Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Nachbehandeln von Metallen bekannt, sei es um das optische Aussehen der Metalle zu verbessern oder diese vor Korrosionseinflüssen zu schützen. Dabei werden Metalle, wie Eisen und Stahl, mit anderen, edleren oder unedleren Metallen beschichtet. Als Überzüge werden vorwiegend Zink, Blei, Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel oder Kadmium verwendet, welche nach den verschiedensten Auftragungsverfahren und in verschiedenen Schichtstärken appliziert werden. Diese Auftragung erfolgt dabei teils mechanisch und zwar durch Plattieren und Walzen, teils elektrochemisch, durch Galvanisierung, durch Tauchen der zu beschichtenden Metalle in Metallschmelzen oder durch Aufsprühen von flüssigen Metallen.
Die Haftfähigkeit dermassen aufgebrachter Schichten ist meist mechanischer Art, wobei je nach Mikrorauhigkeit der Oberfläche des zu beschichtenden Metalles die Haftfähigkeit gesteigert werden kann. Infolge dieser rein mechanischen Haftfähigkeit ist jedoch die Biegeelastizität bei Blechen stark begrenzt. Bei mittlerer Beanspruchung des Bleches, beispielsweise bei Verformung desselben, treten daher Rissbildungen und Abblätterungen der applizierten Metallschicht auf.
Im weiteren ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht auf Aluminiumbasis auf ein Metall bekannt. Die besondere Art, beziehungsweise die Zusammensetzung der Schutzschicht ermöglicht jedoch nur eine begrenzte Anwendung, so dass dieses bekannte Verfahren in bezug auf Anwendungsmöglichkeiten nicht voll befriedigt.
Die vorliegende Erfindung hat nun ein Verfahren zum Gegenstand, bei welchem die Mängel der oben genannten, bekannten Verfahren nicht auftreten. Hierzu ist das Verfahren erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Metall mit mindestens einem metallpigmentierten Anstrich versehen wird und dass das beschichtete Metall durch Erhitzen bis zum Schmelzpunkt der Pigmentschicht derart aufgeschmolzen wird, dass im Anstrich enthaltene Bindemittel depolymerisieren und verdampfen.
Im weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Tunnelofen für die Erhitzung der aufgebrachten Schicht vorgesehen und derart ausgebildet ist, dass eine kontinuierliche mechanische Fortbewegung des beschichteten Metalles durch verschiedene Wärmezonen möglich ist.
Nachfolgen wird das erfindungsgemässe Verfahren, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Ein metallpigmentierter Anstrich wird auf ein zu schützendes Metall aufgetragen. Das Metall wird durch Erhitzen bis zum Schmelzpunkt des Metallpigmentes aufgeschmolzen, wobei die verwendeten Bindemittel im Anstrich depolymerisieren und verdampfen. Diese Erhitzung kann mit einem herkömmlichen Einbrennvorgang verglichen werden, wie er bei Lackierungsarbeiten üblicherweise durchgeführt wird; allerdings sind hier die Brenntemperaturen bedeutend höher und vom Schmelzpunkt der aufzubringenden Metallschicht abhängig.
Um einen ausreichenden Korrosionsschutz sowie gute mechanische Eigenschaften in bezug auf Verformbarkeit zu erhalten, wird die Dicke der aufzutragenden Metallschicht in der Grössenordnung von 10 bis 40 Mikron gewählt. Dadurch werden ebenfalls gute optische Eigenschaften gewährleistet.
Der die Schutzschicht bildende metallpigmentierte Anstrich setzt sich beispielsweise wie folgt zusammen: Bindemittel ca. 10-20% Metall ca. 25-35 %
Lösungsmittel ca. 4046%
Je nach der Feinheit der verwendeten Pigmente kann der Metallanteil variieren.
Die Einbrenntemperaturen müssen den verwendeten Metallen entsprechend angepasst sein. In der nachfolgend angeführten Tabelle sind einige zur Verwendung gelangende Metalle, sowie die dazu passenden Einbrenntemperaturen angegeben.
