<Desc/Clms Page number 1>
H. LUNDIN, résidant à NORTH BERGEN ( E.U.A.).
PROCEDE DE REVETEMENT DE METAUX FERREUX PAR DE L'ALUMINIUM.
La présente invention concerne le revêtement'du fer et de ses alliages, et des métaux et alliages apparentés, par dé l'aluminium. Selon l'invention, on forme sur ces métaux une couche continue et fortement adhé- rente d'aluminium, en appliquant à la surface du métal un fondant compre- nant un fluorure double de métal alcalin et d'aluminium, puis en amenant en contact avec de l'aluminium fondu le métal de base ainsi recouvert.
On a consacré beaucoup d'efforts jusqu'à présent à la mise au point de procédés destinés à former sur des objets en métaux ferreux des revêtements d'aluminium résistant à la rouille, avec plus ou moins de suc- cès. Nombre de ces efforts ont été consacrés à des procédés comportant l'ap- plication d'un fondant à la surface du métal ferreux, puis l'immersion dans de l'aluminium fondu du métal ainsi recouvert.
On a constaté que la plupart de ces procédés ne conviennent pas à une application industrielle, en général parce qu'on a constaté que le fon- dant utilisé ne contribuait dans la pratique que dans une mesure faible, si- non nulle, à favoriser la formation sur la base en métal ferreux d'une cou- che vraiment continue et adhérente d'aluminium. Une exception remarquable à ce fait général consiste en un procédé comportant l'usage d'un fondant choi- si parmi le groupe formé par les fluorures de zirconium et les fluorures de titane.
A la connaissance du demandeur, ces dernières compositions de fon- dant sont les seules, parmi celles proposées jusqu'à présent, qui favorisent la formation sur les objets en métal ferreux de revêtements en aluminium qui manifestent leur supériorité en ce qui,concerne la qualité de la conti- nuité et de l'adhérence au métal de base, et de la facilité de leur forma- tion, par rapport aux revêtements en aluminium appliqués directement sur un
<Desc/Clms Page number 2>
objet en métal ferreux soigneusement nettoyé, sans l'aide d'un fondant.
Le demandeur a découvert qu'on peut former des revêtements en aluminium d'excellente qualité sur des objets en métal ferreux, en appli- quant tout d'abord sur la surface de ces objets un fondant comprenant un fluorure double d'un métal alcalin et d'aluminium, contenant de 35 à 70 % en poids de AIF3. puis en amenant l'objet enduit de fondant au contact d'a- luminium fondu.
Le procédé suivant l'invention, et basé sur cette découver- te, permet de former un revêtement continu et fortement adhérent d'alumi- nium sur une base d'un métal pris dans le groupe comprenant le cobalt, le chrome, le titane, le nickel, le fer et leurs alliages; il consiste à net- toyer soigneusement la surface dudit métal de base, puis à appliquer sur la surface ainsi nettoyée un fondant comprenant un fluorure double d'un métal alcalin et d'aluminium, contenant de 35 à 70 % en poids de AIF3 et ayant un point de fusion inférieur à 7600C., et enfin à mettre cette surface du métal de base en contact avec de l'aluminium fondu.
On applique le plus com- modément le fluorure double sur la surface nettoyée du métal de base en mouillant soigneusement cette surface avec une suspension aqueuse du fluo- rure, puis en évaporant l'eau de la surface mouillée. On forme ainsi sur la surface du métal un dépôt mince du fondant au fluorure double.
Les expressions "fluorure double" et "fluorure de métal alcalin et d'aluminium" doivent s'entendre comme désignant non seulement des compo- sés chimiques distincts de métal alcalin, d'aluminium et de fluor, mais éga- lement les simples mélanges physiques de fluorure d'un métal alcalin et de fluorure d'aluminium. Pour les besoins de la présente invention, il importe peu que le fluorure d'aluminium et le fluorure de métal alcalin soient com- binés chimiquement en un composé identifiable ou simplement mélangés physi- quement, car l'action de fondant est la même dans les deux cas.
Il est parfois bon d'utiliser, en mélange avec le fluorure dou- ble, un halogénure d'un métal plus électro-positif que l'aluminium. Ces ha- logénures sont efficaces pour abaisser le point de fusion du mélange et, par suite, pour favoriser d'une manière générale la formation de revêtements satisfaisants à des températures quelque peu inférieures que celles adoptées avec succès dans le cas où le fondant ne comporte pas l'halogénure.
Un moyen particulièrement commode d'inclure l'halogénure désiré dans le mélange du fondant est de mettre le fluorure double en suspension dans une solution a- queuse de l'halogénure, puis, après avoir mouillé la surface du métal de base à recouvrir avec cette solution,à évaporer l'eau de la surface mouil- lée, de sorte qu'il se forme sur cette surface un mince dépôt d'un mélange de fondant au fluorure double et à 1'halogénure.
Pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention, on nettoie d'abord soigneusement l'objet en métal à recouvrir. On peut recourir à cet effet aux procédés classiques de dégraissage et de nettoyage. En général, un nettoyage à l'aide d'agents dégraisseurs en phase vapeur ou liquide dans des solvants organiques, suivi si nécessaire d'un décapage à l'acide, per- met d'obtenir un nettoyage satisfaisant du métal, préalablement à l'opéra- tion d'application de la couche d'aluminium.
Dans le cas de l'acier et des alliages ferreux ordinaires, un mode de nettoyage particulièrement satisfai- sant consiste à chauffer tout d'abord le métal dans une flamme oxydante, à une température et pendant un temps suffisants pour brûler toute la matière organique, puis à décaper le métal dans de l'acide chlorhydrique étendu pen- dant suffisamment de temps pour dissoudre les oxydes superficiels, à rincer l'objet décapé une ou plusieurs fois à l'eau afin d'entraîner l'acide rési- duel. En ce qui concerne l'invention, la nature de l'opération de nettoyage utilisée n'a pas d'importance. Tout processus de nettoyage qui laisse la sur- face du métal exempte de substances susceptibles de gêner l'application du fondant et l'adhérence du revêtement d'aluminium donne satisfaction et peut être adopté avec succès.
<Desc/Clms Page number 3>
Après qu'on a nettoyé l'objet métallique à recouvrir, on appli- que à sa surface la composition du fondant. Ainsi qu'on l'a dit plus haut, le fondant utilisé selon l'invention comprend un fluorure double de métal al- calin et d'aluminium contenant de 35 à 70 % en poids de AIF3, et dont le point de fusion est inférieur à 760 C. Parmi les divers fluorures doubles de métal alcalin et d'aluminium, les fluorures de potassium et d'aluminium se sont avérés d'une manière générale comme donnant davantage satisfaction.On peut considérer ces fluorures comme consistant essentiellement en des mélan- ges de fluorures de potassium et de tri-fluorure d'aluminium en n'importe quelles proportions.
Celui des fluorures de potassium et d'aluminium qui est peut-être le mieux connu est celui dans lequel la proportion moléculaire du fluorure de potassium au fluorure d'aluminium est de 3 à 1, correspondant à la formule K3AlF6. Toutefois, ce fluorure particulier ne convient pour la mise en oeuvre de l'invention, car il ne contient que 32,5 % en poids de AIF3 et il a un point de fusion de 1000 C environ. Les fluorures doubles de potassium et d'aluminium convenant le mieux à la mise en oeuvre de l'inven- tion sont ceux qui contiennent de 45 à 60 % en poids de AIF3. car les points de fusion de ces compositions sont pour la plupart inférieurs à 700 C, et quelques-unes d'entre elles fondent à des températures bien au-dessous du point de fusion de l'aluminium (660 C environ).
Sauf en ce qui concerne les compositions eutectiques, les divers fluorures de potassium et d'aluminium, et, en fait, les fluorures doubles d'un métal alcalin et d'aluminium, ne présentent généralement pas de points de fusion nets, mais fondent en cours de chauffage dans une certaine gamme de températures de fusion.On utilisera ici les expressions de "point de fu- sion" et de "température de fusion" pour désigner la température à laquelle le fluorure double (ou la composition de fondant dans laquelle il est incor- poré, selon le cas) est complètement fondu. Elles désignent par conséquent la limite supérieure de la gamme de températures à l'intérieur de laquelle la composition passe de l'état solide non fluide à l'état liquide complète- ment fluide.
On a constaté qu'il est nécessaire que la composition de fondant utilisée par la mise en oeuvre de l'invention soit fondue à la température de l'aluminium fondu dans lequel l'objet à recouvrir est immergé. Si la tem- pérature de fusion de la composition de fondant dépasse celle de l'aluminium fondu, lors de l'immersion de l'objet recouvert du fondant dans l'aluminium fondu, ce dernier reste à l'état solide et il est incapable de servir de fon- dant pour favoriser la formation sur le métal de base d'une couche d'alumi- nium continue et adhérente.
En fait, pour des opérations satisfaisantes de revêtement, la température de fusion de la composition de fondant doit être sensiblement inférieure (de 15 C au moins) à celle à laquelle on chauffe l'a- luminium fondu.L'aluminium fond à 660 C, et dans une opération industrielle il convient en général de ne pas le chauffer à plus de 100 C au-dessus de son point de fusion, en vue de l'appliquer à titre de couche de revêtement sur des objets en acier ou autre métal.
