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Oberflächenbehandlung

Unterschätzter Teil der Drahtherstellung

März 2015 — Gleich ob gebeizt, gestrahlt oder gebürstet wird, ob man elektrolytisch, mit Ultraschall in einer Durchlaufanlage oder einem Tauchbad reinigt, ob sauer oder alkalisch: Die richtige Lösung ergibt sich immer aus den Anforderungen des Folgeablaufs. Alles ist möglich. Allerdings muss manchmal kombiniert werden, um das Optimum zu erreichen.

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Schauen wir uns einmal den Walzdraht an. Im Anlieferungszustand haben wir eine Oberfläche, die mit einem Gemisch belegt ist aus Wüstit, Magnetit und Hämatit, der in der Regel als Zunder bezeichnet wird. Manchmal ist die Oberfläche auch stellenweise oxidiert, also verrostet. Zur Entfernung dieser Schicht gibt es das Beizen, das Strahlen und das mechanische Entzundern, das durch Kombinationen unter anderem von Knicken, Biegen, Bürsten und Schleifen erzeugt wird. Bei der mechanischen Reinigung kommt es gerne zu Schwierigkeiten mit Restzunder auf der einen Seite beziehungsweise veränderten Rauigkeiten auf der anderen Seite. Es ist wichtig im Vorfeld zu klären, welche Anforderungen sich aus der Weiterverarbeitung ergeben. Eine Phosphatierung mit 3 µm bis 5 µm Schichtdicke kann die Grundmetallspitzen einer groben Entzunderung in der Regel nicht abdecken. Auch die Beschichtung mit einem Schmiermittel kann hier an Grenzen kommen.

Bei der Inbetriebnahme einer Inline-Phosphatieranlage – Verfahren E-Phos – in den USA hatte die Drahtzieherei entschieden, die Drahtreinigung in Eigenregie zu regeln. Man entschied sich für eine Durchlaufentzunderung mit abschließendem Schleifen. Wir standen eine Woche unproduktiv neben der Anlage und beobachteten die Fortschritte bei der Auswahl der geeigneten Schleifbänder ohne eine beschichtungsfähige Oberfläche zu erreichen. Wir sind dann nach Hause geflogen und haben es zwei Wochen später erneut versucht. Mit den richtigen Schleifbändern war das Problem gelöst, und mittlerweile betreibt man dort eine zweite Anlage dieses Typs. Offensichtlich war hier der Einfluss der Drahtreinigung auf die Oberfläche komplett unterschätzt worden.

In vielen Fällen ist das chemische Beizen opportunes Mittel zur Vorbehandlung von Walzdrähten. Leider wird hier aber schon einmal mit „stumpfen Waffen“ gekämpft. Immer wieder finden wir Beizbäder, die den Bereich der optimalen Beizkurve nie kennengelernt haben. Ein schönes Beispiel hierfür war eine Firma, die mitten im Winter bei klirrendem Frost die Beizen mit einer extrem hohen Konzentration an Säure und ohne Eisen neu angesetzt hat nach dem Prinzip „viel hilft viel“. Der Draht wurde jedenfalls nach Stunden nicht sauber.

Aber auch im Bereich der optimalen Beizkurve gibt es immer wieder spannende Denkansätze. So zum Beispiel fragte ein Produzent warum im Beizbad 3 die „normale Beizzeit“ nicht ausreicht den Draht sauber zu bekommen, obwohl er mit 25 g Säure und fast 180 g Eisen pro Liter Beizbad genau auf der Optimalkurve fährt. Schnell konnten wir in einem Vergleichsversuch mit einem 1 Liter Beizbad mit 150 g Säure und 75 g Eisen überzeugend darstellen, wie die Sauberkeit der Oberfläche und die Produktionsleistung zu steigern war.

Vor einiger Zeit hatten wir eine Anfrage aus der Türkei mit der Bitte um Prozessoptimierung. Der Kunde betreibt drei Beizbäder und lässt den Draht immer nur in einem Bad, wobei die „schwierigen“ Qualitäten immer in das stärkste Bad kommen. Schade – eigentlich wäre hier schon durch eine nacheinander folgende Nutzung aller drei Beizbäder eine Optimierung der Beizqualität möglich. Der Draht sollte immer erst in das schwächste Bad mit den höchsten Eisengehalten, dort ist der lose Zunder sehr gut aufgehoben und es erfolgt ein erster Angriff. Durch das Überheben in das zweite Beizbad wird die Lösung an der Grenzfläche komplett ausgetauscht und der Beizangriff wird durch eine in der Regel höhere Säurekonzentration erhöht. Ein weiteres Überheben in eine „scharfe“ Schlussbeize schafft nochmals ein intensives Nachbeizen eventueller Fehlstellen mit der bestmöglichen zu Verfügung stehenden Säure. Allein durch den Austausch der Beizlösung an der Oberfläche wird der Zeitverlust des Überhebens locker kompensiert, in manchen Fällen kann aufgrund der Überhebtechnik sogar die Gesamtbeizzeit verkürzt werden.

Weiteres Beispiel aus der Praxis ist der Neubau einer Beizanlage ohne Kaliumpermanganat-Bad. In den Beratungsgesprächen vor Neubau wurde avisiert, dass der Draht nach der Glühe in Zukunft so sauber ist, dass eine Behandlung mit KMnO4 nicht mehr notwendig ist. Bei einigen Qualitäten reicht es tatsächlich aus. Bei anderen leider nicht. Hier muss jetzt aufwändig und nicht prozesssicher im Nebenstrom eine Reinheit der Oberfläche erzeugt werden damit der Draht überhaupt erst beizfähig wird. Dies nennt man „teuer gespart“.

