DD151635A1

DD151635A1 - Verfahren zur reaktiven herstellung korrosionsmindernder deckschichten

Info

Publication number: DD151635A1
Application number: DD22200080A
Authority: DD
Inventors: Otto Fiedler
Original assignee: Otto Fiedler
Priority date: 1980-06-20
Filing date: 1980-06-20
Publication date: 1981-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur reaktiven Herstellung korrosiorismindernder Deckschichten auf festen Materialien, um deren Korrosion in chemisch agressiven Medien zu verringern, insbesondere die metallischer Werkstoffe. Mit geringen apparativen Mitteln gswaehrleistet das Verfahren bei Normaldruck und -Temperatur eine hohe Reagenz ueber groasseren Flaechen und ermoeglicht eine hohe Produktivitaet bei grosstechnischer Anwendung. Auf die Obsrflaechs des zu bedeckenden Materials wirkt eine stromstarke Gasentladung bei Normaldruck, vorzugsweise eine Korona-Dueschelentladung ein. Das Entladungsgas enthaeit die zur Bildung der Deckschicht erforderliche reaktive Komponente. Der Strom wird der Entladungsstrecke impulsfoermig zugefuehrt, vorzugsweise ueber eine in Reihe geschaltete Funkenstrecke. Die Erfindung ist besonders fuer die metallische Werkstoffe herstellende und verarbeitende Industrie von Interesse.

Description

Verfahren zur reaktiven Herstellung korrosionsraindernder

Deckschicht en _, .·

Anwendungsgebiet der Erfindung.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur reaktiven Herstellung von Deckschichten auf festen Materialien, um deren Korrosion in chemisch agressiven Medien zu verringern. Die Korrosion metallischer Werkstoffe insbesondere des Eisens bringt jährlich hohe Materialverluste und fordert einen hohen Instandhaltungsaufwand. Das Verfahren erraöglicht eine Erhöhung der Standzeit von Bauelementen, Geräten und Einrichtungen aus korrodierenden Materialien und liefert einen Beitrag zur Verbesserung der Materialökonomie.

Charakteristik der bekannten Lösungen

In der Technik ist eine Vielzahl von Beschichtungsverfahren ziu? Eorrosionsminderung und Vergütung von Werkstoffen bekannt. Man kann sie in zwei Gruppen einteilen: Zur ersten Gruppe gehören die Verfahren, bei denen passivierende Schichten aufgetragen werden, z.B. durch Streichen, Aufsprühen, Abscheiden oder Aufwachsen. Zur zweiten Gruppe gehören die Verfahren, bei denen passivierende Schichten auf reaktivem Wege durch Einwirkung von Atomen, Molekülen, Ionen oder Elektronen auf die Oberfläche entstehen. Dabei

kann die Schicht in den Träger hineinwachsen. In diesem Fall entstehen Verbindungen, Legierungen oder Schichten mit veränderten Strukturen.

Zur Gruppe der reaktiven Passivierungen gehören auch die Verfahren, die Polarisationseffekte an den Oberflächen der Materialien ausnutzen, um die Standzeiten von Baukörpern in und mit flüssigen Medien zu erhöhen. Sie sind als anodischer bzw. katodischer Korrosionsschutz bekannt, Eine große Zahl von Vorschlägen gilt der Einführung und Anordnung von Opferelektroden. Weiterhin sind reaktive Verfahren bekannt, wo an der Oberfläche oder in Deckschichten auf der Oberfläche elektrochemisch wirkende Inhibitoren an- oder eingelagert sind.

"Grundlagen metallischer 7/erkstoffe, Korrosion und Korrosionsschutz"

Autorenkollektiv, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Leipzig.

Bei der Mehrzahl der Verfahren hängen die Qualitäten und Aufwachsraten der Schutsschichten stark von der Kerstellungstemperatur ab. Für die Auswahl des Verfahrens sind Qualitäts- und Produktivitätsparameter bestimmend.