En conséquence, la température de fusion de la composition de fondant ne devra pas dépasser 760 Co
En ce qui concerne les fluorures de potassium et d'aluminium qu'on a trouvés comme convenant spécialement à titre de compositions de fon- dant selon l'invention, un avantage particulier de ces composés est que, lorsqu'ils contiennent de 45 à 60 % en poids de AIF3, ils présentent pour la plupart des températures de fusion inférieures à 700 C et que, lorsque la teneur en AIF3 s'abaisse entre 50 et 60 % en poids du sel double,
la tem- pérature de fusion est inférieure à 680 G. Les fluorures doubles de potas- sium et d'aluminium contenant entre 52 et 58 % de AIF3 ont des températures de fusion inférieures à 650 C et ceux qui en contiennent environ 55 % ont une température de fusion minimum voisine de 540 C.Pour les raisons indi- quées, les fluorures doubles de potassium et d'aluminium de ces compositions à faible point de fusion conviennent particulièrement pour la mise en oeuvre
<Desc/Clms Page number 4>
de l'invention.
On peut également utiliser avec succès à cet effet les fluorures de sodium et d'aluminium. Aucun des fluorures de sodium et d'aluminium n'a une température de fusion aussi faible que celle des fluorures de potassium contenant entre 50 et 60 % en poids de AlF3. Toutefois, les fluorures de so- dium et d'aluminium contenant entre 55 et 70 % en poids de AIF3 ont des tem- pératures de fusion suffisamment inférieures à 760 C pour pouvoir être uti- lisés dans l'invention.
Le fluorure de lithium et d'aluminium présente une température de fusion minimum pour deux compositions assez largement différentes, à sa- voir pour 35 % en poids de AIF3 et pour 65 % environ en poids de AlF3. Pour ces compositions ou à leur voisinage, le point de fusion du composé est bien inférieur à 760 C, de sorte qu'on peut utiliser aussi bien l'une que l'autre de ces compositions.
Il convient souvent d'utiliser à titre de fondant un mélange du fluorure de métal alcalin et d'aluminium avec un halogénure d'un métal plus électro-positif que l'aluminium.
Les proportions dans lesquelles ces deux ingrédients sont mélan- gés pour former le fondant ne sont pas particulièrement critiques ; dans le cas où l'on a recours à un halogénure, il constitue généralement de 10 à 75 % en poids du mélange. L'importance de l'halogénure est qu'il pro- duit un mélange dont le point de fusion est inférieur à celui du fluorure double seul, de sorte qu'il améliore l'action de fondant de ce dernier. On doit choisir les proportions particulières dans lesquelles les ingrédients sont mélangés de façon que le mélange fonde à une température inférieure à celle à laquelle fond le fluorure double seul.
L'halogénure utilisé pour préparer le mélange doit être un seul d'un métal plus électro-positif que l'aluminium, afin d'éviter une réduction de l'halogénure par l'aluminium fondu au cours de l'opération d'application du revêtement en aluminium. Les halogénures donnant particulièrement satis- faction sont ceux des métaux alcalins, en particulier le chlorure de potas- sium. On peut également utiliser le chlorure de sodium avec.avantage. Les halogénures des métaux alcalino-terreux conviennent moins bien en général que les composés correspondants des métaux alcalins, mais on a utilisé avec succès des halogénures de métaux alcalino-terreux, tels par exemple que le fluorure de calcium.
Les fluorures doubles d'un métal alcalin et du bérylium se sont avérés également comme donnant satisfaction, comme par exemple le fluobérylate de sodium ou de potassium.
On peut appliquer le fondant de toute façon convenable sur la surface de l'objet métallique qu'on désire recouvrir d'une couche d'alumi- nium. On peut par exemple appliquer par simple aspersion ou saupoudrage la composition sèche du fondant, sous forme finement granulaire ou de poudre, sur la surface du métal à recouvrir. Ce mode opératoire a l'inconvénient de conduire à une assez forte perte de fondant. Un mode opératoire préférable consiste à mettre le fluorure' double en suspension dans un milieu aqueux, en agitant afin d'empêcher le dépôt, puis à mouiller soigneusement avec la suspension la surface de l'objet à recouvrir et à évaporer ensuite l'eau de la surface mouillée. On forme ainsi que la surface du métal une mince pelli- cule du fluorure double.
Lorsque la composition du fondant comprend un mé- lange du fluorure double et d'un halogénure d'un métal alcalin, le milieu aqueux qu'on utilise avantageusement consiste en une solution aqueuse de ce dernier sel. Lorsqu'on applique une suspension sur une surface métallique et qu'on en évapore l'eau, il se forme sur ladite surface un dépôt d'un mé- lange du fluorure double et du sel du métal alcalin. Par exemple, si l'on met le fluorure double de potassium et d'aluminium en suspension dans une
<Desc/Clms Page number 5>
solution aqueuse de chlorure de potassium et qu'on mouille avec cette sus- pension la surface d'un objet en acier, il restera sur cette surface, une fois que l'eau aura été évaporée, une mince pellicule d'un mélange de chlo- rure de potassium et de fluorure double de potassium et d'aluminium.
