DE1621502C3 - Mittel und Verfahren zum Schwärzen von Eisengegenständen - Google Patents
Mittel und Verfahren zum Schwärzen von EisengegenständenInfo
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Description
Η—Ν
enthält, in der Ri und R2 ein Wasserstoffatom oder
ein Tolylrest oder ein nichtsubstituierter Phenylrest sind und X ein Wasserstoffatom oder ein Methylrest
ist, mit der Bedingung, daß, wenn Ri Wasserstoff ist,
R2 Wasserstoff, ein Phenyl- oder Tolylrest ist und, wenn Ri ein Phenyl- oder Tolylrest ist, R2
Wasserstoff ist, wobei der Thioharnstoff in dem Mittel in einer Menge von 0,02 bis 2 Gew.-%
vorliegt.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phenylthioharnstoff Monophenylthioharnstoff
ist.
3. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phenylthioharnstoff N,N-Diphenylthioharnstoff
ist.
4. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phenylthioharnstoff N,N'-Diphenylthioharnstoff
ist.
5. Wäßriges Schwärzungsbad einer Siedetemperatur von 124 bis 163° C zur Herstellung einer
Oberflächenschwärzung von Eisengegenständen, das Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallnitrat, Alkalimetallnitrit
und einen Thioharnstoff enthält, gekennzeichnet durch eine Lösung, die hergestellt ist durch
Lösen von 800 bis 930 g des Mittels nach Anspruch 1 bis 4 pro Liter der Gesamtlösung in Wasser.
6. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschwärzung von Eisengegenständen durch Eintauchen
der Eisengegenstände in ein siedendes wäßriges Bad, das Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallnitrat,
Alkalimetallnitrit und einen Thioharnstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Eisengegenstände in ein Schwärzungsbad gemäß Anspruch 5 eintaucht.
Eisengegenstand wird in das bei seiner Siedetemperatur gehaltene Bad während einer ausreichenden Zeitdauer
eingetaucht, um den gewünschten schwarzen Belag zu erzeugen.
Die Herstellung von schwarzen Belägen auf Eisengegenständen durch Verwendung der »klassischen«
Schwärzungsbäder war von der Bildung flächenhafter roter Verunreinigungen auf der geschwärzten metallischen
Oberfläche begleitet. Diese Verunreinigung rührt
ίο von der Verunreinigung des Schwärzungsbades durch
rote Eisenoxide und/oder Kupfer her, die beim Gebrauch des Bades auftritt.
Bisher hat man den »klassischen« Schwärzungsbädern Thioharnstoff und Alkylthioharnstoffe, wie z. B.
Diäthylthioharnstoff, zugefügt, um die Ablagerung der roten flächenhaften Verunreinigungen auf den Eisenoberflächen
zu verhindern und um die schwärzende Wirksamkeit der Bäder aufrechtzuerhalten.
So sind aus der US-Patentschrift 28 17 610 Mischungen aus einem Alkalimetallhydroxid, einem Alkalimetallnitrat und einem Alkalimetallnitrit sowie Thioharnstoff oder einem Alkylharnstoff zum Schwärzen von Eisengegenständen bekannt. Wie jedoch durch Vergleichsversuche gezeigt werden konnte, sind die aus diesen Mischungen hergestellten wäßrigen Schwärzungsbäder insbesondere nach längerer Gebrauchsdauer nicht mehr zufriedenstellend.
So sind aus der US-Patentschrift 28 17 610 Mischungen aus einem Alkalimetallhydroxid, einem Alkalimetallnitrat und einem Alkalimetallnitrit sowie Thioharnstoff oder einem Alkylharnstoff zum Schwärzen von Eisengegenständen bekannt. Wie jedoch durch Vergleichsversuche gezeigt werden konnte, sind die aus diesen Mischungen hergestellten wäßrigen Schwärzungsbäder insbesondere nach längerer Gebrauchsdauer nicht mehr zufriedenstellend.
