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Verfahren zur Behandlung von Gegenständen aus Eisen oder Kupfer oder Legierungen eines dieser
Metalle zwecks Herstellung von rost-oder korrosionsfesten Überzügen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rost-und korrosionsfesten Überzügen auf Metallgegenständen, wie solchen aus Eisen oder Kupfer oder Legierungen eines dieser Metalle.
Diese Überzüge können auch als eine vorteilhafte Grundlage für Farben, Lacke, nichtglasige oder auch glassige Emails dienen, sowie auch für die Metallplattierung mit Zinn, Zink und Kadmium. Bei diesem Verfahren werden, wie dies an sich bekannt ist, auch die oberflächlichen Schichten von Fett, Schlacken und Sand sowie gegebenenfalls auch schadhaft gewordene frühere Überzüge von Farbe, Lack usw. entfernt und die zu behandelnde Metalloberflächen der Einwirkung eines geschmolzenen Reagens unterworfen, welches anfänglich aus einem oder mehreren der Alkalinitrate,-karbonate und-hydroxyde besteht, gegebenenfalls mit Zusatz von sauerstoffhaltigen oder Flussmitteln, wie Mangandioxyd oder Kupfersulfat.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände nach der Behandlung mit dem geschmolzenen Mittel der Einwirkung eines abdichtenden und färbenden Mittels, wie beispielsweise von kristallisiertem Hämatoxylin, wasserlöslichem Nigrosin, Gerbsäure oder Eisensulphat unterworfen werden, gegebenenfalls nach vorhergehender Waschung in einer wässerigen Schwefelsäure-und/oder Salzsäure-und/oder Eisensulphatlosung.
Man hat wohl schon Schmelzbäder zum Entzinnen vorgeschlagen, nach andern Patenten wieder wässerige Lösungen zur Herstellung von Überzügen. Die Effekte sind dann aber wesentlich anders.
Man hat auch bereits die Verwendung eines Schmelzbades mit Natriumnitrat, Kaliumnitrat und etwas Kaliumehromat für die Behandlung von Aluminium vorgeschlagen. Anmeldungsgemäss können aber andere Gegenstände behandelt werden ; ausserdem entsteht wohl durch Einwirkung eines Schmelzbades ein Überzug, welcher erhebliche Rost-und Korrisionsfestigkeit bewirkt, aber diese Eigenschaften werden durch die hier in Kombination vorgesehene Fertigbehandlung weiter verbessert.
Die erfindungsgemässe Behandlung kann am einfachsten durch Eintauchen der Gegenstände in Bäder der verschiedenen verwendeten Substanzen bewirkt werden, doch kann man auch verschiedene andere Behandlungsarten wählen. Der Einfachheit halber wird nachfolgend nur von der Ausführung in Form eines Tauchverfahrens gesprochen, doch ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf die Anwendung in Form eines Tauchverfahrens beschränkt zu verstehen. Im Falle eines Tauchverfahrens werden bei dem vollständigen Verfahren die Gegenstände in drei Bäder aufeinanderfolgend eingetaucht, nämlich :
1. in ein geschmolzenes Reinigungs-, Abzieh-und Überzugsbad, 2. in ein Neutralisationsbad, 3. in ein dichtendes (Sealing) und/oder ein färbendes Finishbad.
Das Schmelzbad besteht im wesentlichen aus Alkalinitraten,-phosphaten oder-karbonaten, u. zw. einer oder mehrerer dieser Substanzen, gegebenenfalls mit Zusatz eines oder mehrerer Alkalihydroxyde. Im Falle der Behandlung von Eisen, Stahl oder Eisenlegierungen besteht vorzugsweise der überwiegende Bestandteil des Bades aus einem Alkalinitrat, phosphat oder-karbonat, wobei Alkalihydroxyd, sofern es überhaupt verwendet wird, in geringem Mengenverhältnis zugegen sein soll, zur Behandlung von Kupfer, Messing, Bronze und Aluminium ist es hingegen vorteilhaft, wenn ein Nitrat (oder Phosphat oder Karbonat) und ein Hydroxyd in ungefähr gleichem Mengenverhältnis zugegen sind.