Blei ca. 300"C Bronze ca. 700"C Kadmium ca. 290 qC Deltametall ca. 800"C Gold ca. 850 9C Kupfer ca. 800"C Messing ca. 650 cm Nickel ca. 1000 "C Silber ca. 800 cm Zink ca. 400 cm Zinn ca. 200 cm Inox (rostfreier Stahl) ca. 1050 "C
Die Einbrenntemperaturen von Legierungen dieser Metalle hängt von den Abmessungen der mit diesen Metallen hergestellten Bestandteile ab.
Als Bindemittel kommen solche in Frage, welche ab 180 und 350 "C depolymerisieren und die Eigenschaft aufweisen, ohne Rückstand von Kohlenstoff oder eines Verkohlungsproduktes zu verdampfen. Zudem sollen sie die aufgebrachte Metallschicht durch Kohlenstoff nicht spröde machen. Diese Bindemittel werden in organischen Lösungsmitteln gelöst und vorwiegend mit blättchenförmigen Metallpigmentpasten pigmentiert.
Der oben genannte Anstrich dient zum Auftragen des Metallpulvers auf das Metall oder auf ein metallisches Werkstück. Dabei können solche Metallpulver verwendet werden, deren Schmelztemperaturen um mindestens 15 bis 20 "C höher liegen, als die Zersetzungstemperatur des Bindemittels. So können mit dem einen Bindemittel, dessen Zersetzungstemperatur bei 180 "C liegt, alle niedrig-schmelzenden Metalle, wie Blei, Kadmium usw., und mit dem anderen Bindemittel, dessen Zersetzungstemperatur ab 350 "C liegt, alle weiteren Metalle, wie Zink, Kupfer usw. aufgeschmolzen werden.
Schwieriger ist das Aufschmelzen von leicht oxydierbaren Metallen, wie Kupfer usw. bei höherer Temperatur. Dies verlangt eine sauerstofffreie Ofenatmosphäre, um die Metalle vor Oxydation zu schützen. Man arbeitet hier vorteilhaft in Schutzgasatmosphären, wie z. B. in Stickstoff. Es wurde auch der Versuch gemacht, Inox-Pulver, (feiner Metallstaub aus V2A-Stahl) zu applizieren.
Um die zahlreichen Möglichkeiten einzuschränken, soll ein technisch wichtiger Metallüberzug ausgewählt und das Verfahren zum Aufbringen blättchenförmiger Zinkpigmente erläutert werden.
Die zu beschichtenden Metallteile werden vor dem Auftragen der Schutzschicht entfettet und gebeizt oder durch Sandstrahlung gereinigt. Rost und Zunderschichten sind zu beseitigen, da sie später eine Blasenbildung bewirken können. Der Auftrag der Farbe kann durch Tauchen, Streichen oder
Spritzen erfolgen, wobei beim Tauchen Schichten von 8-12
Mikron und beim Spritzen eine beliebige Schichtstärke erreicht werden können. Der Anstrich ist nach 5-10 Minuten trocken und kann nun in einem Ofen thermisch zersetzt und aufge schmolzen werden. Die Temperaturerhöhung bis 180/350 qC, je nach dem verwendeten Bindemittel, muss langsam vor sich gehen. Hienuf kann die Temperatur schnell erhöht werden und richtet sich nach dem verwendeten Metallpigment und der
Dicke des zu behandelnden Werkstückes. Sie ist auch vom
Ofen abhängig.
In einem Tunnelofen wird die Temperatur höher sein als in einem Muffelofen. Bei zu hoher Temperatur oder zu langer Verweilzeit im Ofen verändert sich das Ausse hen der Schutzschicht, wobei sie oxydieren kann.
Von besonderer Wichtigkeit ist der zum Einbrennen verwendete Ofen. Es ist unbedingt notwendig, dass das Erhitzen und Abkühlen langsam und stetig erfolgt. Der geeigneteste Ofen scheint ein Tunnelofen zu sein, wie er in Emaillierwerken Verwendung findet, und der es gestattet, durch mechanische Fortbewegung des Werkstückes die verschiedenen Temperaturzonen kontinuierlich zu durchlaufen.