Weiterhin sind aus der US-Patentschrift 29 60 420 Schwärzungsbäder bekannt, die neben üblichen Bestandteilen
cyclische organische Schwefelverbindungen enthalten. Diese Bäder besitzen den Nachteil, daß sie bei
den zur Schwärzung verwendeten erhöhten Temperaturen nicht ausreichend stabil sind.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Mittels zum Schwärzen von Eisengegenständen mit verbesserter Schwärzungskraft, längerer Gebrauchsdauer und einer geringeren Neigung zur Bildung von Rotrostniederschlägen.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß die Verwendung bestimmter substituierter oder unsubstituierter Mono- oder Diphenylthioharnstoffe in Schwärzungsbädern der genannten Zusammensetzung derartige Verbesserungen ermöglichen.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Mittels zum Schwärzen von Eisengegenständen mit verbesserter Schwärzungskraft, längerer Gebrauchsdauer und einer geringeren Neigung zur Bildung von Rotrostniederschlägen.
Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß die Verwendung bestimmter substituierter oder unsubstituierter Mono- oder Diphenylthioharnstoffe in Schwärzungsbädern der genannten Zusammensetzung derartige Verbesserungen ermöglichen.
Die Erfindung betrifft somit ein festes trockenes Mittel zur Herstellung einer Oberflächenschwärzung
auf Eisengegenständen, das im wesentlichen aus einer Mischung von 50 bis 90 Gew.-% eines Alkalimetallhydroxide,
10 bis 50 Gew.-% eines Alkalimetallnitrats, 10 bis 50 Gew.-% eines Alkalimetallnitrits und einem
Thioharnstoff besteht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es als Thioharnstoff eine Verbindung der Formel
Die »klassischen« Schwärzungsbäder bestehen im wesentlichen aus einer wäßrigen Lösung einer festen
schwärzenden Masse, die ein Alkalimetallhydroxid, ein Alkalimetallnitrat und/oder ein Alkalimetallnitrit enthält.
Zur Herstellung des Schwärzungsbades fügt man zu der festen Masse eine ausreichende Menge Wasser,
um eine Lösung mit einem Siedepunkt zwischen etwa und 163°C zu erhalten. Der zu schwärzende
C=S
Η—Ν
enthält, in der Ri und R2 ein Wasserstoffatom oder ein
Tolylrest oder ein nichtsubstituierter Phenylrest sind und X ein Wasserstoffatom oder ein Methylrest ist, mit
der Bedingung, daß, wenn Ri Wasserstoff ist, R2
Wasserstoff, ein Phenyl- oder Tolylrest ist und, wenn R, ein Phenyl- oder Tolylrest ist, R2 Wasserstoff ist, wobei
der Thioharnstoff in dem Mittel in einer Menge von 0,02 bis 2 Gew.-% vorliegt.
Hierbei kann das Alkalimetall Natrium oder Kalium sein. Die Methylgruppe des Tolylrestes oder der
Tolylreste befindet sich in ortho- oder para-Stellung. Zu den Verbindungen der vorstehenden Formel gehören:
Monophenylthioharnstoff, N,N-Diphenylthioharnstoff, Ν,Ν'-Diphenylthioharnstoff, Monotolylthioharnstoff,
N.N-DitolylthioharnstoffundN.N'-Ditolylthioharnstoff.
Das erfindungsgemäße Schwärzungsbad einer Siedetemperatur von 124 bis 163°C zur Herstellung einer
Oberflächenschwärzung von Eisengegenständen, das Alkalimetallhydroxid, Alkalimetallnitrat, Alkalimetallnitrit
und einen Thioharnstoff enthält, ist gekennzeichnet durch eine Lösung, die hergestellt ist durch Lösen von
800 bis 930 g des vorgenannten Mittels pro Liter der Gesamtlösung in Wasser.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenschwärzung von Eisengegenständen
durch Eintauchen der Eisengegenstände in ein siedendes wäßriges Bad, das Alkalimetallhydroxid,
Alkalimetallnitrat, Alkalimetallnitrit und einen Thioharnstoff enthält, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
man die Eisengegenstände in das vorgenannte Schwärzungsbad eintaucht.