Bien que des suspensions aqueuses du sel fondant soient en gé- néral les plus économiques, on peut également utiliser des suspensions dans des liquides volatils autres que l'eau, par exemple l'alcool méthylique, éthylique ou autre alcool à faible point d'ébullition, un hydrocarbure li- quide comme l'hexane, le tétrachlorure de carbone, etc. L'alcool méthyli- que, à titre de liquide de suspension de la composition de fondant, est par- ticulièrement avantageux lorsque, par exemple, elle est préparée à partir de fluorure de potassium et de fluorure d'aluminium anhydres. Naturellement, on doit tenir compte du risque d'incendie lorsqu'on utilise l'alcool méthy- lique,"un hydrocarbure ou autre liquide inflammable comme véhicule de mise en suspension de la composition de fondant.
On peut préparer la suspension du fondant au sein d'un véhicule liquide aqueux ou non, en mélangeant intimement un fluorure d'un métal al- calin et un fluorure d'aluminium (par exemple en les malaxant dans un broy- eur à boulets) et en mettant en suspension dans le véhicule choisi le mélan- ge ainsi obtenu; on peut de façon analogue mélanger intimement K3A1F6 avec un excès de fluorure d'aluminium et mettre en suspension ce mélange dans le véhicule choisi. Ou encore, on peut mettre en suspension dans une solution d'un fluorure d'un métal alcalin, le fluorure d'aluminium, ce qui est en principe insoluble dans l'eau. Le mode adopté de préparation de la suspen- sion du fondant est indifférent en ce qui concerne la présente invention.
Le choix entre ces divers modes , ou d'autres, apparaîtra aux spécialistes et sera déterminé par des raisons de commodité.
La quantité du fondant utilisée pour former les revêtements d'aluminium selon l'invention n'est pas particulièrement critique. De façon générale, la quantité de fondant utilisée doit être d'au moins 0,0053 g/dm2.
Toutefois, dans certains cas, on peut former des revêtements d'aluminium sa- tisfaisants en utilisant une quantité même moindre de fondant. On peut for- mer des revêtements d'aluminium par immersion à chaud sur des objets en acier sans avoir recours à aucun fondant (bien qu'il soit difficile de former ainsi des revêtements assurant une protection efficace contre la corrosion du mé- tal de base ou de support), de sorte que toute proportion de la composition de fondant telle que décrite ci-dessus facilite la formation du revêtement d'aluminium et améliore la qualité de la protection contre la corrosion.
Il n'existe naturellement aucune limite supérieure pour la quantité de fondant à utiliser, mais, pour des raisons économiques, il convient d'adopter une mince couche uniforme de fondant, dont la quantité n'excède pas 0,107 g/dm du métal à recouvrir.
Après avoir appliqué le fondant à l'objet métallique, on termi- ne l'opération de revêtement en amenant cet objet au contact d'aluminium fondu, ce qu'on réalise naturellement très facilement en plongeant l'objet recouvert du fondant dans un bain d'aluminium fondu.
On obtient des revêtements particulièrement satisfaisants en agitant l'objet recouvert d'une pellicule du fondant dans l'aluminium fon- du. Cette agitation favorise tout d'abord un contact efficace entre l'alu- minium, le fondant et le métal de base, et finalement la séparation du fon- dant à partir de la surface du métal de base. On obtient des résultats iden- tiques en agitant l'aluminium fondu à proximité immédiate du métal de base.
On peut facilement obtenir cette agitation de l'aluminium en fondant l'a- luminium dans un four électrique à induction.
On peut réaliser l'opération de revêtement de façon discontinue
<Desc/Clms Page number 6>
ou continue, selon la nature de l'objet et la quantité d'objets, ou la quan- tité de métal à recouvrir. L'opération de revêtement par lots ou charges est plus particulièrement indiquée lorsqu'il ne s'agit de recouvrir qu'un petit nombre d'objets, ou bien des objets qui ne se prêtent pas à une manipulation sur des appareils de traitement continu. Toutefois, les opérations de revê- tement continues sont plus économiques lorsqu'il s'agit de recouvrir des quantités importantes de métal.
Quelle que soit l'opération de revêtement adoptée, à savoir par lots ou continue, la durée de l'immersion de l'objet à revêtir ne doit pas être longue. Une durée d'immersion comprise entre 5 et 15 secondes convient généralement, bien qu'elle puisse être quelque peu plus longue pour des ob- jets très massifs, tandis qu'elle est plus courte dans le cas d'objets très légers.
L'épaisseur du revêtement est déterminée dans une large mesure par la vitesse à laquelle on retire le métal de base du bain d'aluminium fondu. Un retrait rapide favorise la formation d'un revêtement épais, et un retrait lent celle d'un revêtement mince. Pour recouvrir des fils ou des bandes métalliques qui se déplacent continuellement dans un bain d'aluminium fondu, on peut par conséquent régler l'épaisseur du revêtement d'aluminium en réglant la vitesse de passage de ces objets à travers le bain, et, par suite, celle de leur retrait du bain.
