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Verfahren zur Erzeugung von korrosionsfesten Aluminiumüberzügen auf Eisenoberflächen
Es ist bekannt, Eisenoberflächen wie die Oberflächen von verschiedenen Eisen-und Stahlkörpem zwecks Korrosionsschutz mit einem Aluminiumüberzug zu versehen, welcher gewöhnlich durch Spritzverfahren aufgetragen wird. Die Erzeugung von wirksamen, hitzebeständigen, gut haftenden Aluminium- überzügen Ist jedoch mit Schwierigkeiten verbunden. Zwecks Erhöhung der Korrosionsfestigkeit der Aluminium-Schutzschichte wurde vorgeschlagen, diese Schichte mindestens auf 500 C, vorzugsweise auf 7500C zu erhitzen, damit sich der Aluminiumüberzug mit dem eisenhaltigen Grundkörper legiere. Die Wärmebehandlung erfolgt unter Luftausschluss oder in einer nichtoxydierenden Atmosphäre, und es wird auch längere Wärmebehandlung angewendet.
Auf diese Weise kann ein hitzebeständiger Überzug erzeugt werden. Es wurde gefunden, dass ein durch solche Wärmebehandlung erhaltener Überzug einer Biegebeanspruchung nicht standhält, leicht Risse bekommt und auch gegenüber Temperaturschwankungen nicht entsprechend widerstandsfähig ist. Deshalb ist ein Überzug dieser Art empfindlich und bietet nur auf beschränkten Gebieten und nur in beschränktem Masse Korrosionsschutz.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, das diese Nachteile beseitigt, und durch welches an den Oberflächen von Eisen- oder Stahlgegenständen eine gut haftende, hitzebeständige und gegen Wärmeschwankungen widerstandsfähige Aluminiumschichte hergestellt werden kann, die auch Biegebeanspruchungen gut erträgt, gute Korrosionseigenschaften, sowie eine verschleissfeste Oberfläche aufweist.
Versuche haben erwiesen, dass eine Wärmebehandlung eines mit einer Aluminiumschichte versehenen Eisengegenstandes auf solche Weise vorgenommen werden darf, dass das Eisen in die Aluminiumschichte nur bis zu einem gewissen Masse diffundiere bzw. dass nur eine bestimmte Menge des Eisens sich mit dem Aluminium legiere. Versuche haben ergeben, dass das Mass der Legierung durch die Änderung der Farbe der Aluminiumschichte dadurch gut kontrolliert werden kann, dass die silberfarbige Oberfläche in verschiedene graue Töne übergeht. Bei einer längeren Wärmebehandlung und bei höheren Temperaturen wird nämlich die Aluminiumschichte zufolge des hohen Eisengehaltes zu spröd, was durch eine dunkelgraue Farbe wahrgenommen werden kann.
Die Versuche haben auch gezeigt, dass, falls man die Wärmebehandlung in einer oxydierenden Atmosphäre vornimmt, eine Schutzschichte mit wesentlich besseren
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wird. Die so gebildeten Aluminiumschichten können mit Korrosionsschutzmitteln z. B. mit wasserabstossenden Mitteln, wie Paraffin oder Kunststoffen gut imprägniert werden. Die kunststoff-oder lackartigen Überzüge haften gut, so dass die Korrosionsfestigkeit erhöht und gegen bestimmte agressive Mittel eine gute, korrosionsfeste Oberfläche ausgebildet werden kann.
Im Sinne der Erfindung werden also die Korrosionsfestigkeit und andere physikalische Eigenschaften der mitAluminiumüberzügen versehenen Eisenflächen in der Weise verbessert, dass die zweckmässig zwischen 0, 1 und 0, 4 mm starke und vorteilhaft durch Spritzen aufgetragene Aluminiumschichte zwischen 690 und 800oC, vorteilhaft bei 720 - 7400C in einer oxydierenden Atmosphäre so lange einer Wärmebehandlung unterworfen wird, bis die Oberfläche der aufgetragenen Aluminiumschichte in eine graue Farbe übergeht, die nach Benetzung mit Paraffinschmelze in kaltem Zustande einem Wert zwischen 0, 2 und 1, 8, vorteilhaft zwischen 0, 8 und 1, 2 des Graukeiles nach DIN 4512 entspricht.