Zur Behandlung von Eisen, Stahl oder Eisenlegierungen wird daher das Schmelzbad zweckmässig zusammengesetzt aus etwa 66% oder mehr von Natrium-oder Kaliumnitrat, Phosphat oder Karbonat und 34% oder weniger von Natrium-oder Kaliumhydroxyd, doch können in manchen Fällen gewünschtenfalls auch weniger als 66% Nitrat, Phosphat oder Karbonat und mehr als 34% Hydroxyd verwendet werden. Zur Behandlung von Kupfer und dessen Legierungen als auch von Aluminium, wird das Bad zweckmässig aus ungefähr 50% Natrium-oder Kaliumnitrat, Phosphat oder Karbonat und ungefähr 50% Natrium-oder Kaliumhydroxyd zusammengesetzt.
Der Zusatz einer kleinen Menge von Mangandioxyd oder kristallinischem Kupfersulfat als Flussmittel erhöht die Dünnflüssigkeit des Bades und vermindert so die Verluste durch Austrag mit den behandelten Gegenständen. Die angewendete Menge des Mangandioxyd oder Kupfersulfats beträgt zwischen je 0-5 bis 10% des Bades und vorzugsweise zwischen ungefähr 1 bis 2%. Das Kupfersulfat scheint auch eine stabilisierende Wirkung, insbesondere bei höheren Temperaturen, auf das Bad auszuüben.
Die Temperatur des Schmelzbades kann je nach Art des zu entfernenden Oberflächenüberzuges und der beabsichtigten Wirkung sehr erheblich schwanken, u. zw. zwischen ungefähr (450 F) 230 C und zwischen 815 C (1500 F). Wenn man die Metallgegenstände nur von Fett oder Öl zu reinigen hat, so genügt eine Badtemperatur von etwa 2300 C, während es zwecks Entfernung von Farbe, Lack oder nichtglasigem Email zweckmässig ist, die Badtemperatur zwischen ungefähr 2300 C und 2600 C zu
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halten. Bei der Entfernung von Metallüberzügen, wie solchen aus Zinn, Zink und Kadmium beträgt die vorzugsweise Badtemperatur ungefähr 260 C bis etwa 3200 C, wenn auch für Zwecke des Entzinnens etwas niedrigere Temperaturen hinreichen.
Um glasige Emails auf dem Wege des Tauchen abzuziehen, sollte die Badtemperatur zwischen etwa 340 C und 3700 C liegen.
Wenn man auf die Metalloberfläche einen besonders wirksamen rost-und korrosionshemmenden Überzug aufbringen will, so sollte die Badtemperatur zwischen etwa 260 C und 480 C, vorzugsweise zwischen 370 C und 480 C gehalten werden. Die jeweils in Betracht kommende Temperatur hängt von der Zusammensetzung des Bades, dem zu behandelnden Metall und der Dauer der Behandlung ab.
Wenn man nur Fett, Öl, Farbe, Lack u. dgl. abziehen will, so genügt ein Eintauchen von 30 Sekunden bis zwei Minuten ; zur Entfernung von glasigem Email, Zinn, Zink und Kadmiumplattierung beträgt die benötigte Zeit etwa 2 bis 5 Minuten und hängt selbstverständlich sehr von der Stärke des Überzuges, der Temperatur und dem Zustand des Bades ab. Selbstverständlich spielt auch die Art und Form der einzutauchenden Gegenstände eine gewisse Rolle. Wenn man beispielsweise ein kompaktes Gussstück und eine dünne Platte gleicher Oberfläche vergleicht, so wird das Gussstück ein etwas längeres Eintauchen im Hinblick auf den Wärmeübergang vom Bad in das Gussstück benötigen.