Lorsqu'on fait passer un fil ou une bande métallique à vitesse élevée, par exemple supérieure à 15 m. par minute, à travers le bain d'alu- minium fondu, il tend à se créer une oscillation latérale ou effet de fouet.
Si la fréquence d'oscillation ou de vibration de ce fouet est faible, le revêtement formé sur le fil ou la bande tend à être rugueux, tandis qu'une fréquence élevée favorise la formation d'un revêtement lisse. Il est par suite avantageux de maintenir le fil ou la bande sous une tension aussi éle- vée que possible, compte tenu de la température d'application du revêtement, afin d'assurer une période de vibration du fouet aussi élevée que possible.
Une pellicule continue d'aluminium fondu adhère fortement à l'ob- jet métallique à mesure qu'on le retire du bain d'aluminium fondu. On re- froidit ce revêtement de toute manière appropriée au-dessous du point de fu- sion de l'aluminium après avoir retiré l'objet du bain. Ce refroidissement est ordinairement suffisamment rapide lorsqu'il a lieu à l'air libre. Tou- tefois, on peut refroidir l'objet par un jet d'air froid, ou par un jet d'eau, ou autrement, au fur et à mesure du retrait de l'objet du bain.
Les revêtements d'aluminium formés sur l'acier ou autre métal de base,selon l'invention, adhèrent fortement au métal de base, de sorte qu'on peut soumettre ce dernier à des flexions sévères ou le déformer de toute autre manière, sans abîmer le revêtement ou compromettre l'efficacité de sa protection du métal de base contre la corrosion. Naturellement, après avoir revêtu d'aluminium, du fil, de la tôle ou des bandes, selon l'inven- tion, il est avantageux de soumettre le métal revêtu à une ou plusieurs pas- ses d'étirage du fil ou de laminage de la tôle ou de la bande, à la tempéra- ture ambiante, car on améliore ainsi fortement le brillant du revêtement sans compromettre ses qualités de protection.
De même, étant donné que la température de l'aluminium fondu est supérieure à celle du recuit de l'acier travaillé à froid, il convient de soumettre les objets en métal ferreux re- couverts ainsi d'aluminium à une déformation plastique à la température or- dinaire, afin d'augmenter la résistance à la traction du métal de base.
Des revêtements convenablement formés selon l'invention sont vraiment continus, car ils sont exempts des petites piqûres susceptibles de former des points focaux d'amorce de la corrosion. Les fils, bandes ou tôles recouverts d'aluminium selon l'invention, en particulier lorsqu'ils
<Desc/Clms Page number 7>
ont été soumis à une déformation plastique par une opération d'étirage ou de laminage ultérieurement à l'application du revêtement, présentent l'as- pect séduisant du brillant de l'aluminium métallique travaillé à froid. Ils sont en même temps aussi résistants à la corrosion que l'aluminium massif, tout en possédant la résistance mécanique et l'économie de l'acier de base.
<Desc / Clms Page number 1>
H. LUNDIN, residing in NORTH BERGEN (E.U.A.).
PROCESS FOR COATING FERROUS METALS WITH ALUMINUM.
The present invention relates to the coating of iron and its alloys, and related metals and alloys, with aluminum. According to the invention, a continuous and strongly adherent layer of aluminum is formed on these metals, by applying to the surface of the metal a flux comprising a double fluoride of alkali metal and aluminum, then by bringing into contact the base metal thus covered with molten aluminum.
Much effort has hitherto been devoted to the development of methods for forming rust resistant aluminum coatings on ferrous metal articles, with varying degrees of success. Much of this effort has been devoted to processes involving the application of a flux to the surface of the ferrous metal, followed by the immersion in molten aluminum of the metal thus coated.
It has been found that most of these methods are unsuitable for industrial application, in general because it has been found that the flux used in practice contributes only to a small, if not zero, extent to promoting formation on the ferrous metal base of a truly continuous and adherent layer of aluminum. A remarkable exception to this general fact is a process comprising the use of a flux selected from the group consisting of zirconium fluorides and titanium fluorides.
To the knowledge of the applicant, these latter flux compositions are the only ones, among those proposed so far, which promote the formation on ferrous metal articles of aluminum coatings which demonstrate their superiority with regard to quality. continuity and adhesion to the parent metal, and ease of their formation, compared to aluminum coatings applied directly to a
<Desc / Clms Page number 2>
ferrous metal object carefully cleaned, without the aid of a flux.
The Applicant has found that excellent quality aluminum coatings can be formed on ferrous metal articles by first applying to the surface of such articles a flux comprising a double fluoride of an alkali metal and aluminum, containing 35 to 70% by weight of AIF3. then by bringing the object coated with fondant into contact with molten aluminum.
