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Verfahren zur Vorbehandlung von Blechen oder Bändern vor dem Aufbringen einer Phosphatschutzschicht nach dem Einbrennverfahren
Es ist häufig erforderlich, Bleche, die beispielsweise zur Erzielung eines Isolationsschutzes mit einer festhaftenden Schicht versehen werden müssen, vorher zu glühen. Eine solche Glühung kann insbesondere der Herbeiführung besonderer Eigenschaften des Bleches, beispielsweise von magnetischen Eigenschaften, dienen. So hat man bei der Herstellung von Transformatorenblechen zunächst eine kornorientierende Glühung vorgenommen und dann die Bleche mit einer Phosphatschicht zum Zwecke des Isolationsschutzes versehen.
Dieses Verfahren war sehr umständlich. Zunächst wurde das Blechmaterial zum Schutze gegen das Zusammenbacken beim kornorientierönden Glühen in Stapeln beispielsweise mit einer Aufschlämmung von Magnesia in Wasser geschützt, wozu eine Aufbringung der Aufschlämmung mit anschliessender Trocknung erforderlich ist. Dann konnte die kornorientierende Glühung stattfinden, wonach das Magnesiumoxyd in umständlicher Weise entfernt werden musste. Wollte man dann eine isolierende Phosphatschicht aufbringen, so war es erforderlich, in gründlicher Beiz- und Vorglühbehandlung die Oberfläche des komorien- tierten Bandes vorzubehandeln. Erst dann konnte eine brauchbare isolierende Phosphatschicht aufgebracht werden.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Vorbehandlung von Blechen und Bändern vor dem Aufbringen"einer Phosphatschutzschicht nach dem Einbrennverfahren, insbesondere zur elektrischen Isolation, in dem eine Glühung vorgesehen ist. DiesesVorbehandlungsverfahren besteht darin, dass man auf der Oberfläche einen Phosphatüberzug dadurch aufbringt, dass man einen Film einer Monokalziumphosphat und/oder Monobariumphosphat und/oder Monoaluminiumphosphat enthaltenden Lösung aufbringt und bei Temperaturen von 200 bis 8000, vorzugsweise über 5000, einbrennt und die Glühung, insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 8500, durchführt. Nach dem Glühen kann man dann auf der Oberfläche direkt durch Einbrennreaktion eine unlösliche Phosphatschicht aufbringen.
Bei diesem Vorbehandlungsverfahren wird durch die eingebrannte Phosphatschicht nicht nur das Zusammenbacken der Bleche oder Bänder beim Glühen verhindert, sondern die geglühten Werkstücke besitzen auch eine Oberfläche, auf der sich Phosphatschichten nach dem Einbrennverfahren besonders günstig aufbringen lassen. Erfindungsgemäss wird also beispielsweise zur Herstellung von Transformatorenblechen die kornorientierende Glühung unter Verhinderung des Zusammenbackens der gestapelten Bleche bzw. gewickelten Bänder mit Hilfe eines Films durchgeführt, der aus einer Monokalziumphosphat und/ oder Monobariumphosphat und/oder Monoaluminiumphosphat enthaltenden Lösung unter Einbrennen aufgebracht wurde, und nach dem Glühen auf der Oberfläche direkt durch Einbrennreaktion eine unlösliche Phosphatschicht aufgebracht.
Es wurdenäínlich gefunden, dass dieses Einbrenrverfahren der Vorbehandlung nicht nur das Zusammenbacken von Blechen oder Bändern beim Glühen verhindert, sondern dass die geglühten Werkstücke eine Oberfläche besitzen, auf der sich Phosphatschichten nach dem Einbrennverfahren besonders günstig aufbringen lassen.
Wird das Glühen dieser nach dem besonderen Verfahren mit einer Phosphatschicht versehenen Werkstücke in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, dann wird beim Glühen, insbesondere wenn dieses bei Temperaturen oberhalb von 8500 durchgeführt wird, die Phosphatschicht bis auf geringe Reste zer-
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stört, ohne dass hiedurch der Schutz gegen das Zusammenbacken wegfiele. Diese Oberfläche ist nach Beendigung des Glühens besonders gut zur Aufnahme von Lösungsfilmen geeignet, die unter Einbrennen Phosphatschichten ergeben. Es können hiefür die gleichen Lösungen verwendet werden, wie sie vor der Glühung zur Verhinderung des Zusammenbackens Verwendung fanden.
Für das Aufbringen der Einbrennphosphatschichten können beispielsweise folgende Lösungen verwendet werden : 100 g Kalziummonophosphat pro Liter, stabilisiert durch einen geringen Phosphorsäuregehalt entsprechend 10 g PO/Liter. Das Material wird mit dieser Lösung gleichmässig benetzt, beispielsweise durch Aufsprühen oder Aufwalzen, und der Lösungsfilm bei 500-600 30-60 sec eingebrannt. Das Aufbringen dieses Überzuges kann beispielsweise bei Bändern dadurch erfolgen, dass das Band durch die Lösung hindurchläuft, anschliessend gegebenenfalls der anhaftende Lösungsfilm durch Hindurchführen durch ein Walzenpaar vergleichmässigt wird und das Band dann durch die Einbrennzone läuft.
