DE1160264B

DE1160264B - Process for applying a metallic anti-corrosion coating to steel parts

Info

Publication number: DE1160264B
Application number: DEA31372A
Authority: DE
Inventors: Gordon William Jenkins
Original assignee: Anadite Inc
Current assignee: Anadite Inc
Priority date: 1958-02-19
Filing date: 1959-02-18
Publication date: 1963-12-27

Description

Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Korrosionsschutzüberzuges auf Stahlteile Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Korrosionsschutzüberzugs auf Stahlteile.Process for applying a metallic anti-corrosion coating on steel parts The invention relates to a method for applying a metallic Corrosion protection coating on steel parts.

In der Luftfahrzeugindustrie hat sich das überziehen von Stahlteilen mit Schutzmetallen, insbesondere Kadmium, zum Schutz dieser Teile und zum Erreichen einer langen Lebensdauer schon seit langem als notwendig erwiesen. Derartige Überzüge wurden in bekannter Weise durch Galvanisieren auf diese Stahlteile aufgebracht. Es wurde nun festgestellt, daß bei den galvanisch mit Kadmium überzogenen Teilen diese galvanische Abscheidung eine Wasserstoffsprödigkeit des Stahles verursachte, was besonders bei Stählen hoher Festigkeit mit einer Zugfestigkeit von ungefähr 126 kg/mm2 sehr nachteilig ist. Bei der Herstellung von Stahlteilen für Luftfahrzeuge werden deren Abmessungen so klein wie möglich gehalten, um das Gewicht zu vermindern. Es ist deshalb erwünscht und in vielen Fällen notwendig, Stähle hoher Festigkeit für Teile zu verwenden, die erheblichen Belastungen unterworfen werden, wie dies beispielsweise bei der Landeeinrichtung an Flugzeugen der Fall ist. Wenn diese Stahlteile mit hoher Festigkeit galvanisch mit Kadmium überzogen werden, so entsteht Wasserstoffsprödigkeit, was eine erhebliche Bruchgefahr bedeutet.In the aircraft industry, the coating of steel parts has become with protective metals, especially cadmium, to protect these parts and to reach them a long service life has long been shown to be necessary. Such coatings were applied to these steel parts in a known manner by electroplating. It has now been found that the parts galvanically coated with cadmium this electrodeposition caused the steel to become hydrogen brittle, which is especially true for high-strength steels with a tensile strength of approximately 126 kg / mm2 is very disadvantageous. In the manufacture of steel parts for aircraft their dimensions are kept as small as possible in order to reduce weight. It is therefore desirable, and in many cases necessary, steels of high strength to use for parts that are subjected to significant stress, such as this is the case, for example, with the landing equipment on aircraft. If these steel parts are galvanically coated with cadmium with high strength, this creates hydrogen brittleness, which means a considerable risk of breakage.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines metallischen Korrosionsschutzüberzuges auf Stahlteile, insbesondere Luftfahrzeugteile, mit einer Zugfestigkeit von über 126 kg/mm2 unter Vermeidung einer Wasserstoffversprödung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Kadmiumüberzug in einer Dicke von 0,0076 mm bis 0,0127 mm durch Vakuumbedampfen aufgebracht wird. Abgesehen davon, daß diese Stahlteile nunmehr keine Wasserstoffversprödung aufwiesen, wurde festgestellt, daß die Festigkeit dieser Teile in keiner Weise beeinträchtigt wurde. Damit können diese so überzogenen Stahlteile allen Anforderungen gerecht werden, wie sie in den für Luftfahrzeugteile aufgestellten Normen niedergelegt sind.The invention relates to a method for applying a metallic Corrosion protection coating on steel parts, in particular aircraft parts, with a Tensile strength of over 126 kg / mm2 while avoiding hydrogen embrittlement, characterized by having a cadmium coating 0.0076 thick mm to 0.0127 mm is applied by vacuum evaporation. Besides that this Steel parts now showed no hydrogen embrittlement, it was found that the strength of these parts was not impaired in any way. So that these steel parts coated in this way meet all requirements as specified in the for Aircraft parts are laid down in the standards established.

