DE1521346B2 - Verfahren zur Herstellung eines metallischen Überzuges - Google Patents
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Description
dem das Polymetaphosphat die Oberfläche der metallischen Fläche reinigt, wird die Bindung zwischen
der metallischen Fläche und dem Überzug beschleunigt. Das Polymetaphosphat kann entweder in Form
einer Ketten- oder einer Ringbindung vorliegen, wobei jedoch die Ringbindung zu bevorzugen ist auf
Grund ihres hohen Polymerisationsgrades. Kaliumpolymetaphosphat kann leicht in einem hohen Grad
polymerisiert werden. Kaliumsalz allein ist unlöslich oder nur schwer löslich in Wasser, und dementsprechend
wird Kaliumsalz im allgemeinen zusammen mit Natriumpolymetaphosphat oder einem anderen
geeigneten Natriumsalz verwendet.
Der Polymerisationsgrad des gemäß der vorliegenden Erfindung als Klebstoff verwendeten Polymetaphosphates
beträgt im allgemeinen 103 bis 104. Wenn das Natriumsalz als Hilfsmittel zur Lösung des Kaliumsalzes
verwendet wird, ist jedoch der Polymerisationsgrad des Natriumsalzes geringer. Polyphosphat
wird gewöhnlich in Form einer wäßrigen Lösung verwendet, wobei die bevorzugte Konzentration des
Polyphosphates einen Bereich von Q,01 bis 2,0 g/l umfaßt, was von dem Polymerisationsgrad des verwendeten
Polyphosphates abhängt.
Im einzelnen kann das Verfahren gemäß der Erfindung wie folgt durchgeführt werden:
Das Metallpulver wird gleichmäßig aufgesprüht, oder die metallische Fläche wird durch dasUberzugsmaterial
hindurchgeführt. Im letzteren Fall wird feingeriebenes Überzugsmaterial mit einer Teilchengröße
von weniger als 30 μπι verwendet. Das Metallpulver
wird in der erwähnten Haftflüssigkeit suspendiert, bevor es auf die metallische Fläche aufgebracht wird.
Dadurch wird ein zusätzlicher Arbeitsgang vermieden, um die Haftflüssigkeit auf die Fläche aufzubrinv
gen. Die Haftflüssigkeit mit dem Metallpulver kann direkt auf die metallische Fläche aufgebracht werden.
Dies kann durch Aufsprühen, durch Bürsten und alle ähnlichen dazu geeigneten Vorrichtungen erfolgen.
Bei einigen Arten von staubförmigen Metallpulvern, welche ungleichmäßig auf der metallischen
Fläche haften, kann durch Zugabe einer geeigneten Menge eines wasserabweisenden Stoffes zu der Haftflüssigkeit
ein gleichmäßiges Haften des Metallpulvers auf der metallischen Fläche erzielt werden.
Stoffe, die dem Metall wasserabweisende Eigenschaften verleihen, sind Paraffine mit 4 Kohlenstoffatomen,
Olefine mit mehr als 5 Kohlenstoffatomen, aliphatische, monohydratische Alkohole mit mehr als
8 Kohlenstoffatomen, Monokarbonsäuren mit mehr als 4 Kohlenstoffatomen oder ihre äquivalenten, polaren
aliphatischen Komponenten, wie Monohalogenkomponenten, Monokarbon-Komponenten, Monoaminen
und Monohydrilen.
Wenn jedoch das pulverförmige, metallische Uberzugsmaterial
wasserabweisend ist, so kann diese Eigenschaft des .Metallpulvers dadurch verringert
werden, daß eine geeignete Menge eines oberflächenaktiven Agenz oder eines niedermolekularen Alkohols
der wäßrigen Lösung der Haftflüssigkeit hinzugefügt wird. Geeignete Oberflächenaktive Agenzien
sind kathionische oder anionische, oberflächenaktive Agenzien oder nichtionische oberflächenaktive Agenzien.
In bezug auf den nachfolgenden Verdampfungs- und Sinterungsprozeß werden oberflächenaktive
Agenzien bevorzugt angewendet, die einfach pyrolytisiert und verdampft werden können.
Nach dem Aufbringen der Metallpulverschicht wird die Haftflüssigkeit in einem Temperaturbereich
von 50 bis 450° C verdampft, wobei sich das Metallpulver fest mit der metallischen Fläche verbindet.
