ist es bekannt geworden, die Werkstücke einem Chromatverfahren auszusetzen. Hierzu wird bei den bislang bekannten Verfahren zwei- oder dreiwertige Chromsäure als Reinigungsflüssigkeit eingesetzt. Das Werkstück kann zur Verbesserung der Haftung der aufzu­ bringenden Schicht bis zu einer Woche in dem Chromsäurebad verbleiben.

Dieses Verfahren wird derzeit im großen Umfang verwendet, obwohl es aus Umweltgründen recht bedenklich ist. Chromsäure ist hochgiftig und erzeugt auch giftige Dämpfe, so daß spezielle Anlagen verwendet werden müssen. Die Praxis hat gezeigt, daß die Genehmigungsdauer für derartige Anlagen im Durchschnitt fünf Jahre beträgt. In einer kleinen Werkstatt, die nur von Fall zu Fall eine Beschichtung von Leichtmetall- Druckungsstücken vornehmen will, läßt sich daher ein derartiges Verfahren nicht einsetzen.

Ein weiteres Problem der üblicherweise eingesetzten Chroma­ tierverfahren liegt in der Lebensdauer der Chromatschicht. Durch Lagerung an der Umgebungsluft oxidiert die Chromat­ schicht leicht, so daß ihre Lebensdauer nur begrenzt ist. Dies bedeutet, daß nach dem Chromatieren in absehbarer Zeit die Weiterbehandlung erfolgen muß; eine Zwischenlagerung ist insofern praktisch nicht möglich.

Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, die Verwen­ dung von Chromsäure zu vermeiden. So ist es für die Behandlung von Aluminium bzw. vorgeschlagen worden, anstelle des Chroma­ tierens ein Beizen mit Natronlauge vorzunehmen. Die Natron­ lauge muß jedoch nach Gebrauch neutralisiert werden, und Magnesium ist gegen Basen beständig, so daß bei Magnesium ein derartiges Verfahren nicht für das Beizen eingesetzt werden kann.

Ferner ist es vorgeschlagen worden, anstelle des Chromatierens die Oberfläche mit entsprechenden Bürsten intensiv zu säubern. Dieses Verfahren ist jedoch recht arbeitsintensiv, ergibt aber keine Sicherheit, daß die Oberfläche gleichmäßig gereinigt ist.

Ein weiteres Problem der bekannten Verfahren besteht in der Beseitigung von Trennmittelresten. Beim Druckgießen von Metal­ len werden regelmäßig Trennmittel eingesetzt, wobei entweder Wachse oder Silikone bevorzugt sind. Beim Entformen verbleiben häufig Trennmittelreste an der Werkstückoberfläche, gerade auch in Hinterschnittecken und -kanten, die über das Zurück­ ziehen von Schiebern entformt werden. Bei den bislang be­ kannten Verfahren gelingt es nicht immer, alle Trennmit­ telreste zu entfernen, was entsprechende Probleme bei der Laminierung und/oder Lackierung bedingt, so daß die Ausbeute bei komplex geformten Werkstücken unbefriedigend ist und die an sich wirksame Gießtechnik anstelle einer spanabhebenden Verformung nicht eingesetzt werden kann.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Reini­ gungsverfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Reinigungsbad gemäß dem Anspruch 8 zu schaffen, das trotz gleicher oder geringerer Kosten ein umweltfreundlicheres Vor­ behandeln von Metalloberflächen ermöglicht und die Ausbeute gerade auch bei kompliziert geformten Druckguß-Werkstücken steigert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Überraschend ermöglicht die Verwendung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens und das erfindungsgemäße Reinigungsbad trotz der Anwendung erheblich umweltfreundlicherer Materialien eine deutlich verbesserte Reinigung gerade auch komplexer Strukturen von im Druckusverfahren hergestellten Werkstücken. Die Kombination von Zitronensäure mit Ultraschall führt zu einer Oberfläche, die vollständig frei von Trennmittelresten ist und eine gute Haftfähigkeit von Lacken und Beschichtungen ermöglicht. Magnesiumoberflächen werden durch die Zitronen­ säure, die durch die Ultraschallbeaufschlagung an der Ober­ fläche des Werkstücks ständigen Druckschwankungen und ent­ sprechenden Mikrobewegungen unterworfen ist, mit besonders gleichmäßig tiefen und gleichmäßig voneinander beabstandeten Ätzgrübchen versehen, die die erwünschte Rauhigkeit für die Verankerung der Beschichtung bieten. Die so erzeugte Ober­ fläche ist zudem stabil, so daß eine Zwischenlagerung der Werkstücke auch nach dem erfindungsgemäßen Zitrieren möglich ist.