The process according to the invention, and based on this discovery, makes it possible to form a continuous and strongly adherent coating of aluminum on a base of a metal taken from the group comprising cobalt, chromium, titanium, etc. nickel, iron and their alloys; it consists in carefully cleaning the surface of said base metal, then applying to the surface thus cleaned a flux comprising a double fluoride of an alkali metal and aluminum, containing from 35 to 70% by weight of AIF3 and having a melting point below 7600C., and finally to bring this surface of the base metal into contact with molten aluminum.
The double fluoride is most conveniently applied to the cleaned surface of the base metal by carefully wetting this surface with an aqueous suspension of the fluoride and then evaporating the water from the wetted surface. A thin deposit of the double fluoride flux is thus formed on the surface of the metal.
The terms "double fluoride" and "alkali metal aluminum fluoride" should be understood to mean not only distinct chemical compounds of alkali metal, aluminum and fluorine, but also simple physical mixtures. fluoride of an alkali metal and aluminum fluoride. For the purposes of the present invention, it does not matter whether the aluminum fluoride and the alkali metal fluoride are chemically combined into an identifiable compound or simply mixed physically, since the fluxing action is the same in both. two cases.
It is sometimes good to use, in admixture with the double fluoride, a halide of a metal more electro-positive than aluminum. These halides are effective in lowering the melting point of the mixture and hence generally promoting the formation of satisfactory coatings at temperatures somewhat lower than those adopted successfully in the case where the flux does not contain. not the halide.
A particularly convenient way of including the desired halide in the flux mixture is to suspend the double fluoride in an aqueous solution of the halide, then, after wetting the surface of the base metal to be coated with this solution, evaporating the water from the wetted surface, so that a thin deposit of a mixture of double fluoride and halide flux is formed on that surface.
To carry out the method according to the invention, the metal object to be covered is first of all carefully cleaned. Conventional degreasing and cleaning methods can be used for this purpose. In general, cleaning with vapor or liquid phase degreasers in organic solvents, followed if necessary by acid pickling, provides a satisfactory cleaning of the metal, prior to leaching. the operation of applying the aluminum layer.
In the case of ordinary steel and ferrous alloys, a particularly satisfactory method of cleaning is to first heat the metal in an oxidizing flame, to a temperature and for a time sufficient to burn all the organic material, then pickling the metal in extended hydrochloric acid for a sufficient time to dissolve the surface oxides, rinsing the pickled object one or more times with water in order to entrain the residual acid. With regard to the invention, the nature of the cleaning operation used is not important. Any cleaning process which leaves the metal surface free of substances which may interfere with the application of the flux and the adhesion of the aluminum coating is satisfactory and can be adopted successfully.
<Desc / Clms Page number 3>
After the metal object to be coated has been cleaned, the flux composition is applied to its surface. As stated above, the flux used according to the invention comprises a double fluoride of alkali metal and aluminum containing from 35 to 70% by weight of AIF3, and whose melting point is lower. at 760 C. Among the various double fluorides of alkali metal and aluminum, fluorides of potassium and aluminum have generally been found to be more satisfactory. These fluorides may be regarded as consisting essentially of mixtures. ges of potassium fluorides and aluminum trifluoride in any proportions.
That of potassium and aluminum fluorides which is perhaps the best known is that in which the molecular ratio of potassium fluoride to aluminum fluoride is 3 to 1, corresponding to the formula K3AlF6. However, this particular fluoride is not suitable for the implementation of the invention, because it contains only 32.5% by weight of AIF3 and it has a melting point of approximately 1000 ° C. The double fluorides of potassium and aluminum which are most suitable for carrying out the invention are those which contain 45 to 60% by weight of AIF3. because the melting points of these compositions are mostly below 700 ° C, and a few of them melt at temperatures well below the melting point of aluminum (about 660 ° C).
Except for the eutectic compositions, the various fluorides of potassium and aluminum, and indeed the double fluorides of an alkali metal and aluminum, generally do not exhibit sharp melting points, but do melt in during heating within a certain range of melting temperatures. The terms "melting point" and "melting temperature" will be used herein to denote the temperature at which the fluoride doubles (or the flux composition in which it is incorporated, as appropriate) is completely melted. They therefore denote the upper limit of the temperature range within which the composition changes from the non-fluid solid state to the fully fluid liquid state.
It has been found that it is necessary for the flux composition used for the implementation of the invention to be melted at the temperature of the molten aluminum in which the object to be covered is immersed. If the melting temperature of the flux composition exceeds that of the molten aluminum, when the object covered with the flux is immersed in the molten aluminum, the latter remains in the solid state and it is incapable. to act as a flux to promote the formation on the base metal of a continuous and adherent layer of aluminum.
