[发明专利]钝化剂、表面处理剂、表面处理喷淋剂以及用于处理工件或铸模的金属表面的方法

说明书

本发明涉及用于工件或铸模的金属表面的钝化剂(Passiviermittel)，所述钝化剂含有具有金属离子的磷酸盐水溶液，本发明还涉及用于清洁和钝化工件或铸模的金属表面的表面处理剂和表面处理喷淋剂，所述表面处理剂和表面处理喷淋剂含有上述钝化剂，本发明还涉及使用这种表面处理剂和表面处理喷淋剂处理工件或铸模的金属表面的方法。

在低压铸造、重力浇注、模压铸造或压力铸造中使用的铸模通常由热加工钢制成，因为这些钢的重结晶温度和/或转化温度明显高于熔融态轻金属材料的重结晶温度和/或转化温度。在铸造过程中，为了使待制造铸件具有光滑表面，需要将例如呈轻金属合金、特别是铝合金形式的液态熔体不粘附在铸模的表面上。为此目的，向铸模的表面上施加隔离剂或面饰(Schlichte)，从而可以防止熔融态金属粘附至铸模上。

为了确保隔离剂或面饰粘附到工具的表面上，首先必须对工具表面进行清洁以及在给定的情况下进行钝化。

在钝化时，在金属材料上产生非金属保护层以便于减缓腐蚀或最大程度地防止腐蚀。就这个方面而言，磷化钝化有特殊的意义。磷化是广泛使用的表面工艺方法，其中，通过在金属工件表面和磷酸盐的水溶液之间的化学反应形成了紧密粘附的金属磷酸盐的转化层。磷化用于防腐蚀和形成扩散封锁区。另外，可以增强例如随后施加的面饰的粘附性，以及减少磨损。

既可以使用磷酸盐浸渍浴也可以使用磷酸盐喷淋系统进行磷化。在这两种情况中，都需要在磷化之前清洁铸模或工件的表面。

清洁例如利用高压水射流通过转动喷嘴在1750～3000bar的压力下指向工件上得以实施。这里有如下的缺点：经清洁的工件与水接触将导致腐蚀，且射流水(Strahlwasser)的有机残留物和无机残留物将残存在表面上。高压会严重磨损射流设备(Strahlanlage)的活塞和阀，并因此导致费用高。

由于上述原因，还已知在例如200bar的更低气压下实施清洁的方法。虽然这些过程减少了磨损，但是清洁效果将相应地变差。

另外已知的是，在清洁压力铸模时使用在压力下被喷射至工件上的颗粒(granulate)。这里，例如使用坚果壳或玻璃珠。此外，在清洁低压铸模(Niederdruckgussform)或重力浇注模时，也可以使用钢、金刚砂(Korund)或陶瓷作为颗粒。除额外增加的表面机械磨损之外，经处理的构件的咬边段(Hinterschnitt)部分地不可接近。这引起在随后的铸造过程中的空间的不准确性以及由于电镀来自循环的异质颗粒在模表面上产生的杂质。

在这种清洁过程之后例如用水玻璃结合剂施加面饰时，在因为上述原因清洁和钝化不够的表面上导致了粘附问题，这引起施加后的面饰表面上的缺陷(Fehlstelle)。具体来说，在随后的热处理过程中，存在面饰从经处理的表面上剥落的危险，或者，铸模在以后的铸造过程期间存在在缺陷处发生金属间熔接的危险，从而导致模不能从铸造工件上彻底地分离。

另外，当在压力铸模上使用已知的冷却/分离剂系统时，问题在于对清洁不充分或受腐蚀的模表面进行润湿时。在铸造过程中这也会导致在模表面上发生金属间连接。

为了避免这些缺点，因此有必要在钝化前对模表面进行后清洁，以便得到冶金纯的表面。

已知的清洁和钝化方法通常通过浸渍浴或通过喷淋处理进行。

在浸渍浴处理的情况下，在实施射流处理之后，铸模或工件首先浸入浸渍浴中，从而在温度为40℃～90℃时通过无机酸和合适的表面活性剂除去有机残留物和氧化物。接着在浸渍浴里通过超声进行深度清洁过程，然后将工件或铸模浸入至其他浸渍浴中进行清洗和中和。接着，工件必须进行干燥，并在进一步的过程步骤中在浸渍浴里活化，之后实施磷化，例如在40℃～70℃时通过磷酸锌磷化或在70℃～90℃时通过磷酸锰磷化。接后，对工件或铸模进行中和及干燥。这个过程的缺点在于必须长时间停留在浸渍浴里，特别在大构件例如压力铸模的情况下。相应地，需要很多能量以达到和维持所需的温度。用来维持必要的浸渍浴参数的浸渍浴维护也是很繁琐的，因为在各个浸渍浴之间产生杂质，从而使得必须除去积累的残留物。根据具体情况，浸渍浴的尺寸也要适配工件的大小。