Im Bereich der höher legierten Stähle und Feindrähte werden die Drähte vor dem Einlauf in den Ofen in mehradrigen Ultraschalldurchlaufanlagen gereinigt. Früher wurden hier ausschließlich in Stearat gezogene Drähte verwendet und man erzielte mit Reinigern auf Basis von Phosphorsäure und Tensidkombinationen gute Reinigungsergebnisse. Ein paar Sparfüchse haben später sogar noch die Tenside weggelassen – der Bedarf liegt bei rund 1 Liter pro 1000-Liter-Bad –, was zu einer deutlich höheren Restschmutzfracht führt und die Standzeit der Reinigungsbäder verkürzt. Um das Problem auf die Lebenserfahrung herunterzubrechen: Daheim spült man die Teller ja auch nicht ohne Spülmittel! Falls doch, sollte man zumindest mit fließendem heißem Wasser arbeiten.

Gerne werden in dem Bereich der Feindrahtfertigung auch Drähte in Öl oder Emulsion gezogen, was zu einer deutlich schwieriger zu reinigenden Oberfläche führt. Hier reicht der Einsatz der oben angegebenen Reinigungschemie nicht mehr aus. Es ist erforderlich auf höherwertige Reiniger auf Basis mild- oder alkalischer Träger umzustellen. Dies bedeutet: Stearatzüge können bei alkalischer Reinigung mitbehandelt werden, Ölzüge können aber nicht in phosphorsauren Reinigern. Immer wieder werden wir zu Mehrdrahtanlagen gerufen in denen einzelne Adern nicht ausreichend sauber werden, fast immer sind dann Ölzüge in der Verbindung mit phosporsauren Reinigern die Ursache.

Während der Veranstaltung „Drahtreinigung“ des Netzwerkdraht hatte ein Betriebsleiter das Spülen mit folgenden Worten erklärt: „Spülen ist das Verdünnen von Fremdstoffen beziehungsweise der Schmutzfracht, bis sie nicht mehr stört.“ Der Mann hat es verstanden! In jeder Spülstufe wird die anhaftende Lösung aus dem Vorprozess um den Faktor 10 verdünnt. Immer davon ausgehend, dass eine optimale Reinigung stattgefunden hat, führt dass Spülen zu einer sauberen reaktionsfähigen Oberfläche, die wenig Fremdeintrag in das kostbare Folgebad/Prozessbad verursacht und somit lange Standzeiten der Wirkchemie ermöglicht. Aber auch hier gibt es Fallstricke, die gerne zu Problemen führen. Bei modernen Anlagen sind die Spülen und Überhebzeiten zum Teil so optimiert, dass der Draht nach dem letzten Spülbad im Anschluss an das Beizen oxidiert. Hier ist zu viel Frischwasser im Einsatz. Der ph-Wert sollte in diesem Bad nicht über 4,5 liegen, damit ein leichter Säureschutz ein Anlaufen verhindert. Insgesamt kann durch den Einsatz von ph-Wert gesteuerten Kaskadensystemen mit geringem Aufwand sehr viel Gutes für den Gesamtprozess getan werden.

Die wässrige Reinigung wird in Tauchbädern, Spritzanlagen, Ultraschallanlagen oder elektrolytischen Anlagen durchgeführt. Die Reinigungsmittel werden meist verwendet bis ihre Reinigungsleistung zu gering, beziehungsweise das maximal tolerierbare Schmutztragevermögen erreicht ist. Dies erfordert Badüberwachung, Dosierung und Badpflege: also Skimmer, Ölabscheider, Filtrationsanlagen und andere. Daraus resultieren Badstandzeiten bis zu zwölf Monate. Spülprozesse entfernen Salze und schützen vor Oxidationen und Fremdeinträgen in die Prozessbäder. Die Wichtigkeit des Spülens – vor allem nach den Reaktionsbädern – für die Qualität des Produktes wird unterschätzt.

Michael Bertzen, Chemische Fabrik Wocklum


Auswahlkriterien zur Reinigungsmethode

– verschiedene Materialien und Oberflächen wie Edelstahl, Stahl, Eisen, Aluminium, Kupfer oder Messing

– unterschiedliche Durchmesser von 0,04 mm bis 50 mm

– variierende Folgeprozesse wie Beschichten, Ziehen, Wärmebehandeln, Kaltumformen, Galvanisieren, Verschweißen, Ummanteln, Korrosionsschützen und andere.


Was gilt als Verschmutzung?

– Oxidationen, Rost und Zunder

– Kalk-, Phosphat- und Schmiermittel-Trägerschichten

– Ziehmittel wie Zink-, Natrium- und Calciumstearate

– Ziehöle, reaktiv und nicht reaktiv

– Polymerschmiermittel

– sonstige


Reinigungsverfahren sind

– mechanisch-abrasives Strahlen, Schleifen, Bürsten

– chemisch (abrasiv/reaktiv) wie Beizen in flüssigen Lösungen

– chemisch (nicht-reaktiv) wie organische Lösemittel oder wässrige Lösungen (sauer, neutral oder alkalisch)

– thermisch (reaktiv) wie Wärmebehandlung weit über 100 °C in reaktiven Gasen




Chemische Fabrik Wocklum
Gebr. Hertin GmbH+Co. KG
Glärbach 2, 58802 Balve
Ansprechpartner ist Michael Bertzen
Tel.: +49 2375 925-100
m.bertzen@wocklum.de
www.wocklum.de

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