Das Metallpulver trennt sich nicht von der metallisehen
Fläche, selbst wenn letztere in leichte Schwingungen versetzt wird. Die Temperatur, bei der die
Haftflüssigkeit verdampft wird, sollte niedriger als 4500C sein, um Oxydation des Metallpulvers und
der metallischen Fläche zu vermeiden. Die kritische
ίο Temperatur ist von der Art der verwendeten Haftflüssigkeit
und der Zeitdauer der Erhitzung abhängig. Der Arbeitsgang, bei dem das Metallpulver mechanisch
gegen die Fläche gepreßt wird, bedeutet eine Vorbehandlung für den Arbeitsgang des Sinterns.
Das mechanische Pressen kann durch übliche bekannte Einrichtungen durchgeführt werden, wie z. B.
mit Preßrollen, Preßformen usw. Bei einem verhältnismäßig harten Metallpulver, wie z. B. bei Titan, beträgt
die Verdichtung beim Pressen über 5 °/o, im Fall eines relativ weichen Metallpulvers, wie bei Aluminium,
nur 1%.
Das mechanische Pressen bewirkt, daß die Teilchen der Metallpulverschicht sich miteinander verbinden
und gleichzeitig, daß sie in einer einheitlichen, hell gefärbten, kontinuierlichen Schicht haften.
Die beim Pressen entstandene Schicht haftet jedoch noch nicht fest genug auf der metallischen
Fläche, wie es für den endgültigen Überzug erwünscht ist, so daß noch die Sinterung durchgeführt
wird. Die Sinterung wird in einer nichtaktiven Atmosphäre oder im Vakuum in einem Temperaturbereich
von 400 bis 1100° C während 5 Stunden durchger
führt. Die Sintertemperatur und die Sinterzeit hängen von der Art des verwendeten Metallpulvers ab. Wenn
z. B. Aluminium auf Eisen oder Stahl aufgebracht wird, ist bei einer Sintertemperatur von 600° C eine
sehr fest haftende Aluminiumschicht in 5 Minuten erreicht, während dies bei einer Temperatur von
550° C erst nach 10 bis 30 Minuten der Fall ist. Bei
der Sinterung der Aluminiumschicht verbindet sich diese fest mit der metallischen Fläche. Die Sinterung
sollte jedoch so durchgeführt werden, daß keine Legierungszwischenschicht zwischen der Aluminiumschicht
und der metallischen Unterlage entstehen kann. Wenn sich dies jedoch nicht vermeiden läßt,
sollte die Dicke einer solchen etwaigen Zwischenschicht geringer als 3 Mikron sein. Wenn die Sinterung bei einer Temperatur von über 700° C durchgeführt
wird, oder wenn sie mehrere Stunden dauert, so entsteht unvermeidlich eine Zwischenschicht aus einer
Legierung von Eisen und Aluminium. Wenn jedoch die so gebildete Legierungszwischenschicht eine Dicke
von weniger als 3 Mikron aufweist, so wird hierdurch die Aluminiumschicht nicht von der Eisenfläche getrennt.
Durch die nichtaktive Gasatmosphäre wird eine Oxydationsschicht verhindert.
Im Fall, daß Eisen oder Stahl mit Titan oder Zirkonium überzogen wird, wird die Sinterung bei
1000° C ausgeführt. Dabei erhält man in weniger als 20 Minuten einen fest abgebundenen Überzug, während
bei Durchführung des ganzen Arbeitsganges bei einer Temperatur von 850° C man dieselbe Qualität
des Überzugs erst nach 60 Minuten erhält. Auf Grund der nichtaktiven Gasatmosphäre oder des Vakuums
wird eine Oxydation oder Nitrierung von Titan oder Zirkonium vermieden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung mögen die folgenden Beispiele dienen.