Es versteht sich, daß die Stärke der Ultraschallbeaufschlagung und die Konzentration der Zitronensäure in weiten Bereichen an die Erfordernisse anpaßbar ist. Bei Werkstücken kann insbeson­ dere mit einer Vielzahl von Ultraschallquellen, beispielsweise von zwanzig Ultraschallquellen, eine besonders gleichmäßige Beizung erzielt werden. Der Säureverbrauch läßt sich durch die Ultraschallbeaufschlagung deutlich homogenisieren, und der Konzentrationsgrad verbleibt dementsprechend im gesamten Beizbad im wesentlichen gleich, auch wenn eine vergleichsweise lange Beizung vorgesehen ist.

In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn die Ultraschallquellen in dem erfindungsgemäßen Beizbad beweglich gelagert sind. Hierdurch läßt sich in einfacher Weise eine Anpassung an unterschiedliche Werkstücke trotz gleichmäßigem Vorbehandlungsergebnis erzielen.

Besonders günstig ist es, daß Trennmittelreste vollständig abgelöst werden. Während Wachs i.d.R. emulgierbar ist, werden auch Silikonreste durch die erfindungsgemäße Ultraschall­ beaufschlagung auch in Innenecken so starken mechanischen Beanspruchungen unterworfen, daß sie sich von der Werkstück­ oberfläche ablösen.

Erfindungsgemäß ist es besonders günstig, daß durch das Vermeiden von Chromsäuren das Reinigungs- oder Vorbehandlungs­ verfahren auch in genehmigungsfreien Anlagen einsetzbar ist. So kann auch eine kleine Werkstatt ohne besondere Schutzmaß­ nahmen eine erfindungsgemäße Vorbehandlung vornehmen, und auch die Entsorgung der verbrauchten Beizbäder ist unproblematisch, nachdem die Zitronensäure durch das Beizen ganz überwiegend verbraucht und etwaige Reste ohne besondere Behandlungen entsorgt werden können, nachdem Zitronensäure eine drastisch geringere Giftigkeit als Chromsäure aufweist.

Es versteht sich, daß das erfindungsgemäße Vorbehandeln bei Bedarf auch mit einem weiter vorgeschalteten Verfahrensschritt der Behandlung mit Tensiden und/oder Lösungsmitteln kombiniert werden kann, wenn dies als erforderlich angesehen wird. Die Behandlungszeit ist i.d.R. deutlich geringer als bei den bekannten Verfahren, und das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch einsetzen, wenn die Oberflächen des Werkstückes geklebt werden sollen.

Während das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungs­ gemäße Vorrichtung schwerpunktmäßig für die Behandlung von Oberflächen von Magnesium und Magnesiumlegierungen bestimmt sind, versteht es sich, daß grundsätzlich auch andere Metalle, die mit Zitronensäure beizbar sind, erfindungsgemäß behandelt werden können.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung er­ geben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbei­ spiel der Erfindung anhand der Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Reinigungsbads.

Das in der Figur dargestellte Reinigungsbad 10 weist ein Gefäß 12 auf, in welches Zitronensäure eingefüllt ist. Beispiels­ weise kann 0,1-molare Zitronensäure eingesetzt werden.

Das Reinigungsbad 10 weist eine Vielzahl von Ultraschallquel­ len auf, von denen in der Figur drei Ultraschallquellen 14, 16 und 18 dargestellt sind. Die Ultraschallquellen sind im Bei­ spielsfalle an Scherenarmen 20 beweglich gelagert. Sie sind über Leitungen 22 mit - in der Figur nicht dargestellten - geeigneten Verstärker-Endstufen verbunden, die Ultraschall in ausreichender Leistung abgeben.