Das Aufdampfen von Metall im Vakuum zum Überziehen von Gegenständen ist an sich bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in üblicher Weise in einer Vakuumkammer durchgeführt, die entsprechend evakuiert worden ist. Die Stahlteile hoher Festigkeit werden dann in der Vakuumkammer aufgehängt und das Kadmium unterhalb dieser Teile so verdampft, daß die Dämpfe über die aufgehängten Teile hinwegströmen und an ihnen kondensieren.The vapor deposition of metal in a vacuum for coating objects is known per se. The inventive method is in the usual way in a Performed vacuum chamber, which has been evacuated accordingly. The steel parts high strength are then hung in the vacuum chamber and the cadmium below these parts evaporated so that the vapors flow over the suspended parts and condense on them.

Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Stahlteile mit einer Zugfestigkeit von ungefähr über 126 kg/mm2 werden gegebenenfalls gereinigt, jedoch ohne daß dabei ein kathodisches Reinigen, ein Säurebeizen oder andere Reinigungsarten verwendet werden, bei denen Wasserstoff frei wird. Irgendwelche Schuppen, Fett, öl oder Rost werden entfernt und die Teile dann durch leichten Sand gesandstrahlt, der eine Maschengröße von 180 oder kleiner hat. Die sandgestrahlten Teile werden dann sofort aufgehängt und in eine Vakuumkammer gebracht, worauf ein Vakuum von 0,5 Mikron in der Kammer durch eine geeignete Pumpeneinrichtung erzeugt wird. Das zu verdampfende Schutzmetall wird dann in der Kammer unterhalb der Stahlteile verdampft. Eine ausreichende Schutzschicht des verdampften Metalls von beispielsweise ungefähr 0,0127 mm wird in 10 bis 35 Minuten erreicht. Wenn die Teile in die Kammer bei Raumtemperatur eingebracht werden, so ist die höchste Temperatur, die die Stahlteile während des Überziehens erreichen, ungefähr 79,4° C.The steel parts treated according to the method according to the invention with a tensile strength of approximately over 126 kg / mm 2 are cleaned if necessary, but without using cathodic cleaning, acid pickling or other types of cleaning in which hydrogen is released. Any flakes, grease, oil, or rust are removed and the parts are then sandblasted through light sand that is 180 mesh or smaller. The sandblasted parts are then immediately hung up and placed in a vacuum chamber, whereupon a vacuum of 0.5 microns is created in the chamber by suitable pumping means. The protective metal to be evaporated is then evaporated in the chamber below the steel parts. A sufficient protective layer of the vaporized metal of, for example, approximately 0.0127 mm is achieved in 10 to 35 minutes. When the parts are placed in the chamber at room temperature, the highest temperature the steel parts will reach during plating is approximately 79.4 ° C.

Nach dem Aufbringen des Schutzmetallüberzuges werden die Teile aus der Vakuumkammer entfernt und können nun mit der üblichen Farbe oder einem organischen Überzug ohne Brennen oder Wärmbehandlung überzogen werden. Die mit Kadmium überzogenen Teile haben kein glänzendes Aussehen, sondern sind vielmehr matt oder samtartig mit einem grauweißen metallischen Schein. Es wurde festgestellt, daß die im Vakuum aufgedampften Kadmiümüberzüge eine nachträgliche chemische Behandlung und das Aufbringen organischer Überzüge gestatten, wie sie an galvanisierten Teilen gemäß den für Luftfahrzeugüberzüge bestehenden Normen üblich sind.After applying the protective metal coating, the parts are made Removed the vacuum chamber and can now with the usual paint or an organic Coating can be coated without baking or heat treatment. The ones coated with cadmium Parts do not have a shiny appearance, but are rather matte or velvety with a off-white metallic glow. It was determined, that the Kadmiüm coverings, which are vapor-deposited in a vacuum, are subjected to a subsequent chemical treatment and allow the application of organic coatings such as those on galvanized parts are customary in accordance with the existing standards for aircraft covers.

Luftfahrzeugstahlteile, die mit Kadmium durch Aufdampfen im Vakuum überzogen werden, erfüllen alle Bedingungen in bezug auf Adhäsion, Korrosionswiderstand und andere Vorschriften, wie sie in der USA.-Bundesvorschrift Q Q - P - 416 für galvanische Überzüge festgelegt sind. In einem besonderen Fall wurden niederlegierte Stahlteile so vergütet, daß sie eine minimale Bruchzugfestigkeit von ungefähr 182 kg/mm2 (kpsi) aufwiesen, und wurden dann mit Kadmium mit einer Schichtstärke von ungefähr 0,0076 bis 0,0127 mm bedampft. Diese Teile waren frei von Wasserstoffsprödigkeit. Das Verfahren zum Überziehen dieser Teile in der Vakuumkammer ergab keine Änderung der Zugfestigkeit dieser Teile.Aircraft steel parts coated with cadmium by vacuum evaporation are coated, meet all the requirements with regard to adhesion, corrosion resistance and other regulations such as those in U.S. Federal Regulation Q Q - P - 416 for galvanic coatings are specified. In a special case, they were laid down Steel parts tempered so that they have a minimum tensile strength of approximately 182 kg / mm2 (kpsi) and were then treated with cadmium with a layer thickness of about 0.0076 to 0.0127 mm vapor-deposited. These parts were free from hydrogen brittleness. The procedure for coating these parts in the vacuum chamber resulted in no change the tensile strength of these parts.

