DE1771553A1

DE1771553A1 - Verfahren zum Beizen eisenhaltiger Metalle

Info

Publication number: DE1771553A1
Application number: DE19681771553
Authority: DE
Inventors: Patrick Costelloe; Jackson Albert Edward
Original assignee: John Summers and Sons Ltd
Current assignee: Saint Gobain PAM UK Ltd
Priority date: 1967-06-08
Filing date: 1968-06-07
Publication date: 1972-02-10
Also published as: NL6808104A; US3565688A; GB1126305A; FR1567825A; BE715984A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F."Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke HMY Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 27, DEN

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

JOHN SUMMERS & SONS LIMITED, Shotton, Deeaide, Flintshire,

England

Verfahren zum Beizen eisenhaltiger Metalle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beizen eisenhaltigen Metalls.

Eisenhaltige Metalle wie Stahl, welche Hochtemperaturbehandlungsverfahren ausgesetzt waren, werden mit einer Schicht von Oberflächenverunreinigungen, hauptsächlich Metalloxyden, überzogen. Diese Verunreinigung muß entfernt werden, ehe eine Weiterbehandlung der Metalloberfläche erfolgen kann.

Die Verunreinigung wird häufig durch Beizen oder Dekapieren des Metalls in einem sauren Beizbad entfernt, wobei die

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Säure im allgemeinen eine verdünnte Lösung von Schwefelsäure oder Salzsäure oder Phosphorsäure oder, manchmal, verdünnter Salpetersäure ist.

Das Beizen von eisenhaltigen Metallen in verdünnter Salpetersäure war bisher nicht zufriedenstellend im Hinblick auf die Qualität der gebeizten Oberfläche, die zwar anfänglich gut ist, sich dann aber rasch verschlechtert, wenn die Menge an Metall, welches in einer gegebenen Menge Säure gebeizt wurde, zunimmt ..

Nunmehr wurde gefunden, daß dies darauf zurückzuführen ist, daß eine verdünnte Salpetersäure-Beizlösung instabil ist, da die Produkte der Reaktion zwischen der verdünnten Salpetersäure und dem Eisen die Lösung vergiften. Wenn eine Lösung vergiftet ist, nimmt die Auflösungsgeschwindigkeit von Eisen aus der gebeizten Oberfläche ab,und die gebeizte Oberfläche wird schmutzig und uneben. Die Zugabe konzentrierter Salpetersäure zu einer derartig vergifteten Lösung gibt nur eine geringe Verbesserung in der Qualität der gebeizten Oberfläche.

Bs wird angenommen, daß verdünnte Salpetersäure Bisen nach zwei Reaktionen angreift.

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Die erste oder erwünschte Reaktion, welche zu einer gebeizten Oberfläche guter Qualität führt, ergibt Ammoniumnitrat und Ferronitrats

4Fe + 1OHNO₃ —> 4Pe (NO^)₂ + NH₄NO₅ + 3HgO

Die zweite oder unerwünschte Reaktion ist komplexer, -^s wird angenommen, daß das Eisen salpetrige Säure und Stickoxyde aus der Salpetersäure freisetzt. Die salpetrige Säure und»die Stickoxyde neigen dazu, nahe der Oberfläche des Metalls zu verbleiben und mit dem Eisen weiter zu reagieren. Die Produkte dieser Reaktion neigen ebenfalls dazu, nahe der Metalloberfläche zu verbleiben,und es wird angenommen, daß sie die oben erwähnte zweite oder unerwünschte Reaktion begünstigen und die erste oder erwünschte Reaktion hemmen. Wenn die unerwünschte Reaktion fortdauern gelassen wird, verschlechtert sich die Qualität der gebildeten gebeizten Oberfläche rasch.

Nunmehr wurde gefunden, daß die Qualität der gebildeten gebeizten Oberfläche aufrechterhalten werden kann, wenn die unerwünschte Reaktion in ihren frühen Stadien gehemmt werden kann, d.h. ehe die salpetrige Säure und die Stickoxyde das Eisen angreifen können.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beizen von Eisenmetall besteht daher darin, daß dieses Eisenmetall mit einer Lösung behandelt wird, welche verdünnte Salpetersäure enthält, wobei die Lösung außerdem Harnstoff enthält, welcher die Ansammlung von salpetriger Säure und Stickoxyden in der Lösung hemmt.

Vorzugsweise übersteigt die Konzentration der Salpetersäure in der Lösung 5 Gew.$£ nicht.

Der Harnstoff liegt vorzugsweise in einer Konzentration von 25 g Harnstoff/1 Lösung vor.

Das Beizen wird vorzugsweise bei einer Temperatur von nicht mehr als 20⁰C durchgeführt.

Vorzugsweise wird die Lösung gerührt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels weiter beschrieben.