Wenn das Schmelzbad zum Entfetten und zum Abbrennen von Farbe, Lack, nichtglasigem Email u. dgl. verwendet wird, so bleibt das Bad durch lange Zeiträume im wesentlichen unverändert, da der grösste Teil der zu entfernenden Stoffe sich anscheinend zersetzt und in Gasform abgeht. Eine geringfügige Verschlechterung scheint durch den Zusatz des Ergänzungsmaterials wettgemacht zu werden, welches dem Bade von Zeit zu Zeit zugesetzt werden muss, um den Verlust durch Austrag mit den behandelten Gegenständen zu ersetzen. Das Bad behält seine Wirksamkeit auch dann durch lange Zeit, wenn es zum Abziehen von Metallüberzügen verwendet wird. Das Metall wird hiebei, meistens in gebundener Form, als Schlamm gefällt, welcher periodisch abgezogen oder in anderer geeigneter Weise entfernt werden kann. In manchen Fällen erscheint das abgezogene Metall in metallischer Form und geschmolzen.
Wenn glasiges Email entfernt wird, so wird das Bad nach 6 bis 12 Stunden grösster Ausnutzung vergiftet oder unwirksam, sofern nicht entgegengesetzt wirkende Massnahmen angewendet werden. Wenn das Bad in geschmolzenem Zustand ruhig durch 10 bis 20 Stunden erhalten wird, so setzt sich das kieselsäurehältige Material und die andern Bestandteile des glasigen Emails als Schlamm ab und kann abgezogen werden. Wenn ein kontinuierliches Arbeiten des Bades benötigt wird, so kann der vorerwähnte Vergiftungs-oder inerte Zustand, welcher anscheinend mit dem in Suspensionverbleiben des abgezogenen Materials zusammenhängt, durch Einleitung einer Fällung des abgezogenen Materials verhindert werden. Dies kann durch Zusatz bzw. von Dampf geschehen.
Abgesehen von der bewirkten Entfernung von Oberflächenüberzügen, reagiert das Schmelzbad mit dem Metall unter Bildung eines sehr stark anhaftenden Überzuges, welcher praktisch ein Ganzes mit dem Metall bildet und ein ausgezeichnetes Rost-und Korrosionsschutzmittel darstellt. Der Überzug ist so dünn, dass er keine bedeutungsvolle Erhöhung der Dimensionen der behandelten Gegenstände verursacht. Schrauben oder Bolzen mit sehr feinem Gewinde sitzen nicht nennenswert fester in den gebohrten Löchern als vor der Behandlung. In der angegebenen Weise behandelte dünne Stahlbleche können nach vorne und rückwärts auf sehr kleinen Radius gebogen werden, ohne dass die Oberflächenschichte einen Schaden ersehen lässt, dies bis ungefähr zu dem Zeitpunkte, in welchem Bruch des Metalls eintritt.
Der Überzug ist des weiteren eine bessere Grundlage für Farbe, Lack, nichtglasigem und glasigem Email und für Metallplattierung und Metallschutzschichten, wie etwa aus Zink, Zinn, Kadmium, Kupfer, Nickel u. dgl. (ob diese nun elektrolytisch oder durch Tauchverfahren oder durch Plattierung usw. aufgebracht werden) als das Metall des Gegenstandes selbst und solche Oberflächen- überzüge haften besser, wenn sie auf erfindungsgemäss behandelte Gegenstände, als wenn sie auf das blosse Metall aufgebracht werden.
Die in dem Schmelzbad zu behandelnden Gegenstände werden in dasselbe nur eingetaucht, eine Bewegung der Gegenstände oder des Bades ist nicht notwendig. Das Material des Bades dringt sehr tief ein und geht mit gründlicher Reinigungswirkung in die feinsten Hohlräume. Dicht zusammengepackte Metallbleche erhalten auf den sich berührenden Flächen eine ebenso gute Schutzschicht als auf den exponierten Flächen und zeigen keine Spuren der Berührung, wie dies etwa beim Elektroplattieren oder nach dem Tauchen in Farbe oder Email wäre. Kleine Gegenstände, wie Bolzen, Muttern, Scheiben u. dgl. können aufgehäuft in Körben behandelt werden.
Nach dem Eintauchen in das Schmelzbad werden die Gegenstände herausgehoben, durch einige Sekunden getrocknet und dann mit Wasser entweder durch Eintauchen oder Besprühen gewaschen.
Das Waschen sollte gründlicher sein, wenn das Schmelzbad einen grossen Prozentsatz von Natriumoder Kaliumhydroxyd enthält, als wenn es wenig oder nichts hievon aufweist.
Die gewaschenen Gegenstände werden sodann in ein neutralisierendes Bad eingetaucht ; dies kann z. B. eine schwache wässerige Lösung von Salzsäure, Schwefelsäure, Oxalsäure oder einer andern geeigneten Säure oder eine wässerige Lösung von Eisensulfat sein, welche vorzugsweise auf einer Temperatur von ungefähr 70 C gehalten wird ; die Temperatur kann aber auch niedriger oder höher sein, z. B. von etwa 40 bis 90 C. Salzsäure wird zweckmässig in einer etwa 1 bis 2%igen Lösung verwendet, während Schwefel-oder Oxalsäure in bis 5%iger Lösung verwendet werden können.
Besonders zweck-
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mässig ist eine Lösung von Eisensulfat (6-25 gr/1). Diese Lösung neutralisiert nicht nur etwelches am Metall anhaftendes Alkali, sondern dunkelt und verbessert auch das Aussehen des im Schmelzbad bewirkten Überzuges.
Nach der Behandlung im Neutralisationsbad können die Gegenstände herausgenommen und in dieser Form verwendet werden oder sie können mit einem Farbanstrich oder mit Email oder einer Metallplattierung versehen werden ; vorzugsweise werden sie in ein Finishbad übergeführt, zweckmässig nach Entfernung etweleher an der Oberfläche haftender freier Säure durch Waschen. Dieses Fertigstellungsbad enthält in wässeriger Lösung Eisensulfat, kristallisiertes Haematoxyl, wasserlösliches Nigrosin, Gerbsäure oder irgendein anderes geeignetes färbendes oder abschliessendes (sealing) Mittel.
Das Bad wird mit irgendeinem der oben genannten Bestandteile angestellt, zweckmässig in Mengen von etwa 6-2 grill. An Stelle von kristallisierten Haematoxyl kann auch eine äquivalente Menge von Blauholzstücken oder irgendein Blauholzpräparat verwendet werden. Die Reagenzmenge kann auch höher oder niedriger sein als oben angegeben. Dieses Bad wird vorzugsweise auf eine Temperatur von ungefähr 700 C gehalten werden, es können auch andere Temperaturen, beispielsweise zwischen 40 und 90 C in Betracht kommen. Die Gegenstände werden in diesem Bad etwa 2 bis 10 Minuten eingetaucht, herausgenommen und mit Wasser gewaschen. Der entstehende Überzug ist noch widerstandsfähiger gegen Rost und Korrosion, als der im ersten Bad erhaltene und ist eine bessere Grundlage für Farbe, Email und Metallschichten.
Der Überzug hat auch ein sehr gutes Aussehen, wechselnd zwischen etwa"Kanonenmetall" (Gewehrmetall) bis dunkelblau oder schwarz. Wenn man mit Öl oder durchsichtigem Lack überzieht, so ähnelt das Aussehen gutem schwarzem Email. Abgesehen davon, dass die verwendeten Materialien den in dem ersten Bad aufgebrachten Überzug färben, dringen sie auch in die Poren oder intermolekülare Zwischenräume des Überzuges ein und verschliessen dieselben gegen den Eintritt von Rost oder Korrosion hervorrufenden Agentien.
Das neutralisierende Bad ist sehr wichtig, wenn eine Farbe, Lack oder Email nachfolgend aufgebracht werden soll, da dann jede Spur von Alkali entfernt werden muss, um das Auftreten von Flecken in dem schliesslichen Überzug zu vermeiden.
Die Reaktion des zweiten und dritten Bades muss von Zeit zu Zeit überprüft und gegebenenfalls durch Zusatz von Säure oder anderer Bestandteile richtiggestellt werden.
Getemperte oder einsatzgehärtete Stahlgegenstände können erfindungsgemäss ohne Beeinflussung der Temperung oder Härte behandelt werden. Der erteilte Überzug behindert auch nicht eine Azetylen-oder Elektroschweissung oder das Hartlöten.
Aluminium kann ein sehr schöner schwarzer Überzug durch Tauchen in das Schmelzbad bei einer Temperatur zwischen ungefähr 226 C und 235 C, vorzugsweise bei ungefähr 2300 C durch etwa 1 bis 2 Minuten gegeben werden, wonach man die Gegenstände etwa 30 Minuten bis 2 Stunden vor dem Waschen stehen lässt.
Ausführungsbeispiele für verschiedene Badzusammensetzungen, auf welche die Erfindung aber in keiner Weise eingeschränkt ist.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Erstes <SEP> Bad <SEP> :
<tb> Ausführungsbeispiel1 <SEP> :
<tb> Natriumnitrat <SEP> 5 <SEP> Teile,
<tb> Kaliumnitrat <SEP> 1 <SEP> Teil.
<tb>
Ausführungsbeispiel <SEP> 2 <SEP> :
<tb> Natriumnitrat <SEP> 50 <SEP> Teile,
<tb> Kaliumnitrat <SEP> 50 <SEP> Teile,
<tb> Natriumhydroxyd <SEP> 1 <SEP> Teil.
<tb>
Ausführungsbeispiel <SEP> 3 <SEP> :
<tb> Trinatriumphosphat <SEP> 4 <SEP> Teile,
<tb> Natriumhydroxyd <SEP> 1 <SEP> Teil,
<tb> Kaliumnitrat <SEP> 1 <SEP> Teil.
<tb>
Ausführungsbeispiel <SEP> 4.
<tb>
Kaliumkarbonat <SEP> 8 <SEP> Teile,
<tb> Natriumhydroxyd <SEP> 2 <SEP> Teile.
<tb>
Ausführungsbeispiel <SEP> 5 <SEP> :
<tb> Kaliumnitrat <SEP> 65 <SEP> Teile
<tb> Natriumhydroxyd <SEP> 34 <SEP> Teile.
<tb>
Diese Zusammensetzungen sind geeignet zum Abziehen von Fett, Farbe, Lack, nichtglasigem und glasigem Email und von Metallplattierungen und Schutzschichten, von Eisen, Kupfer oder aluminiumhältigen Oberflächen. Wenn man keinen nachfolgenden Oberflächenüberzug aus Farbe, Email oder Lack aufbringen will, so kann die Menge des Natriumhydroxyds auf irgendein gewünschtes Ausmass in den Ausführungsbeispielen erhöht werden, da es ein gutes Abziehmittel ist, aber die letzten
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Spuren nur schwer zu entfernen sind. Für das Reinigen und für den Oberflächenfinish von Kupfer oder kupferhältigen Legierungen, wie Messing oder Bronze, insbesondere dann, wenn keine Farbe oder Lacküberzug aufgetragen werden soll, ist nachfolgende Zusammensetzung zu empfehlen, da sie zu einem schönen schwarzen Überzug führt.
Ausführungsbeispiel 6 :
EMI4.1
<tb>
<tb> Natriumhydroxyd................. <SEP> 50 <SEP> Teile,
<tb> Kaliumhydrat <SEP> 50 <SEP> Teile.