Adhäsionsprüfungen wurden an Stahlblechproben von 2,54X10,2 cm Größe und ungefähr 1,02 mm Stärke durchgeführt, die mit Kadmium bedampft waren. Diese Proben, die mit einer Schicht von ungefähr 0,0076 bis 0,0127 mm Kadmium überzogen waren, wurden dann um einen Winkel von 180° auf einen Durchmesser gebogen, der gleich der Stärke des Bleches war, und dann mit vierfacher Vergrößerung darauf geprüft, ob sich das Kadmium von dem Stahlblech gelöst hatte. Bei diesen Prüfungen wurde keine Trennung festgestellt.Adhesion tests were carried out on steel sheet specimens 2.54 x 10.2 cm in size and about 1.02 mm thick, which was vaporized with cadmium. These Samples coated with a layer of approximately 0.0076 to 0.0127 mm cadmium were then bent at an angle of 180 ° to a diameter that was equal to the thickness of the sheet, and then checked it with four times magnification, whether the cadmium had separated from the steel sheet. During these exams was no separation found.

Es wurde nun gefunden, daß auch, wenn nacheinander bis zu fünf Kadmiumüberzüge in einzelnen Verfahrensschritten aufgebracht wurden, sich keine Trennung zeigte. Ferner wurden keinerlei Anzeichen einer Trennung zwischen den aufeinanderfolgenden Überzügen festgestellt, wie die mikroskopische Prüfung ergab. Ferner wurde das Verfahren daraufhin geprüft, ob der Überzug gleichmäßig ist, wenn unregelmäßig geformte Teile überzogen werden. Beispielsweise wurde .eine Schraube in vier Arbeitsgängen ohne Änderung ihrer Aufhängung in der Vakuumkammer überzogen. Der Schaft der Schraube hatte dabei einen Überzug von ungefähr 0,0356 mm, und eine annähernd gleiche Dicke wurde auch auf dem Gewinde festgestellt.It has now been found that even if up to five cadmium coatings in succession were applied in individual process steps, there was no separation. Furthermore, there was no evidence of any separation between the successive Coatings found, as shown by microscopic examination. Furthermore, the procedure then checked whether the coating is uniform when irregularly shaped parts be coated. For example, a screw was in four work steps without Change of their suspension in the vacuum chamber covered. The shaft of the screw had a coating of approximately 0.0356 mm and approximately the same thickness was also noted on the thread.

Keilnuten, Schlitze, Oberflächen in einem rechten Winkel zueinander erhalten einen gleichmäßigen überzug bei einem einzigen Verfahrensschritt, und auch in Löchern ergaben sich gute Überzüge, wo beim galvanischen Verfahren kein Überzug entstehen würde.Keyways, slots, surfaces at right angles to each other obtain a uniform coating in a single process step, and also Good coatings resulted in holes, where no coating was obtained in the galvanic process would arise.