In der Mikroelektronik-Technologie z.B. dominieren Beschichtungen im Vakuum bzw. in verdünnter Gasatmosphäre, Verfahren die einen hohen apparativen Aufwand erfordern, dafür aber die geforderten besonderen Schichtqualitäten liefern. Dagegen sind solche Verfahren für die Herstellung von Deckschichten auf großen Flächen z.B. von Elementen und Einrichtungen im Stahlbau zu uneffektiv. Hier "beschichtet man bei Normaldruck z.B. elektrolytisch, durch Einbrennen, durch Aufsprühen oder Anstreichen Verfahren, die hoch produktiv gemacht werden können, dafür aber materialaufwendig sind oder nur mäßigen Korrosionsschutz erzielen.

Bekannt ist ferner, daß durch Beteiligung elektrisch geladener Teilchen im Prozeß der Schichtbildung verbesserte Schichteigenschaften erzielt werden können. Beispiels-

weise werden Deckschichten bei I one nbe schnß dichter, haftfester und stöchiometrisch einstellbar. Oder das Aufsprühen von Lackteilchen in hohen elektrischen Feldern in atmosphärischer Luft bringt bessere Haftung und geringere Schichtdefektdichten. Im ersten Fall reagieren die Ionen mit den Atomen des Festkörpers und verändern dessen Struktur, bilden Verbindungen und Legierungen, im zweiten Fall v/erden die Flüssigkeitströpfchen bei ihrer Wechselwirkung untereinander oder mit der Austrittsdüse oder durch Koronaentladungen aufgeladen und im elektrischen Feld auf höhere Geschwindigkeiten gebracht.

Die Verfahren, die vorwiegend reaktiv mit Ionen aus der Gasatmosphäre arbeiten, sind Niederdruckverfahren mit einem entsprechenden vakuumtechnischen Aufwand. Entweder werden die Ionen aus Gasentladungen bei 1 Pa bis

1·10 Pa extrahiert und auf die zu passivierende Oberfläche gelenkt oder im Hochvakuum in Form von lonenstrahlen eingestrahlt. Bei Atmosphärendruck und darüber sind bisher reaktive Deckschichtbildungen über größere Flächen bei starker Ionenbeteiligung aus dem umgebenden Gas nicht in Betracht gekommen. Das ist darauf zurückzuführen, daß bei diesen Drucken die Entladung nach dem Zünden sofort in eine stromstarke Funken- oder· Bogenentladung en mit eng begrenztem Kanal und kleiner Feldstärke längs des Kanals übergeht. Bine solche Entladung hinterläßt Brennstellen und ist in der Form, daß man die zu beschichtende Fläche als Elektrode benutzt, nicht zu gebrauchen

Patente C 23 C 13/00 und C 23 G 15/00 DD-PS 96078, US-PS 3 957 608, DE-OS 2708720 DE-OS 2 624 005

Ferner ist die Koronaentladung als eine selbständige Gasentladung bei Normaldruck in stark inhomogenen elektrischen Feldern bekannt. Sie ist aber bisher auf Grund der geringen Stromstärken für eine effektive Deckschichtbildung ebenfalls nicht in Frage gekommen. Die sehr zahl-

reich untersuchte Koronaentladung in Luft hat nur an den stark gekrümmten Elektroden hohe Stromdichte!"!· Die negative Raumladung begrenzt sehr wesentlich den Ionisierung sraum.

Aus der Gaselektronik ist jedoch auch bekannt, daß bei Eleminierung elektronegativer Gasanteile, zum Beispiel Sauerstoff, die Ionisierung weiter in den feldschwächeren Raum hineinwächst» und der Strom ansteigt. Bine besondere Stromerhöhung wird beim Übergang zur Koronabüschelentladung beobachtet, eine Entladung, bei der viele Stromfäden (Streamer) von der spitzen Elektrode in den Entladungsraum hineinwachsen, ohne diesen jedoch vollständig zu überbrücken* Die Vielzahl der Stromfäden erscheint als Büschel. Derartige Entladungen sind jedoch bisher nicht für reaktive Deckschichtbildungen vorgeschlagen worden.

Proceedings of the XIII International Conference on Phenomena in Ionized Gases Part I a. II "High pressure discharges" Physikalische Gesellschaft d. DDH 1977

der^__3rf indung;

Ziel der Erfindung ist es ein Verfahren zur Herstellung korrosionsmindernder Deckschichten zu entwickeln, das mit geringen apparativen Mitteln hohe Wirkungen erzielt und einen besonderen Beitrag zur Verbesserung der Materialökonomie liefert.