Die erfindungsgemäß erzielbaren Verbesserungen sind insbesondere die folgenden:
1. Die Erzielung von dunkleren und einheitlicheren schwarzen Belägen, die nach längerem Gebrauch
des Bades frei von flächenhaften Verunreinigungen sind;
2. eine verlängerte Gebrauchsdauer;
3. ein nach längerem Gebrauch des Schwärzungsbades weniger »rostiges« Aussehen;
4. das Vorliegen einer geringeren Anzahl an in dem Bad suspendierten Rostpartikeln, was für die Glätte
und das einwandfreie Aussehen des Eisengegenstandes von Bedeutung ist;
5. die Bildung einer geringeren Anzahl von Ablagerungen bei Verwendung des erfindungsgemäßen
Schwärzungsbades.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Mittels fügt man den Phenylthioharnstoff der trockenen Schwärzungsmasse
zu, oder man kann ihn auch getrennt dem endgültigen Schwärzungsbad zufügen. Die trockene
Schwärzungsmasse stellt eine pulverförmige Mischung von feinen festen Partikeln dar.
Die Wirkung des in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung
enthaltenen Phenylthioharnstoffes besteht vermutlich darin, den Rost in Form feiner Partikeln, die
praktisch keine Neigung zur Agglomeration in größere Partikeln haben, in dem Bad dispergiert zu halten.
Monophenylthioharnstoff ist im Handel erhältlich. Man kann diese Verbindung auch herstellen, indem man
eine wäßrige Lösung von Anilinhydrochlorid und Ammoniumthiocyanat eindampft und den Rückstand
sorgfältig erhitzt. Die Diphenylthioharnstoffe sind ebenfalls im Handel erhältlich. Man kann den N,N'-Diphenylthioharnstoff
herstellen, indem man eine Mischung von Anilin, Schwefelkohlenstoff und eines niederen gesättigten Alkohols in Gegenwart von
ίο Schwefel erhitzt. Die Mono- und die Ditolylthioharnstoffe
sind ebenfalls im Handel erhältlich.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern.
Es werden Vergleichsversuche mit vier Schwärzungsbädern durchgeführt. Das erste Schwärzungsbad ist ein
bekanntes Bad ohne einen Zusatz an einem Thioharnstoff. Die anderen drei Bäder werden ausgehend von
dem gleichen bekannten Schwärzungsbad hergestellt, indem man diesem jeweils Thioharnstoff, Diäthylthioharnstoff
(beide Stand der Technik) oder erfindungsgemäß Monophenylthioharnstoff zusetzt. Das erste
Schwärzungsbad wird für jeden Versuch hergestellt, indem man 930 g der folgenden Schwärzungsmasse in
trockener Pulverform zu ausreichend Wasser zugibt, um einen Liter Gesamtlösung zu erhalten:
NaOH
NaNO3
NaNO2
NaNO2
Gewichtsteile
65
22
13
22
13
Pro Liter jedes der drei Bäder, die Thioharnstoff enthalten, fügt man 0,75 g des entsprechenden Thioharnstoffes
zu.
Während des Schwärzens hält man alle Bäder bei einer Temperatur von etwa 143° C, indem man
deionisiertes Wasser zugibt, wodurch auch das Volumen der Bäder aufrechterhalten wird. In allen Bädern
suspendiert man gleiche Mengen von Stahlwolle, um sie künstlich zu altern. In die bei etwa 1430C gehaltenen
Bäder taucht man dann Stahlplatten ein, die eine Länge von etwa 102 mm, eine Breite von etwa 63,5 mm und
eine Dicke von etwa 0,25 mm haben. Vor dem Eintauchen der Platten in die Bäder aktiviert man alle
Platten, indem man sie in wäßrige Chlorwasserstoffsäure taucht, deren Säurekonzentration 37 Gew.-°/o
beträgt. Man taucht in jedes Schwärzungsbad eine Platte. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden
Tabelle angegeben:
| Kein Zusatz vom | Thioharnstoff | Diäthylthioharnstoff | Monophenylthio- . | |
| Thioharnstofftyp | harnstoff | |||
| Schwarz nach dem Altern | mittelmäßig | mittelmäßig | annehmbar | gut |
| Aussehen der Lösung nach | viel Rost in großer | viel Rost | mäßige Menge | wenig Rost |
| dem Altern | Menge | Rost | ||
| Farbe der Lösung nach | rot | rot | rot | rotorange |
| dem Altern | ||||
| Ablagerung | 10 | 10 | 2 " | ■1 |
Die Qualität des Schwarz auf der Eisenmetallplatte ändert sich nur sehr wenig im Verlaufe des Gebrauches
des erfindungsgemäßen Schwärzungsbades, dem man Monophenylthioharnstoff zugefügt hat, und sie ist noch
nach 16stündigem Gebrauch des Bades gut. Wenn man aber keinen Zusatz oder den unsubstituierten Thioharn-
stoff zufügt, verschlechtert sich die Qualität des schwarzen Belages auf den Eisenmetallplatten entsprechend
der Länge des Gebrauchs des Bades beträchtlich; die ursprünglich gute Qualität des Schwarz wird in
jedem Fall nach 16stündigem Gebrauch des Bades mittelmäßig. Mit Diäthylthioharnstoff als Zusatz verschlechtert
sich die Qualität des Schwarz auf den Eisenmetallplatten im Verlaufe des Gebrauchs des
Bades beträchtlich, d. h. von einer ursprünglich guten Qualität, nämlich von einem dunklen einheitlichen
Schwarz bis zu einer »annehmbaren« Qualität, die durch einen Schwarz-Belag gekennzeichnet ist, der nach 16
Std. allmählich gräulich wird. Die in der Tabelle mit »mittelmäßig« angegebene Qualität des Schwarz ist ein
Schwarz, das wegen des fehlenden Zusammenhangs des Belags ungenügend dunkel ist
Weiterhin zeigt, wie in der Tabelle angegeben, das Aussehen des erfindungsgemäßen Schwärzungsbades,
daß es nur wenig Rost enthält und nach dem Altern eine rotorange Farbe besitzt, während die Thioharnstoff
oder Diäthylthioharnstoff enthaltenden bekannten Bäder jeweils eine beträchtliche Menge oder eine
mäßige Menge Rost enthalten und beide von dem Rost rot gefärbt sind. Das bekannte Schwärzungsbad ohne
Zusatz vom Thioharnstoff-Typ enthält beträchtliche Mengen Rost und besitzt auch dessen rote Farbe.
Das erfindungsgemäße Schwärzungsbad enthält weiterhin lediglich eine relativ schwache, in der Tabelle
durch die Bezeichnung 1 angegebene Ablagerung, während die Ablagerung in dem Diäthylthioharnstoff
enthaltenden Bad etwa zweimal so groß (Bezeichnung 2) und in dem unsubstituierten Thioharnstoff enthaltenden
Bad etwa zehnmal so groß (Bezeichnung 10) ist. Das Schwärzungsbad ohne Zusatz enthält ebenfalls eine
Ablagerung, die etwa zehnmal größer ist (Bezeichnung 10) als in dem erfindungsgemäßen Schwärzungsbad.
Der Ausdruck »Ablagerung«, wie er in der Tabelle verwendet wird, bezeichnet die Bildung einer Ablagerung
von Feststoffpartikeln aus dem Bad, wobei diese überwiegend aus Eisenoxiden und hydratisierten Oxiden
bestehen. Man bestimmt die Ablagerung durch den Verlust der Lichtdurchlässigkeit der Lösung.
Die nachfolgenden Beispiele zeigen weitere erfindungsgemäße Zusammensetzungen.
NaOH
NaNO3
NaNO2
Natriumaluminat
Monophenylthioharnstoff
Natriumxylolsulfonat mit
niedrigem Chlorgehalt
Gewichtsteile
64,5
22,0
13,0
22,0
13,0
0,3
0,2
0,01 genden Beispielen 3 bis 9 angegebenen Rezepturen hergestellten Zusammensetzungen sind Mischungen
pulverförmiger trockener Feststoffe. Zur Herstellung des Schwärzungsbades fügt man diese Mischungen
vorzugsweise in einer Menge von etwa 800 bis 930 g des trockenen Pulvers pro Liter der Gesamtlösung zu
Wasser zu.