Die Güte des Vakuumbedampfungsverfahrens beim Überziehen von Stahlteilen mit einer Zugfestigkeit von über ungefähr 126 kg/mm2 gegen Korrosionserscheinungen wurde dadurch demonstriert, daß nach diesem Verfahren aufgebrachte Kadmiumüberzüge nach der Salzwassersprühprobe geprüft wurden. Bei dieser Prüfung wurden die Teile mit Salzwasser 192 Stunden lang entsprechend dem normalen Prüfverfahren besprüht. Es ergab sich kein Rosten an der Oberfläche der Teile oder auch entlang von Linien, die durch den Überzug hindurch eingeritzt waren. In einem besonderen Fall wurde ein aus hochvergütetem Stahl bestehendes, für die Landeeinrichtung von Kampfflugzeugen bestimmtes Schmiedestück im Vakuum mit ungefähr 0,0127 mm Kadmium bedampft und dann einer Salzwassersprühprobe von 192 Stunden Dauer ausgesetzt. Es ergab sich dabei weder ein Rosten noch eine Blasenbildung des Überzugs. Im allgemeinen wurde festgestellt, daß im Vakuum aufgedampfte Kadmiumüberzüge die Salzwassersprühkorrosionsprüfung besser überstanden als durch Galvanisieren aufgebrachte Kadm:iumüberzüge. Die Wichtigkeit des Verfahrens in Verbindung mit der Ausschaltung der Sprödigkeit bei Stählen hoher Festigkeit ergibt sich auf der nachfolgenden Tabelle, in der die Ergebnisse von Zugfestigkeiisprüfungen an galvanisch mit Kadmium überzogenen und im Vakuum mit Kadmium bedampften Proben aufgeführt sind. Die Tabelle zeigt die Einschnürung der Flächenmessungen in jedem einzelnen Fall im Einklang mit den Normen für die Wasserstoffsprödigkeits-Prüfmethoden, wie sie seit vielen Jahren angewendet werden. Galvanisiert Vakuumbedampft Probe (60 Amp. / 929 cm2 / 6 Minuten) Bruchfestigkeit Einschnürung Bruchfestigkeit Einschnürung in k mm2 in 0/0 in kg/mm2 in a/o 1 ungefähr 198,12 0 ungefähr 191,38 47,5 2 ungefähr 205,37 0 ungefähr 192,99 48,2 3 ungefähr 192,92 0 ungefähr 196,65 44,1 4 ungefähr 194,54 0 ungefähr 193,41 45,2 5 ungefähr 198,05 0 ungefähr 197,49 47,3 6 ungefähr 189,62 0 ungefähr 197,49 46,8 Die in der obigen Tabelle aufgeführten Proben hatten ungefähr eine Länge von 25,4 mm und einen Durchmesser von 6,35 mm und bestanden aus einem niederlegierten Stahl Nr. 4340, der auf ungefähr 182 kg/mm2 Bruchfestigkeit vergütet war (0,38 bis 0,43% C, 0,60 bis 0,80'% Mn, 0,20 bis 0,35% Si, 1,65 bis 2,00 Ni, 0;70 bis 0,90'% Cr, 0,04% P, 0, 04% S). Die Dicke der Schicht war auf allen Proben von ungefähr 0,0076 bis 0,0127 mm, und die Zugfestigkeitsprüfungen wurden innerhalb von 4 Stunden nach Aufbringen der Überzüge durchgeführt. Die galvanisch überzogenen Proben wurden ohne Brennen geprüft.The quality of the vacuum vapor deposition process for coating steel parts with a tensile strength of more than approximately 126 kg / mm2 against corrosion phenomena was demonstrated by testing cadmium coatings applied according to this process after the salt water spray test. In this test, the parts were sprayed with salt water for 192 hours according to the normal test procedure. There was no rusting on the surface of the parts or along lines scratched through the coating. In a special case, a forging made of high-grade steel and intended for the landing equipment of fighter aircraft was vaporized in a vacuum with approximately 0.0127 mm cadmium and then exposed to a salt water spray test lasting 192 hours. There was neither rusting nor blistering of the coating. In general, it was found that cadmium coatings deposited in a vacuum withstood the salt water spray corrosion test better than cadmium coatings applied by electroplating. The importance of the method in connection with the elimination of brittleness in steels of high strength is shown in the table below, in which the results of tensile strength tests on samples galvanically coated with cadmium and vaporized with cadmium in a vacuum are listed. The table shows the constriction of the area measurements in each individual case in accordance with the standards for the hydrogen brittleness test methods as they have been used for many years. Galvanized vacuum vapor deposition Sample (60 Amp. / 929 cm2 / 6 minutes) Breaking strength constriction Breaking strength constriction in k mm2 in 0/0 in kg / mm2 in a / o 1 about 198.12 0 about 191.38 47.5 2 about 205.37 0 about 192.99 48.2 3 about 192.92 0 about 196.65 44.1 4 about 194.54 0 about 193.41 45.2 5 about 198.05 0 about 197.49 47.3 6 about 189.62 0 about 197.49 46.8 The samples listed in the table above were approximately 25.4 mm in length and 6.35 mm in diameter and consisted of a low-alloy steel No. 4340, which was tempered to approximately 182 kg / mm2 breaking strength (0.38 to 0 , 43% C, 0.60 to 0.80% Mn, 0.20 to 0.35% Si, 1.65 to 2.00% Ni, 0; 70 to 0.90% Cr, 0.04% P, 0.04% S). The thickness of the layer was from approximately 0.0076 to 0.0127 mm on all samples and the tensile tests were performed within 4 hours of the application of the coatings. The electroplated samples were tested without burning.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die üblichen Arten von Einrichtungen verwendet werden. Das auf die betreffenden Teile aufzudampfende Kadmium kann entweder direkt durch widerstandsbeheizte Wolframdrähte oder gleichwertige Mittel verdampft werden, oder es kann auch das Metall in kleine Gefäße eingebracht werden, die durch Widerstandsheizung erhitzt werden, wobei die Gefäße vorzugsweise in Quer- und Längsrichtung in der Vakuumkammer unterhalb des Tragrahmens verteilt sind, an dem die Stahlteile zum Überziehen angebracht sind. Die Gestelle sind vorzugsweise drehbar und beweglich und in der Weise angebracht, daß alle Oberflächen der Teile überzogen werden können. Bei der Durchführung des Verfahrens wurde im wesentlichen reines Kadmium in den Gefäßen verwendet, und bei den an den überzogenen Teilen durchgeführten Proben wurde festgestellt, daß der Überzug beinahe ausschließlich aus reinem Kadmium ohne irgendwelche Spuren von Verunreinigungen bestand.When carrying out the process according to the invention, the usual Types of facilities to be used. That to be evaporated onto the parts concerned Cadmium can be obtained either directly through resistance heated tungsten wires or equivalent Medium can be evaporated, or the metal can also be introduced into small vessels which are heated by resistance heating, the vessels preferably in the transverse and longitudinal direction in the vacuum chamber below the support frame are distributed, on which the steel parts are attached for coating. The racks are preferably rotatable and movable and mounted in such a way that all surfaces of the parts can be coated. When carrying out the procedure, the essentially pure cadmium is used in the vessels, and in those on the coated ones Part of the tests carried out, it was found that the coating was almost exclusively consisted of pure cadmium without any trace of impurities.