Einer verdünnten Salpetersäure-Beizlösung wurde Harnstoff zugesetzt und festgestellt, daß die unerwünschte Reaktion stark gehemmt wird. Insbesondere zerstört Harnstoff die salpetrige Säure durch Reaktion mit ihr unter Bildung von Stickstoff, Kohlendioxyd und Wassers

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Weiter wurde gefunden, daß die unerwünschte Reaktion zusätzlich gehemmt wird, indem man die Temperatur der Lösung ungefähr im Bereich von 1? bis 20⁰C hält. Ein Umrühren oder Bewegen der Lösung» beispielsweise durch Pumpen, erwies sich ebenfalls als hemmend für die unerwünschte Reaktion*

Es wurde gefunden, daß die geeignetste Konzentration der Salpetersäure in der Lösung 5 Gew.jS beträgt, obwohl brauchbare · Beizqualität bei Säurekonzentrationen bis zu 15 Gew.# erhalten wird. Eine höhere Konzentration ist ungeeignet, da Harnstoff in Kalter verdünnter Salpetersäure mit einer Konzentration über 15 &ew.$ unlöslich ist und in diesem Fall daher die unerwünschte Reaktion nicht hemmen kann. Der einzige ausgeprägte Wirkungsunterschied zwischen einer verhältnismäßig niedrigen und einer verhältnismäßig hohen Säurekonzentration besteht darin, daß letztere das Bisen von der gebeizten Oberfläche rascher entfernt.

Es wurde weiter gefunden, daß 25 g Harnstoff/l verdünnte Salpetersäure eine geeignete'Konzentration darstellen.

Die im folgenden zusammengestellten Ergebnisse zeigen die Wirkungen eines Zusatzes von Harnstoff zur Beizlösung.

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Tabelle I

5 Gew.^ Salpetersäure ohne Harnstoff Säurevolumen - 455 1 Temperatur - 2O⁰O Beizdauer - 20 Sekunden gebeiztes Material - Weichstahl

behandelte Oberfläche	Säurezusatz 1
Beginn	-
279	9,9
418	4,55
557	4,55
660	4,55
836	4,55
836	9,9
929	4,55
929	9,9

Lität der gebeüen Gew.Verlust Oberfläche g/0,09 m²

gut 1

gut 0,9

schwierig zu entfernende 0,9

Beizachmiere

sehr schmutzig 0,8

sehr schmutzig und uneben 0,6

sehr schmutzig und uneben 0,8

unbrauchbar O,5

unbrauchbar 0,7

Tabelle II

5 Gew. j» Salpetersäure mit e^nem Gehalt von 25 g/l

Harnstoff

Säurevolumen - 455 1 Temperatur - 20⁰C Beizdauer - 20 Sekunden

gebeiztes Material - Weichatahl 109887/1510

behandelte
Oberfläche

Anfang

279

557

836

1110

1950

2790

5570

Säurezugabe 1

9,9

9,9 22,7 28,2

99

Harnstoffzugabe kg

11,3

11,5

22,7

Gew."Verlust
g/0,09 m'

0,9 1,0 0,9 1,0 1,0 0,9 0,9 0,9

Qualität der gebeizten Oberfläche

gut gut gut gut gut gut gut gut

Die Qualität der Beizung, welche mit der harnstoff-

haltigen Lösung erhalten wurde, war auch noch brauchbar, nachdem

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5570 m Oberfläche behandelt worden waren. Es besteht kein Grund zur Annahme, daß die Lösung eine unbrauchbar gebeizte Oberfläche bilden wird, bis die Menge der gelösten Salze zur Kristallisation führt. Obwohl sich die oben ausgeführten Ergebnisse auf Weichstahl beziehen, ist es klar, daß die Erfindung auch auf das Beizen vieler anderer Stähle und anderer Eisenmetalle anwendbar ist.

Das Beizen von Eisenmetallen gemäß der Erfindung besitzt ^% folgende Vorteile:

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1. Die Metalloberfläclie kann tief und gleichmäßig geätzt werden", ohne Anwendung eines elektrischen Stroms.

2. Die Auflösüngsgeschwindigkeit des Eisens ist hoch, ohne daß Strom angewendet werden muß.

3. Die Säure kann kalt angewendet werden, und die Auflösungsprodukte sind in kalter Säure sehr löslich.

4. Es wird während des Beizens kein Wasserstoff in das Metall eingeführt.

5. Die gebeizte Oberfläche ist in gewissem Ausmaß gegen Rosten inhibiert.

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Claims

Patentansprüche

1. "Verfahren zum Beizen von Eisenmetall durch Behandlung desselben mit einer verdünnten Salpetersäurelösung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lösung auch Harnstoff enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Konzentration der Salpetersäure in dar Lösung höchstens ™ 5 Gew.fo ist. ■

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoff in einer Konzentration von 25 g/l Lösung
vorhanden ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beizen bei einer Temperatur von höchstens 2O⁰C durchgeführt wird. λ

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung bewegt wird.

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