•
35
40
45
55
Das Natriumaluminat dient zur Herabsetzung der Oberflächenspannung, zur Herabsetzung der Bildung
kaustischer Substanzen, zur Herabsetzung der Bildung
überschüssigen Schaums in dem Bad und zur Verhinderung von Siedeverzügen. Das Natriumxylolsulfonat mit
niedrigem Chlorgehalt dient als Benetzungsmittel und um das Abspülen der Gegenstände zur Entfernung
anhaftender Schwärzungslösung nach der Entnahme aus dem Bad zu erleichtern. Die nach der in dem
vorliegenden Beispiel sowie nach den in den nachfol-
NaOH
NaNO3
NaNO2
Monophenylthioharnstoff
Natriumxylolsulfonat mit
niedrigem Chlorgehalt
Natriumxylolsulfonat mit
niedrigem Chlorgehalt
niedrigem Chlorgehalt
NaNO3
NaNO2
Ν,Ν-Diphenylthioharnstoff
Natriumxylolsulfonat mit
niedrigem Chlorgehalt
NaOH
NaNO3
NaNO2
Natriumaluminat
Ν,Ν-Diphenylthioharnstoff
Natriumxylolsulfonat mit
niedrigem Chlorgehalt
Gewichtsteile
54,5
23,0
22,0
0,5
0,01
Gewichtsteile
| NaOH | NaOH | 64,5 |
| NaNO3 | NaNO3 | 22,0 |
| NaNO2 | NaNQ2 | 13,0 |
| Natriumaluminat | Ν,Ν-Diphenylthioharnstoff | 03 |
| Ν,Ν-Diphenylthioharnstoff | 0,2 | |
| Natriumxylolsulfonat mit | ||
| niedrigem Chlorgehalt | . 0,01 | |
| Beispiel 5 | ||
| Gewichts | ||
| teile | ||
| 64,5 | ||
| 22,0 | ||
| 13,0 | ||
0,01
Gewichtsteile
54,5
23,0
22,0
0,5
0,11
Gewichtsteile
54,5 23,0 22,0
03
0,2
0,01
| NaOH | 16 | 21 | 502 | 8 | NaOH | 9 | Gewichts | |
| 7 | NaNO3 | Beispiel | NaNO3 | teile | ||||
| Beispiel 8 | NaNO2 | NaNO2 | 54,5 | |||||
| 2,2-Dimethyl-N,N-diphenylthio- | Natriumaluminat | 23,0 | ||||||
| harnstoff | Gewichts | 2,2-Dimethyl-N,N-dtphenyl- | 22,0 | |||||
| Natriumxylolsulfonat mit | teile | 5 | thioharnstoff | 0,3 | ||||
| niedrigem Chlorgehalt | 64,5 | Natriumxylolsulfonat mit | ||||||
| 22,0 | niedrigem Chlorgehalt | 0,2 | ||||||
| .13,0 | ||||||||
| 0,01 | ||||||||
| 0,5 | IO | |||||||
| 0,01 | ||||||||
Claims (1)
1. Festes trockenes Mittel zur Herstellung einer Oberflächenschwärzung auf Eisengegenständen, das
im wesentlichen aus einer Mischung von 50 bis 90 Gew.-% eines Alkalimetallhydroxide, 10 bis 50
Gew.-% eines Alkalimetallnitrats, 10 bis 50 Gew.-% eines Alkalimetallnitrits und einem Thioharnstoff
besteht, dadurch gekennzeichnet, daß es als Thioharnstoff eine Verbindung der Formel
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US53386466 | 1966-03-14 | ||
| DEP0041637 | 1967-03-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1621502C3 true DE1621502C3 (de) | 1977-04-21 |
Family
ID=
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