Ein 0,5 mm dickes, weiches Flußstahlband wird durch Entfetten und Beizen gereinigt und durch ein
Haftflüssigkeitsbad geführt. Die Haftflüssigkeit besteht aus einer wäßrigen Lösung einer Mischung von
1 g/l. Natriumpolymetaphosphat (Polymerisationsgrad 28) und 0,5 g/l Kaliumpolymetaphosphat (PoIymerisationsgrad
103 bis 104). Hierbei wird das Band mit einer dünnen Schicht der Polymetaphosphatlösung
in einheitlicher Dicke versehen. Das so mit Haftflüssigkeit versehene Band wird dann durch
einen trichterförmigen Behälter, der mit Aluminiumpulver (Teilchengröße des Aluminiums 50 Mikron)
gefüllt ist, geführt, so daß das Aluminiumpulver das Band mit einer gleichförmigen Schicht einheitlicher
Dicke umgibt. Das so behandelte Band wird dann durch einen Ofen gezogen, in dem es eine gewisse
Zeit einer Temperatur von ' 180° C ausgesetzt ist. Mittels sich gegenüberliegender Rollen wird die Dicke
der Pulverschicht um 40 bis 5O°/o reduziert und das Aluminiumpulver fest gegen die Oberfläche des
Bandes gepreßt. Nach diesem Preßvorgang gelangt das Band in einen Sinterofen, in dem es in Argongasatmosphäre
bei einer Temperatur von 600° C während einer Minute gesintert wird. Während dieser
Sinterung wird eine feste Verbindung des Aluminiumpulvers
mit dem Band erreicht. Anschließend wird das Band zur abschließenden Behandlung des Aluminiumüberzuges
und Erzielung einer hellen Oberfläche durch ein anderes Paar von sich gegenüberliegenden
Walzen geführt. Der Aluminiumüberzug weist eine Dicke von 30 Mikron auf. Der Aluminiumüberzug
hat eine gute Biegefestigkeit, und das Band läßt sich mit einem Krümmungsradius von 3,5 cm
biegen, ohne daß der Überzug irgendwie beeinträchtigt wird oder sich vom Band löst.
,■·.·.,;■ Beispiel..2
Ein weiches Flußstahlband mit einer Dicke von 0,5 mm wird durch Entfetten und Beizen gereinigt.
Das so vorbehandelte Band wird durch einen Behälter
geführt, der mit Rollen versehen ist. In diesem Behälter ist eine wäßrige Lösung einer Haftflüssigkeit
enthalten, die aus einer Mischung von 1 g/l Natriumpolymetaphosphat
(Polymerisationsgrad 28) und 0,5 g/l Kaliumpolymetaphosphat besteht. Bei der Führung des Bandes durch den Behälter wird es mit
einer dünnen Schicht von Polymetaphosphatlösung gleichmäßiger Dicke versehen. In einem weiteren
Behälter, in dem mit Hilfe eines Gases Titanpulver (Teilchengröße etwa 50 Mikron) verwirbelt wird, wobei
die Titanteilchen in dem Gasmedium schweben, wird eine gleichförmige Titanpulverschichtdicke auf
das Band aufgebracht. Das so behandelte Band wird dann während einer Minute durch einen Ofen geführt,
in dem eine Temperatur von 180° C herrscht. Mittels Walzen wird das Titanpulver um etwa 20%
verdichtet und fest an das Band gedrückt. Nach dem Pressen wird das Band auf eine Auflaufhaspel aufgewickelt
und dann bei 850° C während einer Stunde in einem glockenförmigen Sinterofen erhitzt. Das
.Vakuum in diesem Sinterofen beträgt 10-4 mm Hg.
Die Dicke des Titanüberzuges beträgt ungefähr 30 μπι.
Die Bindung zwischen der metallischen Fläche und dem Überzug ist so gut, daß das Band mit einem
Krümmungsradius, der dem Dreifachen seiner Dicke entspricht, um 180° gebogen werden kann, ohne daß
irgendwelche Beschädigungen auftreten. Es wird eine gute Oberfläche des Titanüberzuges erzielt.
Ein Stahlband wird auf die übliche Art und Weise durch Entfetten und Beizen gereinigt. Das so behandelte
Band wird in eine Lösung getaucht, bestehend
ίο aus einer Mischung von 1 g/l Kaliumpolymetaphosphat
(Polymerisationsgrad 103 bis 104) und 2 g/l Natriumpolymetaphosphat
(Polymerisationsgrad 28). Danach wird das Band mit einem Pulver mit einer Teilchengröße
von etwa 45 μπι aus korrosionsbeständigem
Stahl bestäubt. Dabei entsteht auf dem Stahlband eine Schicht aus pulverförmigem korrosionsbeständigem
Stahl einheitlicher Dicke. Danach wird das so beschichtete Band getrocknet und die Deckschicht
aus pulverförmigem, korrosionsbeständigem Stahl mit Hilfe von Walzen gegen das Band gepreßt.
Danach wird das Band mit der verdichteten Schicht ungefähr eine Stunde lang bei 950° C gesintert. Man
erhält so ein korrosionsbeständiges Stahlband mit einem hellen, korrosionsbeständigen Überzug.