Die Ultraschallfrequenz kann beispielsweise 30 bis 60 kHz be­ tragen, und von jeder Ultraschallquelle können 5 Watt akusti­ sche Leistung abgegeben werden.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist ein Werkstück 24, des­ sen Oberfläche zu behandeln ist und das aus Magnesium besteht, in dem Reinigungsbad 10 auf Ständern 26, 28 im wesentlichen punktförmig abgestützt. Die Ultraschallquelle 14 ist für die Beaufschlagung einer Seite des Werkstücks 24 bestimmt, während die beiden Ultraschallquellen 16 und 18 für die Beaufschlagung von Innenecken 30, 32 des Werkstücks bestimmt sind, so daß dort eine besonders intensive Beaufschlagung und Reinigung vorgenommen wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde im Rahmen eines Versuchs das Werkstück 24 nach der Hälfte der Behandlungszeit umge­ setzt, um auch eine Reinigung der von den Ständern 26 und 28 berührten Oberflächenbereiche zu gewährleisten. Die durch­ geführten Versuche ergaben bei einer Oberfläche des Werkstücks von 200 cm² eine Gewichtsreduktion von 2 g, die einem ent­ sprechenden Werkstoffabtrag entspricht. Das Werkstück konnte nach der erfindungsgemäßen Behandlung ohne weiteres und mit guter Haftung beschichtet, lackiert und geklebt werden. Ein Gradient der Säurekonzentration war auch nach längerem Betreiben des erfindungsgemäßen Ultraschall-Reinigungsbads nicht feststellbar, und Trennmittelreste, die besonders in den Innenecken 30 und 32 anhafteten, konnten durch das erfindungs­ gemäße Ultraschall-Reinigungsbad vollständig abgelöst werden.

Während das beschriebene Ausführungsbeispiel mit einer kon­ stanten Ultraschall-Frequenz arbeitet, ist es gemäß einem modifizierten Ausführungsbeispiel vorgesehen, als Signalquelle einen Wobbler einzusetzen und eine Änderung der Ultraschall­ frequenz periodisch zwischen 30 und 80 kHz vorzunehmen, um etwaige Resonanzen und die hierdurch hervorgerufenen, besonders intensiven Beaufschlagungen des Werkstücks zu vergleichmäßigen.

Claims (9)

1. Reinigungsverfahren für die Oberfläche eines Metalls, ins­ besondere von Magnesium oder Magnesiumlegierungen, bei welchem eine Reinigungsflüssigkeit auf eine Oberfläche des Metalls wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß als Reinigungsflüssigkeit Zitronensäure verwendet wird, über welche Ultraschall der Oberfläche zugeführt wird.

2. Reinigungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Metall in ein Zitronensäurebad eingetaucht und dort mit Ultraschall beaufschlagt wird.

3. Reinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Konzentration und Einwirkdauer der Zitronensäure so gewählt wird, daß pro Quadratdezimeter ein Gramm Metall abgetragen wird.

4. Reinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnete daß eine Vorbehandlung mit Tensi­ den erfolgt.

5. Reinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ultraschallbad auf der Oberfläche des Metalls anhaftende Trennmittelreste, insbeson­ dere aus Wachs oder Silikon, von Ultraschall beaufschlagt und von der Oberfläche abgelöst werden.

6. Reinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Ultra­ schallquellen im wesentlichen gleich beabstandet von der Ober­ fläche betrieben werden.

7. Reinigungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Metalls nach dem Reinigen beschichtet und/oder lackiert wird, und daß die aufgebrachte Substanz die durch das Reinigen erzeugten Ätzgrübchen mindestens teilweise füllt.

8. Reinigungsbad für die Oberfläche eines Metalls, insbeson­ dere von Magnesium oder Magnesiumlegierungen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Reinigungsbad (10) Zitronensäure, in die das Metall eingetaucht ist, und wenigstens eine Ultraschallquelle (14, 16, 18), insbesondere eine Mehrzahl von Ultraschallquel­ len, aufweist.

9. Reinigungsbad nach einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallquellen (14, 16, 18) in dem Reinigungsbad (10) beweglich gelagert und im wesentlichen auf gleiche Abstände von der Oberfläche des Metalls einstellbar sind.