Die Dicke des aufgebrachten Lösungsfilms lässt sich beispielsweise durch Variation der Konzentration der Lösung an Phosphat regulieren.
DieKonzentration der zu verwendenden Lösung ist in weiten Grenzen variierbar und mit ihr lässt sich auch die Stärke der aufzubringenden Phosphatschicht regeln. Eine Variierung der Schichtstärke durch Verwendung von Benetzungsmitteln, die die Veränderung der Dicke des aufzubringenden Lösungsfilms variieren lassen, kann störend sein, wenn organische Bestandteile oder Kohlenstoff beim Glühprozess der Bleche unerwünscht sind.
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standteile des Lösungsfilms mit der metallischen Oberfläche, wodurch die Verwachsung der Phosphatschicht mit dem Metall verstärkt werden kann.
Vorteilhaft verwendet man solche zersetzliche Phosphate, deren mit der Phosphorsäure verbundener Rest verdampft und keine störenden Reaktionen mit der Metalloberfläche eingeht. Als Beispiel für eine solche Phosphatierung sei genannt Eine Lösung, die 150 g/Liter primäres Ammoniumphosphat, 140 g/Liter primäres Kalziumphosphat und 20 g/Liter PO-in Form von freier Phosphorsäure enthielt, wurde in Form eines dünnen, gleichmässigen Films auf die Metalloberfläche aufgebracht und bei 7000 30 sec eingebrannt.
Besonders vorteilhaft ist es, den Lösungen noch Bestandteile zuzufügen, die in die Phosphatschicht eingebettet werden und diese verdichten. In diesen Fällen ist es möglich, den Phosphatgehalt der Lösungen wesentlich herabzusetzen, ohne dass die schützende Wirkung erniedrigt wird. Als solche Zusätze haben sich insbesondere Glimmermehl oder andere Silikate in feinstverteilter Form, feinstverteiltes Si02' AI203, MgO oder auch unlösliche, beispielsweise tertiäre, Phosphate bewährt, die in, tier Phosphatlösung suspendiert aufgebracht werden können.
Durch die Ausbildung der Phosphatschicht und deren Bindung in der Eisenoberfläche werden diese gleichzeitig aufgebrachten Füllstoffe in gleichmässiger Form aufgetragen und in die Schicht eingebettet und mit ihr verankert, so dass sie fest an der Oberflächehaftenund einen gleichmässigen Film bilden, der wesentlich fester verankert ist, als zwischengestreute oder durch Aufschlämmung aufgebrachte Oxyde.
Besonders vorteilhaft ist es, die Füllkörper erst beim Aufbringen dadurch zu bilden, dass man lösliche Verbindungen zusetzt, die beim Aufbrennprozess als unlösliche und hitzebeständige Verbindungen sich einlagern. Beispielsweise kann man den Phosphatierungslösungen lösliche Titan- oder Zirkonverbindungen hinzufügen, die beim Aufbrennen TiO2 bzw. ZrO2 bilden, die - in die Schicht eingelagert-deren Hitzebeständigkeit und Schutzwirkung wesentlich erhöhen. Als lösliche Verbindungen, die bei dem Einbrennprozess eine unlösliche Einlagerung in die1thosphatschicht bilden, können auch Polysilikate oder Polyphosphate verwendet werden, wodurch die Schicht verdichtet wird.
Von den leicht-und schwerlösliche Phosphate bildeiiden Metallen haben sich für den erfindungsgemässen Zweck insbesondere Kalzium und Barium geeignet erwiesen, die in Form ihres löslichen Phosphats in der Lösung angewendet werden. Ähnlich, wenn auch weniger günstig, wirkt Aluminiumphosphat. Es ist daher möglich, dieses an Stelle von oder zusätzlich zu Kalzium- und/oder Bariumphosphat anzuwenden.
Für das Aufbringen der Phosphatschichten nach der Glühbehandlung ist es auch möglich, Lösungen zu verwenden, welche Zusätze, die verschiedenen Zwecken, insbesondere der Isolation dienen können, enthalten.
So kann man beispielsweise den Phosphatlösungen, die als Film eingebrannt werden sollen, Titanverbindungen oder Zirkonverbindungen in löslicher oder suspendierter Form zufügen, um die Isolationswirkung und die Beständigkeit gegen eventuelle NachglühungendesBleches zu erhöhen.