20 cm3 einer Benzollösung, die 0,5 g/dl eines festen
Paraffins enthält, wird 100 g staubförmiges AIuminiumpulver
von weniger als 60 μπι hinzugegeben und gründlich damit vermischt. Diese Mischung wird
dann getrocknet und auf die Oberfläche eines Stahlbleches aufgestäubt, das mit einer dünnen Schicht
einer wäßrigen Lösung aus 1,5 g/l Polymetaphosphat (0,5 g/l Kaliumpolymetaphosphat und 1,0 g/l Natriumpolymetaphosphat)
versehen ist. Das Aluminiumpulver wird hierbei gleichmäßig auf der Oberfläche
des Stahlblechs verteilt. Das so behandelte Stahlblech wird dann den folgenden Arbeitsgängen
unterzogen, wie sie in Beispiel 1 beschrieben sind. Die Qualität des so behandelten Stahlbleches mit
dem Aluminiumüberzug war sehr gut.
200 cm3 Athanollösung, enthaltend 0,125% Caprinsäure,
werden mit 1 kg Aluminiumpulver mit einer Teilchengröße von 58 μπι gemischt. Die Mischung
wird getrocknet und danach gleichmäßig auf der Oberfläche eines Stahlbleches verteilt, das zuvor
in der wie in Beispiel 4 erwähnten Art mit einer dünnen Schicht einer Haftflüssigkeit versehen ist.
Ein Blech aus weichem Flußstahl mit einer Dicke von 0,5 mm wird durch Entfetten und Beizen gereinigt
und mit einer.dünnen Schicht einer Haftflüssigkeit versehen, die aus einer wäßrigen Lösung
aus 1 g/l Natriumpolymetaphosphat und 0,3 g/l Kaliumpolymetaphosphat
und aus 0,1% eines oberflächenaktiven Agens Dialkylester von Natrium-Bernsteinsäure
besteht. Das mit der Haftflüssigkeit versehene Stahlblech wird dann gleichmäßig mit AIuminiumpulver
von weniger als 45 μπι Teilchengröße bestäubt. Das Stahlblech wird während 3 Minuten
bei 350° C erhitzt, um das oberflächenaktive Agens zu zersetzen. Dann erfolgt mit Hilfe von Walzen eine
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Verdichtung um 3O°/o der ursprünglichen Dicke. Den auf. Eine andere Stahlplatte derselben Art wurde mit
Abschluß bildet eine Sinterung in Argongasatmo- derselben Haftflüssigkeit versehen, jedoch ohne das
Sphäre bei 600° C während 3 Minuten. Die Dicke oberflächenaktive Agens. Alle die übrigen Arbeitsdes
Aluminiumüberzuges beträgt 50 μΐη. Die Haftung bedingungen und Arbeitsgänge sind dieselben wie im
zwischen dem Überzug und dem weichen Flußstahl 5 Beispiel vorher erwähnt. Die Dicke des Aluminiumist
gut, und der Überzug weist eine helle Oberfläche Überzuges beträgt 20 Mikron.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines metallischen 5 Metallen verwendbar.
Überzuges auf einer metallischen Fläche, gemäß Bei dem aus der britischen Patentschrift 781432
dem mittels einer Haftflüssigkeit ein auf diese bekannten Verfahren wird ein poröses Metallband
Fläche aufgebrachtes Metallpulver an dieser ge- hergestellt. Bei diesem bekannten Verfahren werden
bunden, die Metallpulverschicht verdichtet und zunächst die Körner eines Metallpulvers mit einem
anschließend zwecks fester Bindung zwischen io wärmehärtenden Kunstharz umgeben, und die überder
Metallpulverschicht und der Fläche eine Er- zogenen Pulverkörner werden dann mechanisch zu
hitzung bis zur Sinterung des Metallpulvers vor- einer Bandform unter Druckausübung verformt,
genommen wird, dadurch gekennzeich- Durch Wärmebehandlung wird dann das Kunstharz
net, daß die Haftflüssigkeit als hochviskose, gehärtet, wodurch ein Band erhalten wird, das durch
wäßrige Lösung aus Kalium- und/oder Natrium- 15 das gehärtete Kunstharz zusammengehalten wird,
polymetaphosphat auf die Räche aufgebracht Anschließend wird das Band einer zweiten Wärme-
und nach Auftrag des Metallpulvers vor dem behandlung unterzogen, bei dem das Kunstharz aus-Verdichten
durch mechanisches Pressen ver- getrieben wird und die Metallpartikeln zusammendampft
wird. ■ . gesintert werden. Man erhält dann ein Metallband
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 oder eine Metallschicht, welche Poren aufweist. Es
kennzeichnet, daß die Haftflüssigkeit durch Bür- läßt sich mit diesem Verfahren eine porenfreie
sten, Aufsprühen oder Eintauchen und das Me- Schicht nicht herstellen. Zur Beseitigung der Poren
tallpulver durch Aufstäuben aufgebracht werden. muß man vielmehr diese mit einem geschmolzenen
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da- Metall durch einen zusätzlichen Verfahrensschritt
durch gekennzeichnet, daß das Metallpulver mit 25 ausfüllen.