Es wurde nämlich gefunden, dass die graue Farbe genau festgestellt werden kann, wenn die Ober-
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fläche mit einem ölartigen Stoff, vorteilhaft mit Paraffin benetzt wird. Bei der Feststellung der Farbe könnenpiaktisch graue Vergleichskörper verwendet werden, deren Farbe der obigen Farbenskala entspricht.
Die graue Farbe kann auch mit einem Pulfrich-Photometer genau bestimmt werden.
Die Korrosionsfestigkeit des gemäss der Erfindung hergestellten Überzuges und der Widerstand dessel- ben gegenüber gewissen Chemikalien kann in hohem Masse und sehr einfach auf die Weise erhöht werden, dass das warmbehandelte Arbeitsstück etwas z. B. zwischen 200 und 4000C abgekühlt und dann in ein flüssiges Paraffinbad gebracht und in diesem auf die Temperatur des Bades abgekühlt wird. Es wird vorteilhaft ein auf 100 - 1200C erwärmtes Paraffinbad verwendet. Nach Behandlung In dem Paraffinbad wird das Arbeitsstück aus demselben herausgenommen, und längere Zeit, z. B. 5 - 30 Minuten in einem etwas wärmerenRaum als die Temperatur des Bades, vorteilhaft bei 100-200 C, gehalten.
Durch diese Behandlung kann das überflüssige Paraffin entfernt werden und es entsteht eine sehr gleichmässige dünne Paraffin- schichte, durch die die Poren der Aluminiumschichte gut ausgefüllt werden, wodurch die Korrosionsfestig- keit der Schichte in hohem Masse erhöht wird.
Ein ähnliches Ergebnis kann erreicht werden, wenn anstatt Paraffin Wachsarten, wie Carnaubawachs oder Bienenwachs verwendet wird.
Die mit dem erfindungsgemässen Verfahren ausgebildete Schutzschichte kann auf bekannte Weise auch mit einem Kunststoff wie Polyester oder Epoxyharz überzogen werden. Mit gutem Erfolg kann auch einPolyäthylen-Überzug aufgebracht werden. Die Polyäthylen-Schichte kann mit einem Warmspritzverfahren auf das kalte Arbeitsstück oder auf die Oberfläche eines nicht ärmeren als 200 C, zweckmässig auf 120 - 1400C erhitzten Arbeitstückes aufgetragen werden. Das Polyäthylen kann aber auch in Form einer Lösung oder auf eine andere bekannte Art aufgetragen werden. Man kann auch eine gut haftende Polyamid-Schutzschichte erzeugen.
Beispiel 1: Weichstahlblech wird nach üblicher Art von Fett und Oxydschichte befreit und aufgerauht. Es werden auf mehrere Bleche 0, 1 und 0, 2 mm starke Aluminiumschichten von 99, 4% Reinheitsgrad aufgespritzt und nachher die Bleche auf 7300C erhitzt und 3 Minuten bei dieser Temperatur gehalten. Danach lässt man sie bis etwa 2500C abkühlen, worauf sie in ein auf 1200C erwärmtes Paraffinbad getaucht werden. Nachdem die Bleche die Temperatur des Bades aufgenommen haben, werden sie aus dem Bad herausgenommen und bei 150 C etwa 5 Minuten lang einer Wärmebehandlung unterworfen.
Die Wärmebehandlung bei 7300C wurde in einem Elektroofen vorgenommen, in dem die Luft einen freien Kreislauf hatte, so dass die Wärmebehandlung in einer oxydierenden Atmosphäre erfolgte.
Der 0, 1 mm starke Aluminiumüberzug hat eine graue Farbe entsprechend dem Wert 1, 2 gemäss DIN angenommen. Die Farbe der Oberfläche des mit einer 0, 2 starken Schichte überzogenen Bleches entsprach dem Wert 0, 5 gemäss DIN. Die Oberfläche mit hellerer Farbe widerstand den Laugen weniger, als der Aluminiumüberzug mit einer auf dem Wert 1, 2 gemäss DIN ergrauten Oberfläche.