Das Verfahren sei an Hand eines Beispiels näher erläutert : Zur Herstellung eines kornorientierten
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Transformatorenbandes wurde beispielsweise ein blank geglühtes Band aus einem siliziumhaltigen Eisen mit dem Film einer Lösung, die 100 g Kalziumphosphat/Liter enthielt, die durch einen geringen Phos- phorsäuregehalt entsprechend etwa 10 g PJ3/Liter stabilisiert war, bedeckt. Der gleichmässig aufgetra- gene Lösungsfilm wurde bei 500-6000 30 sec eingebrannt. Das aufgewickelte Band wurde dann bei 11000 in einer Atmosphäre von reinem Wasserstoff mehrere Stunden geglüht, wodurch die für das Transformato- renband erwünschte Komorientierung eintrat.
Das Band wurde dann in Wasserstoff langsam abkühlen ge- lassen, abgewickelt, nachgestreckt und durch eine Lösung laufen gelassen, die 150 g/Liter primäres Am- monphosphat, 140 g/Liter primäres Kalziumphosphat, 20 g/Liter PC) in Form von freier Phosphorsäure und 20 g/Liter Glimmermehl enthielt, wodurch ein gleichmässiger Film dieser Lösung auf der Oberfläche entstand. Das Band durchlief anschliessend eine Einbrennzone, in der während etwa 10-20 sec bei 6000 der Lösungsfilm auf der Metalloberfläche eingebrannt wurde. Es entstand ein mit einer gleichmässig dich- ten Isolierschicht versehenes Transformatorenband, dessen Isolierschicht gut haftet, unlöslich ist und das
Band gleichzeitig gut gegen Korrosion schützt und nicht zum Abblättern neigt.
Die Schicht ist genügend widerstandsfähig gegen die bei derartigen Bändern auftretende Beanspruchung.
Es wurden auch Bänder hergestellt, bei denen sowohl zum Sinterschutz als aubh zum Isolationsschutz beide Male die gleiche Lösung aus Ammoniumphosphat, Kalziumphosphat und Phosphorsäure mit Glim- merzusatz gewählt wurde. Auch ein solches Vorgehen hat sich als geeignet erwiesen. Es ist besonders überraschend, dass bei einer Kombination der einzelnen Verfahrensschritte, wie sie gemäss Erfindung vor,. genommen wird, eine Zwischenreinigung des Bleches nach dem Glühen und vor dem Aufbringen der Isolationsschicht nicht nur nicht erforderlich ist, sondern dass eine Oberfläche in dem Zustand, wie sie nach der Glühung vorliegt, besonders aufnahmefähigfürdieAufbringung des Isolationsschutzes Surch Einbrennen einer Phosphatschicht ist.
Das Verfahren gemäss vorliegender Erfindung ist aber auch noch zu andern Zwecken brauchbar als zur Herstellung von kornorientierten isolierten Blechen oder Bändern. Man kann das Verfahren auch in allen den Fällen anwenden, in denen ein Blechmaterial einer Vergütungsglühung unterworfen und mit einer Schutzschicht bedeckt werden soll, sei es, dass diese Schutzschicht als Korrosionsschutz, als Verformungserleichterung oder zu sonstigen Zwecken aufgebracht werden soll. Die Temperaturen für die Vergütung brauchen dabei nicht in der Höhe der KQ ornorientierungsglühung zu liegen.
Bei besonders wertvollem Material, auf dem man eine besonders gut verankerte Schutzschicht durch Einbrennphosphatieren aufbringen will, kann es hiebei sogar sinnvoll sein, eine solche Glühung lediglich zum Zweck der Erzielung eines guten Haftgrundesfür die aufzubringende Einbrennphosphatschicht durchzuführen, also zunächst eine Phosphatschicht dadurch aufzubringen, dass man einen Film einer Monokalziumphosphat und6 oder Monobariumphosphat und/oderMonoaluminiumphosphat enthaltenden Lösung aufbringt und bei Temperaturen von 200 bis 8000, vorzugsweise 5000, einbrennt, diese durch Glühen zu zerstören, wodurch die Oberfläche für die festeVerankerung der anschliessenden Einbrennphosphatierung in einen besonders goum- stigen Zustand versetzt wird.
Dies gilt beispielsweise für Titanblech, die zum Zwecke der Verformung eine diese erleichternde Phosphatschicht erhalten sollen. In einem solchen Fall kann sich eine Vorbehandlung bei der in der beschriebenen Weise ein Phosphatüberzug aufgebracht wird, mit anschliessender Glühung durchaus rechtfertigen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Vorbehandlung vonblechen oderbändem vor dem Aufbringen einer Phosphatschutzschicht nach dem Einbrennverfahren, insbesondere zur elektrischen Isolation, dadurch gekennzeichnet, dass man auf der Oberfläche einen Film einer Monokalziumphosphat und/oder Monobariumphosphat und/ oder Monoaluminiumphosphat enthaltenden Lösung aufbringt und bei Temperaturen von 200 bis 8000, vorzugsweise über 5000, einbrennt und eine Glühung, insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 850q durchführt.