Besonders gute Ergebnisse wurden mit blättchenförmigen Zinkpigmenten erzielt, welche einen hervorragenden Korrosionsschutz bieten. Die Brenntemperatur kann bei mit Zink pigmentierten Anstrichen mit 400-430 "C angegeben werden.
Das Auftragen von Zink oder Kadmium ergibt einen kathodischen Schutz. Interessante Resultate boten verschiedene Legierungen. Dieses Verfahren gestattet, für die verschiedensten Anwendungsgebiete im Korrosionsschutz Legierungen herzustellen, bzw. auf schon aufgetragenen Zinkschichten zum verstärkten Korrosionsschutz Aluminiumüberzüge anzubringen, die gegen aggressive Dämpfe, wie auch gegen die Oxydation von Zink bei höheren Temperaturen schützen.
Infolge der verhältnismässig einfachen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann dieses vorzugsweise für die Beschichtung von Zuleitungen von Brennern, Öfen, Heissluftgebläsen, Rekuperatoren, Schmelzöfen, Elektroheizanlagen, Auspuffrohren, Wärmeaustauschern, Backöfen usw.
Verwendung finden.
Es lassen sich nicht nur bereits fertig bearbeitete Werkstükke beschichten. Vielmehr ist es auch möglich, Stahlbänder oder Walzbleche bei ihrer Herstellung selber zu beschichten und damit bereits zu Beginn einen wirkungsvollen Korrosionsschutz dieser Werkstoffe zu erhalten. Im übrigen können Leitungsrohre aus Eisen von der Innenseite her mit einer derartigen Schutzschicht versehen werden, um sie widerstandsfähiger gegen aggressive Förderungsflüssigkeiten zu machen.
Various processes for the aftertreatment of metals are already known, be it to improve the optical appearance of the metals or to protect them from the effects of corrosion. Metals such as iron and steel are coated with other, more noble or less noble metals. Zinc, lead, aluminum, copper, chromium, nickel or cadmium are predominantly used as coatings, which are applied using a wide variety of application methods and in different layer thicknesses. This application takes place partly mechanically by plating and rolling, partly electrochemically, by electroplating, by immersing the metals to be coated in molten metals or by spraying on liquid metals.
The adhesion of layers applied in this way is mostly of a mechanical nature, it being possible to increase the adhesion depending on the micro-roughness of the surface of the metal to be coated. As a result of this purely mechanical adhesion, however, the bending elasticity of sheet metal is severely limited. When the sheet metal is subjected to medium stress, for example when it is deformed, cracks and flaking of the applied metal layer occur.
A method for applying an anti-corrosion layer based on aluminum to a metal is also known. However, the special type or the composition of the protective layer enables only a limited application, so that this known method is not fully satisfactory with regard to possible applications.
The subject of the present invention is a method in which the deficiencies of the above-mentioned known methods do not occur. For this purpose, the method according to the invention is characterized in that the cleaned metal is provided with at least one metal-pigmented paint and that the coated metal is melted by heating to the melting point of the pigment layer in such a way that binders contained in the paint depolymerize and evaporate.
The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention. This device is characterized in that a tunnel furnace is provided for heating the applied layer and is designed in such a way that continuous mechanical movement of the coated metal through different heat zones is possible.
The method according to the invention and a device for carrying out the same are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments.
A metal pigmented paint is applied to a metal to be protected. The metal is melted by heating to the melting point of the metal pigment, the binders used in the paint depolymerize and evaporate. This heating can be compared with a conventional baking process, as it is usually carried out in painting work; however, the firing temperatures are significantly higher here and depend on the melting point of the metal layer to be applied.
In order to obtain adequate corrosion protection and good mechanical properties with regard to deformability, the thickness of the metal layer to be applied is selected in the range of 10 to 40 microns. This also ensures good optical properties.