In fact, for satisfactory coating operations, the melting temperature of the flux composition should be substantially lower (at least 15 ° C) than that at which the molten aluminum is heated. Aluminum melts at 660 ° C. , and in an industrial operation it is generally advisable not to heat it to more than 100 ° C. above its melting point, in order to apply it as a coating layer on objects made of steel or other metal.
Accordingly, the melting temperature of the flux composition should not exceed 760 Co
As regards the potassium and aluminum fluorides which have been found to be especially suitable as flux compositions according to the invention, a particular advantage of these compounds is that, when they contain from 45 to 60 % by weight of AIF3, most of them have melting temperatures below 700 ° C. and that, when the content of AIF3 drops between 50 and 60% by weight of the double salt,
the melting temperature is less than 680 G. Double fluorides of potassium and aluminum containing between 52 and 58% of AIF3 have melting temperatures lower than 650 C and those which contain about 55% have a minimum melting point close to 540 ° C. For the reasons indicated, the double fluorides of potassium and of aluminum in these compositions with a low melting point are particularly suitable for the processing.
<Desc / Clms Page number 4>
of the invention.
Sodium and aluminum fluorides can also be used successfully for this purpose. None of the sodium and aluminum fluorides have a melting point as low as that of potassium fluorides containing between 50 and 60% by weight of AlF3. However, sodium aluminum fluorides containing between 55 and 70% by weight of AIF3 have melting temperatures sufficiently below 760 ° C to be suitable for use in the invention.
Lithium aluminum fluoride exhibits a minimum melting point for two quite widely different compositions, namely 35% by weight of AlF3 and approximately 65% by weight of AlF3. For these compositions or in their vicinity, the melting point of the compound is much less than 760 ° C., so that one or the other of these compositions can be used as well.
It is often convenient to use as a flux a mixture of alkali metal aluminum fluoride with a halide of a metal more electro-positive than aluminum.
The proportions in which these two ingredients are mixed to form the fondant are not particularly critical; in the case where a halide is used, it generally constitutes from 10 to 75% by weight of the mixture. The importance of the halide is that it produces a mixture which has a lower melting point than the double fluoride alone, so that it improves the fluxing action of the latter. The particular proportions in which the ingredients are mixed should be chosen so that the mixture melts at a temperature below that at which the double fluoride alone melts.
The halide used to prepare the mixture should be a single one of a metal more electro-positive than aluminum, in order to avoid reduction of the halide by molten aluminum during the operation of applying the coating. aluminum coating. Particularly satisfactory halides are those of the alkali metals, in particular potassium chloride. Sodium chloride can also be used with advantage. Alkaline earth metal halides are generally less suitable than corresponding alkali metal compounds, but alkaline earth metal halides, such as, for example, calcium fluoride have been used successfully.
Double fluorides of an alkali metal and of berylium have also been found to be satisfactory, such as for example sodium or potassium fluoberylate.
The flux can be applied in any suitable manner to the surface of the metallic object which it is desired to cover with a layer of aluminum. For example, the dry composition of the flux, in finely granular or powder form, can be applied by simple sprinkling or dusting on the surface of the metal to be coated. This procedure has the drawback of leading to a fairly high loss of flux. A preferable procedure is to suspend the double fluoride in an aqueous medium, with stirring in order to prevent settling, then to thoroughly wet the surface of the object to be coated with the suspension and then to evaporate the water. the wet surface. Thus, a thin film of double fluoride is formed on the surface of the metal.
When the flux composition comprises a mixture of the double fluoride and of an alkali metal halide, the aqueous medium which is advantageously used consists of an aqueous solution of the latter salt. When a suspension is applied to a metal surface and the water evaporated therefrom, a deposit of a mixture of the double fluoride and the salt of the alkali metal forms on said surface. For example, if you suspend the double fluoride of potassium and aluminum in a
<Desc / Clms Page number 5>
aqueous solution of potassium chloride and wet the surface of a steel object with this suspension, there will remain on this surface, once the water has evaporated, a thin film of a mixture of chlorine - potassium ride and double fluoride of potassium and aluminum.
Although aqueous suspensions of the flux salt are generally the most economical, suspensions in volatile liquids other than water can also be used, for example methyl alcohol, ethyl alcohol or other low boiling alcohol. , a liquid hydrocarbon such as hexane, carbon tetrachloride, etc. Methyl alcohol as a slurry liquid of the flux composition is particularly advantageous when, for example, it is prepared from anhydrous potassium fluoride and aluminum fluoride. Of course, the risk of fire must be taken into account when using methyl alcohol, a hydrocarbon or other flammable liquid as a vehicle for suspending the flux composition.