Darlegung des Wesens der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung des relativ hohen νakuumtechnisehen Aufwandes möglichst bei Normaldruck mit hoher Reagenz über große Flächen korrosionsmindernde Deckschichten herzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gel.öst, daß auf die Oberfläche des zu bedeckenden Materials eine stromstarke Wechsel- oder Gleichspannungsentladung in Gasen bei ?Tο mal druck in einem inhomogenen elektrischen Feld bei hohen Entladung so aimun;;en. vorzugsweise eine Korona-

Büschelentladung einwirkt und das Entladungsgas die zur Bildung der Deckschicht erforderliche reaktive Komponente enthält. Der Strom wird der Entladungsstrecke impulsförmig zugeführt, vorzugsweise dann, wenn elektronegative Gase im Sntladungcraum vorhanden sind. Zur impulsmäßigen Speisung der Entladung wird günstig eine kurze Funkenstrecke in Luft in Reihe zur Entladungsstrecke geschaltet. Während der Entladung strömt das Entladungsgas durch den-Entladung sraum hindurch. Zur Speisung der Entladung werden Hochspannungsgeneratoren mit Gleichspannung oder Wechselspannung mit Hetzfrequenz verwendet und ein hochspannungsfester Widerstand in Reihe geschaltet.

Ausführungsbeispiel;

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel erläutert werden: Ein Netz-Hochspannungstransformator mit 50 KV bis 100 EV" und ca. 1 KVA Ausgang wird über einen Widerstand an eine Spitze-Platte Bntladungsstrecke angeschlossen, in der sich Stickstoff bei Normaldruck als Entladungsgas befindet. Den Stickstoff läßt man durch den Entladungsraum hindurchströmen. Zwischen Hochspannungsquelle und Spitzenelektrode ist eine kurze Funkenstrecke in Luft geschaltet, die einen Impulsbetrieb der Entladung ermöglicht. Strom, Spannung und Funkenstreckendistanz werden so eingestellt, daß eine leuchtende Büschelentladung entsteht, die weit in den Entladungsraum hineinreicht, diesen jedoch nicht überbrückt. Setzt man eine Stahlplatte als Gegenelektrode ein und läßt die Entladung einige Sekunden auf die Oberfläche einwirken, so entsteht auf dem Stahl eine Deckschicht, deren Standzeit z.B, gegen Säureeinwirkung um ein Mehr- · faches höher liegt als die des unbehandelten Eisens.'

Bei Verwendung von; elektronegativen Gasen als Reaktanden, z.B. von Sauerstoff sind die genannten Paranietereinstelliingen zu verändern, da Sauerstoff im feldschwäche-

ren Eaura eine träge negative Raumladung "bildet, die den Aufbau der Entladung und damit den Entladungsstrom begrenzt. Der Impulsbetrieb der Entladung spielt hier eine besondere Rolle, da sonst der Korona-Strom zu klein oder die Entladung in die unerwünschte Funkenentladung übergeht.

Claims

Erfindungsanspruch _

1. Verfahren zur reaktiven Herstellung korrosionsmindernder Deckschichten auf festen Materialien dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche des zu bedeckenden Materials eine stromstarke Gleich- oder Wechselspannungsentladung in Gasen bei Normaldruck im inhomogenen elektrischen Feld,bei hohen Entladungsspannungen_f vorzugsweise eine Koronabüschelentladung einwirkt und das Sntladungsgas die zur Bildung der Deckschicht erforderliche reaktive Komponente enthält

2« Verfaliren nach. Punkt 1 gekennzeichnet durch impulsförmige Zuführung des Stromes an die Entladangsstrecke, vorzugsv/eise bei Anwesenheit elektronegativer Gase im Entladungsraum

3« Verfahren nach Punkt 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, daß bei impulsförmiger Zuführung eine kurze Funkenstrecke in Luft in Reihe zur Bntladungsstrecke geschaltet wird

4, Verfahren nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgas durch den Entladungsraura hindurchströrnt

5. Verfahren nach Punkt 1 bis 3 gekennzeichnet diirch Verwendung von Hochspannungsquellen mit Hetzfrequenz und einen in Reihe geschalteten hochspannungsfesten Widerstand.