Im folgenden werden einige der mit Kadmium überzogenen Teile beispielsweise beschrieben. Eine Sechskantschraube aus Stahl hoher Festigkeit hatte die folgenden Abmessungen. Der Kopf hatte vor dem Standstrahlen eine Größe von 18,885 mm und nach dem Sandstrahlen und nach Aufbringen des Kadmiumüberzuges von 18,851 bzw. 18,862 mm. Der Schaft hatte einen Durchmesser von 11,074 mm vor dem Sandstrahlen, von 11,061 mm nach dem Sandstrahlen und von 11,071 mm nach dem 'Oberziehen mit Kadmium. Ein anderes Teil, nämlich ein Fitting aus Stahl Nr. 4340 und einer Zugfestigkeit von ungefähr 182 kg/mm2 hatte flache, kegelige und andere Oberflächen. Dabei ergaben sich ganz ähnliche Änderungen der Dimensionen. Beispielsweise hatte ein Schaftteil vor dem Sandstrahlen einen Durchmesser von 12,636 mm, nach dem Sandstrahlen von 12,629 mm und nach dem Überziehen mit Kadmium von 12,636 mm.The following are some of the cadmium coated parts for example described. A hexagon head bolt made of high strength steel had the following Dimensions. The head was 18.885 mm in size before standing rays and after sandblasting and after applying the cadmium coating of 18.851 and 18.862 respectively mm. The shaft was 11.074 mm in diameter before sandblasting, 11.061 mm after sandblasting and 11.071 mm after topping with cadmium. A Another part, namely a fitting made of steel No. 4340 and a tensile strength of about 182 kg / mm2 had flat, tapered, and other surfaces. It resulted very similar changes in dimensions. For example, had a shaft part before sandblasting a diameter of 12.636 mm, after sandblasting from 12.629 mm and after coating with cadmium of 12.636 mm.

Claims

PATENT CLAIM: Process for applying a metallic anti-corrosion coating on steel parts, especially aircraft parts, with a tensile strength of over 126 kg / mm2 while avoiding hydrogen embrittlement, characterized in that a cadmium coating to a thickness of 0.0076 mm to 0.0127 mm by vacuum evaporation is applied. In. Publications considered: L. Holland, "VacuumDepositionofThinFilms", 1956, pp. 180, 182.