The suspension of the flux can be prepared in an aqueous or non-aqueous liquid vehicle, by intimately mixing an alkali metal fluoride and an aluminum fluoride (for example by kneading them in a ball mill). and by suspending the mixture thus obtained in the chosen vehicle; K3A1F6 can likewise be thoroughly mixed with an excess of aluminum fluoride and this mixture suspended in the chosen vehicle. Alternatively, it is possible to suspend aluminum fluoride in a solution of a fluoride of an alkali metal, which is in principle insoluble in water. The method adopted for preparing the suspension of the flux is irrelevant as regards the present invention.
The choice between these various modes, or others, will be apparent to those skilled in the art and will be determined for reasons of convenience.
The amount of the flux used to form the aluminum coatings according to the invention is not particularly critical. Generally, the amount of flux used should be at least 0.0053 g / dm2.
However, in some cases satisfactory aluminum coatings can be formed using even less flux. Aluminum coatings can be formed by hot dipping on steel articles without the use of any flux (although it is difficult to form coatings thereby providing effective protection against corrosion of the base metal. or carrier), so that any proportion of the flux composition as described above facilitates the formation of the aluminum coating and improves the quality of the corrosion protection.
There is of course no upper limit for the quantity of flux to be used, but for economic reasons it is advisable to adopt a thin uniform layer of flux, the quantity of which does not exceed 0.107 g / dm of the metal to be coated. .
After having applied the flux to the metal object, the coating operation is completed by bringing this object into contact with molten aluminum, which is naturally very easily achieved by immersing the object covered with the flux in a bath. molten aluminum.
Particularly satisfactory coatings are obtained by agitating the article coated with a film of the flux in the molten aluminum. This agitation first promotes effective contact between the aluminum, the flux and the base metal, and finally the separation of the flux from the surface of the base metal. Identical results are obtained by stirring the molten aluminum in close proximity to the base metal.
This agitation of aluminum can easily be achieved by melting the aluminum in an electric induction furnace.
The coating operation can be carried out discontinuously
<Desc / Clms Page number 6>
or continuous, depending on the nature of the object and the quantity of objects, or the amount of metal to be coated. The batch or batch coating operation is more particularly indicated when it comes to covering only a small number of objects, or else objects which do not lend themselves to handling on continuous processing apparatus. However, continuous coating operations are more economical when it comes to coating large amounts of metal.
Whatever coating operation is adopted, namely batch or continuous, the duration of the immersion of the object to be coated should not be long. An immersion time of between 5 and 15 seconds is generally suitable, although it may be somewhat longer for very massive objects, while it is shorter for very light objects.
The thickness of the coating is determined to a large extent by the rate at which the parent metal is removed from the bath of molten aluminum. Rapid shrinkage promotes the formation of a thick coating, and slow shrinkage promotes the formation of a thin coating. To cover metal wires or bands which move continuously in a bath of molten aluminum, the thickness of the aluminum coating can therefore be adjusted by adjusting the speed of passage of these objects through the bath, and, for example, following, that of their withdrawal from the bath.
When passing a wire or a metal strip at high speed, for example greater than 15 m. per minute, through the bath of molten aluminum, there tends to be created a lateral oscillation or whipping effect.
If the oscillation or vibration frequency of this whisk is low, the coating formed on the wire or tape tends to be rough, while a high frequency promotes the formation of a smooth coating. It is therefore advantageous to keep the wire or strip under as high a tension as possible, taking into account the application temperature of the coating, in order to ensure as high a period of vibration of the whip as possible.
A continuous film of molten aluminum adheres strongly to the metal object as it is removed from the bath of molten aluminum. This coating is cooled in any suitable manner below the melting point of the aluminum after removing the object from the bath. This cooling is usually sufficiently rapid when it takes place in the open air. However, the object can be cooled by a jet of cold air, or by a jet of water, or otherwise, as the object is removed from the bath.
The aluminum coatings formed on steel or other base metal, according to the invention, strongly adhere to the base metal, so that the latter can be subjected to severe bending or deformed in any other way, without damage the coating or compromise the effectiveness of its protection of the base metal against corrosion. Of course, after having coated aluminum, wire, sheet metal or strips, according to the invention, it is advantageous to subject the coated metal to one or more passes of wire drawing or rolling. the sheet or strip, at ambient temperature, since the gloss of the coating is thus greatly improved without compromising its protective qualities.
Likewise, since the temperature of molten aluminum is higher than that of the annealing of cold worked steel, it is appropriate to subject the ferrous metal articles thus covered with aluminum to plastic deformation at the temperature. ordinary, in order to increase the tensile strength of the base metal.
Suitably formed coatings according to the invention are truly continuous, since they are free from the small pits which may form focal points of initiation of corrosion. The wires, strips or sheets covered with aluminum according to the invention, in particular when
<Desc / Clms Page number 7>
have been subjected to plastic deformation by a drawing or rolling operation subsequent to the application of the coating, exhibit the attractive appearance of the gloss of cold worked aluminum metal. At the same time, they are as corrosion resistant as solid aluminum, while possessing the mechanical strength and economy of base steel.