Beispiel 2 : Weichstahlbleche wurden mit einer 0, 2 mm starken Aluminiumschichte versehen und danach wie im Beispiel 1 auf 720 - 7300C erhitzt und bei dieser Temperatur 6 - 8 Minuten gehalten. Aus dem Ofen genommen wurden dieselben in freier Luft auf 3500C abgekühlt, danach in ein auf 1000C erwärmtes Paraffinbad getaucht und aus diesem herausgenommen, bei 1500C 5 Minuten warmbehandelt.
Die graue Farbe der Aluminiumoberilächen entsprach dem Wert 1, 1 gemäss DIN.
Wenn die oben warmbehandelten Bleche ohne Behandlung mit Paraffin, einer Korrosionsprüfung unterworfen werden, zeigen diese in einer wässerigen 3% NaCl und 1% HC1 Lösung unter ständiger Bewegung eine Gewichtsverminderung von 59, 1 g/m2 pro Tag. Bei mit Paraffin nachbehandelten Blechen verringert sich dieser Wert auf 1, 4 g/ pro Tag. Diese Bleche wurden mit wässerigen Lösungen von 5'% NaCl,
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Farbton vom Wert 1, 7 gemäss DIN an. Diese Schichte dunklerer Farbe. widersteht Biegebeanspruchungen in geringerem Masse, als die oben angeführte Schichte mit einem. F arbwertr vob 1, 1.
Beispiel 3 : Es wurden Vergleichsversuche bei niedrigerer und bei höherer Temperatur unternommen, wobei auch die Zeiten verschieden waren. So wurde ein Weichstahlblech mit einer 0, 2 mm starken gespritzten Aluminiumschichte 6 Minuten bei 680 C warmbehandelt. Die Farbe des Aluminiumüberzuges veränderte sich kaum. Nach Benetzung mit Paraffin blieb dessen Farbe heller als 0, 2 gemäss DIN. Dieses Blech zeigte keine höhere Korrosionsfestigkeit als die Bleche ohne Wärmebehandlung.
Der obige Versuch wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass eine Wärmebehandlung bei 7300C und 1 Minute angewendet wurde. Diese Bleche zeigten hinsichtlich Farbe und Korrosionsbeständigkeit gegenüber den nicht warmbehandelten Blechen keinen Unterschied. Den Biegebeanspruchungen widerstanden sie besser als die nicht warmbehandelten Bleche.
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Der obige Versuch wurde wiederholt mit dem Unterschied, dass die Bleche bei 7300C einmal 20 Minu- ten und dann 30 Minuten warmbehandelt wurden. Es ergab sich eine Oberfläche mit einer dunkleren grauen Farbe als 1, 8 nach DIN. Die Oberfläche war spröd, neigte zu Rissen, war also hinsichtlich Korrosionsschutz nicht entsprechend. Bei 7500C und 20 Minuten Wärmebehandlung zeigte sich dasselbe Er- gebnis. Ein ähnliches Ergebnis wurde bei 8000C und 6 Minuten Wärmebehandlung erzielt.
Es wurden Versuche auch in einer Stickstoff-Atmosphäre durchgeführt. Die Wärmebehandlung wurde bei 7300C und 5 Minuten vorgenommen, wobei nach Eintauchen in eine Paraffinschmelze und Abkühlen J. ch ein grauer Farbwert 1, 2 gemäss DIN ergab. Bei einem andern Versuch unter gleichen Bedingungen, jedoch bei einer 10 Minuten lang dauernden Wärmebehandlung ergab sich ein dunklerer Farbwert als 1, 8.
Diese Schichten waren wesentlich kompakter als die, welche durch die erfindungsgemässe Behandlung erhalten wurden. Sie waren gegen Temperaturschwankungen empfindlich und dermassen spröd, dass sie nicht verformt werden konnten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung eines korrosionsfesten Aluminiumüberzuges auf Eisenoberflächen durch eine oxydierende Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, dass die zweckmässig zwischen 0, 1 und 0, 4 mm starke und vorteilhaft durch Spritzen aufgetragene Aluminiumschichte in einer oxydierenden Atmosphäre zwischen 690 und 800 C, vorteilhaft bei 720-740 C so lange einer Wärmebehandlung unterworfen wird, bis die Oberfläche der aufgetragenen Aluminiumschichte in eine graue Farbe übergeht, die
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