<tb>
Zu jeder der vorhergehenden Mischungen kann man gewünschtenfalls 0. 5% bis 10% Mangandioxyd oder kristallisiertes Kupfersulfat als Flussmittel und als Stabilisierungsmittel zusetzen. Die vorzugsweise Menge beträgt 1 bis 2%.
In jedem der vorangeführten Beispiele können die angegebenen Alkaliverbindungen durch die entsprechende Verbindung des andern Alkalimetalls ersetzt werden.
Abgesehen von dem Abziehen von Fett und verschiedenen Überzügen von Metall, ist das Schmelzbad auch ein sehr rasch wirkendes gutes Mittel zum Reinigen von Gussstücken zwecks Entfernung von Sand, Schlacke u. dgl., so dass der übliche Beizprozess entfallen kann.
Der erfindungsgemäss hergestellte Überzug, insbesondere der durch Eintauchen in alle drei Bäder erzielte, ist sehr dauerhaft und zähe, so dass die so behandelten Metallbleche in Gesenken bearbeitet werden können, ohne dass der Überzug beschädigt wird.
Die Behandlung hat, insbesondere wenn Temperaturen zwischen 3100 C und 4600 C angewendet werden, eine Anlasswirkung, welche die Festigkeit des Metalls verbessert. In gewissen Fällen, wenn ein Anlassen zwischen mehreren Formungsvorgängen benötigt wird, können die Stücke zwischen den Formgebungsvorgängen erfindungsgemäss behandelt werden, wodurch ein Anlassen zugleich mit dem Aufbringen des Überzuges bewirkt wird. Man kann das Bad auch auf über 5000 C, beispielsweise auch auf 6500 C oder selbst 8300 C und mehr erhitzen, um die Gegenstände auch zur Entfernung von inneren Spannungen oder für andere Zwecke Wärme zu behandeln.
Wenn kein nachfolgender Überzug aufgebracht werden soll, so ist es zweckmässig, Eisensulfat in dem zweiten oder Neutralisationsbad zu verwenden und das dritte Bad kann. dann weggelassen werden ; es wird aber ein besser aussehender Finishüberzug erzielt, der auch rost-und korrosionsfester ist, wenn man die Gegenstände auch in dem dritten Bad behandelt. Es ist auch im allgemeinen zweckmässig, Eisensulfat nur in einem der Bäder zu verwenden, d. h., wenn es in dem zweiten Bad verwendet wird, so wird zweckmässig eines der andern Mittel in dem dritten Bad verwendet ; will man aber das Sulfat in dem dritten Bad verwenden, so wird das zweite zweckmässig mit Salzsäure oder einer andern Säure hergestellt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung von Gegenständen aus Eisen oder Kupfer oder Legierungen einer dieser Metalle zwecks Herstellung von rost-oder korrosionsfesten Überzügen, die auch als verbesserte Grandlage für Farben, Lacke, nichtglasige oder glasige Emails dienen sowie auch für die Metallplattierung mit Zinn, Zink und Kadmium, bei welchem Verfahren auch oberflächliche Schichten von Fett, Schlacken und Sand sowie gegebenenfalls auch schadhaft gewordene frühere Überzüge aus Farbe, Lack usw.
entfernt werden und bei welchem die zu behandelnde Metalloberfläche der Einwirkung eines geschmolzenen Reagens unterworfen wird, welches anfänglich aus einem oder mehreren der Alkalinitrate, Karbonate und Hydroxyde besteht, gegebenenfalls mit Zusatz von sauerstoffhältigen-oder Flussmitteln, wie Mangandioxyd oder Kupfersulfat, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstände nach der Behandlung mit dem geschmolzenen Mittel der Einwirkung eines abdichtenden und färbenden Mittels, wie beispielsweise von kristallisiertem Hämatoxylin, wasserlöslichem Nigrosin, Gerbsäure oder Eisensulfat unterworfen werden, gegebenenfalls nach vorhergehender Waschung in einer wässerigen Schwefelsäure-und/oder Salzsäure-und/oder Eisensulfatlosung.