The metal-pigmented paint forming the protective layer is composed, for example, as follows: Binder approx. 10-20% Metal approx. 25-35%
Solvent approx. 4046%
The metal content can vary depending on the fineness of the pigments used.
The stoving temperatures must be adapted to the metals used. The table below shows some of the metals that can be used, as well as the appropriate stoving temperatures.
Lead approx. 300 "C bronze approx. 700" C cadmium approx. 290 qC delta metal approx. 800 "C gold approx. 850 9C copper approx. 800" C brass approx. 650 cm nickel approx. 1000 "C silver approx. 800 cm Zinc approx. 400 cm tin approx. 200 cm Inox (stainless steel) approx. 1050 "C
The baking temperatures of alloys of these metals depend on the dimensions of the components made with these metals.
Suitable binders are those which depolymerize from 180 and 350 "C and have the property of evaporating without residue of carbon or a charring product. In addition, they should not make the applied metal layer brittle with carbon. These binders are dissolved in organic solvents and pigmented predominantly with flaky metal pigment pastes.
The above paint is used to apply the metal powder to the metal or to a metal workpiece. Metal powders can be used whose melting temperatures are at least 15 to 20 "C higher than the decomposition temperature of the binder. Thus, with the one binder, the decomposition temperature of which is 180" C, all low-melting metals such as lead, cadmium etc., and with the other binder, the decomposition temperature of which is above 350 "C, all other metals such as zinc, copper etc. are melted.
It is more difficult to melt easily oxidizable metals such as copper etc. at a higher temperature. This requires an oxygen-free furnace atmosphere to protect the metals from oxidation. It is advantageous to work here in protective gas atmospheres, such as. B. in nitrogen. An attempt was also made to apply Inox powder (fine metal dust from V2A steel).
In order to limit the numerous possibilities, a technically important metal coating will be selected and the process for applying flaky zinc pigments will be explained.
The metal parts to be coated are degreased and stained or cleaned by sandblasting before the protective layer is applied. Rust and layers of scale must be removed as they can later cause blistering. The paint can be applied by dipping, brushing or
Spraying is done, with layers of 8-12 when diving
Microns and any layer thickness can be achieved when spraying. The coating is dry after 5-10 minutes and can now be thermally decomposed and melted in an oven. The temperature increase to 180/350 qC, depending on the binder used, must be slow. The temperature can be increased quickly and depends on the metal pigment used and the
Thickness of the workpiece to be treated. She is also from
Oven dependent.
In a tunnel furnace the temperature will be higher than in a muffle furnace. If the temperature is too high or the time in the oven is too long, the appearance of the protective layer changes and it can oxidize.
The oven used for baking is of particular importance. It is imperative that the heating and cooling be done slowly and steadily. The most suitable furnace appears to be a tunnel furnace, as it is used in enamelling works, and which allows the workpiece to be moved through the various temperature zones continuously.
Particularly good results were achieved with flaky zinc pigments, which offer excellent protection against corrosion. The firing temperature can be specified as 400-430 "C for zinc-pigmented paints.
The application of zinc or cadmium provides cathodic protection. Various alloys gave interesting results. This process allows alloys to be produced for a wide range of corrosion protection applications, or aluminum coatings to be applied to zinc layers that have already been applied for increased protection against corrosion, which protect against aggressive vapors and the oxidation of zinc at higher temperatures.
As a result of the relatively simple implementation of the method according to the invention, it can preferably be used for the coating of supply lines for burners, ovens, hot air blowers, recuperators, melting ovens, electrical heating systems, exhaust pipes, heat exchangers, ovens, etc.
Find use.
It is not only possible to coat finished workpieces. Rather, it is also possible to coat steel strips or rolled sheets during their manufacture yourself and thus obtain effective corrosion protection for these materials right from the start. In addition, line pipes made of iron can be provided with such a protective layer from the inside in order to make them more resistant to aggressive pumping liquids.