einer Teilchengröße von weniger als 30 μπι in be- Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, ein Verkannter
Weise in der Haftflüssigkeit suspendiert fahren zur Herstellung eines metallischen Überzuges
wird. . auf einer metallischen Fläche zu zeigen, das gegen-
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- über den bekannten Verfahren einfacher durchführkennzeiehnet,
daß die Verdampfung der Haftflüs- 30 bar ist, wobei eine größere Anzahl von Metallen versigkeit
bei Temperaturen·· zwischen 50 und 450° C wendbar ist und bei dem ein gleichmäßiger Überzug
vorgenommen wird. erzielt wird.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch ge-35
löst, daß die Haftflüssigkeit also hochviskose, wäßrige Lösung aus Kalium- und/oder Natriumpolymeta-
phosphat auf die Fläche aufgebracht und nach
Auftrag des Metallpulvers vor dem Verdichten durch mechanisches Pressen verdampft wird.
40 Hierbei können die Haftflüssigkeit durch Bürsten, Aufsprühen oder Eintauchen und das Metallpulver
40 Hierbei können die Haftflüssigkeit durch Bürsten, Aufsprühen oder Eintauchen und das Metallpulver
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- durch Aufstäuben aufgebracht werden. Das Metalllung
eines metallischen Überzuges auf einer metalli- pulver wird bevorzugt mit einer Teilchengröße von
sehen Fläche, gemäß dem mittels einer Haftflüssigkeit weniger als 30 μτη in bekannter Weise (USA.-Patentein
auf diese Fläche aufgebrachtes Metallpulver an 45 schrift 2 241095) in der Haftflüssigkeit suspendiert,
dieser gebunden, die Metallpulverschicht verdichtet Die Verdampfung der Haftflüssigkeit kann bvorzugt
und anschließend zwecks fester Bindung zwischen der bei Temperaturen zwischen 50 und 450° C vorge-Metallpulverschicht
und der Fläche eine Erhitzung bis nommen werden.
zur Sinterung des Metallpulvers vorgenommen wird. Vorteilhaft ist bei der Erfindung, daß Gegenstände
Ein derartiges Verfahren ist bekannt (USA.-Pa- 50 mit einer Schutzschicht, die in beliebiger Dicke auftentschrift
2 241095 und britische Patentschrift gebracht werden kann, überzogen werden können.
781432). Die metallischen Gegenstände, die gemäß dem
781432). Die metallischen Gegenstände, die gemäß dem
Bei dem aus der USA.-Patentschrift 2 241095 be- Verfahren der vorliegenden Erfindung ummantelt
kannten Verfahren wird ein Verbundmetall herge- werden können, sind Eisen, C-Stähle oder legierte
stellt, in dem Metallpulver auf einen Träger aufgesin- 55 Stähle in der Form von Blechen, Drähten und Rohtert
und hierdurch eine poröse Matrix hergestellt ren. Als Überzugsmaterial sind geeignet: Aluminium,
wird. Dann wird Pulver aus weichem Metall und mit , Titan, Zirkonium, Nickel, Chrom, Kupfer, Legierunniedrigem
Schmelzpunkt auf die Matrix aufgetragen gen, die eines dieser Metalle enthalten, oder korro-
und dieses Pulver über seinen Schmelzpunkt jedoch sionsbeständige Stähle.
unterhalb dem Schmelzpunkt des Matrix-Materials 6o Da die Lösung aus Natrium- oder Kaliumpolyerhitzt.
Das geschmolzene Metallpulver fließt in die metaphosphat selbst bei relativ geringer Konzentra-Poren
der Matrix und bildet mit dieser ein aus meh- tion eine hohe Viskosität aufweist, haftet das pulverreren
Komponenten zusammengesetztes Material. Bei förmige Metall gut an der metallischen Fläche. Da
diesem bekannten Verfahren muß zunächst das Me- nur eine kleine Menge des Klebstoffes aus Polymetatallpulver
auf den Träger aufgesintert werden. Ver- 6S phosphat benötigt wird, um das pulverförmige, mefahrenstechnisch
ist dies ein verhältnismäßig auf- tallische Überzugsmaterial auf die metallische Fläche
wendiger Schritt. Außerdem muß beim Schmelzen aufzubringen, bleibt nur ein geringer Teil des gedes
Metallpulvers eine genaue Temperatursteuerung trockneten Klebstoffes auf dem Überzug. Da außer-
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |