DE1771555A1

DE1771555A1 - Verfahren zum UEberziehen eines Metalls mit einem metallischen UEberzug

Info

Publication number: DE1771555A1
Application number: DE19681771555
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: BE715788A; GB1166746A; FR1567709A; NL6808103A; US3565663A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Weickmann, 1//1θθί>

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

8 MÜNCHEN 27, DEN

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 483921/22

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

England

Verfahren zum Überziehen eines Metalls mit einem metallischen

Überzug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überziehen einer Metallunterlage, beispielsweise eines Metallbandes, mit einem Metallüberzug, beispielsweise einem Aluminiumüberzug.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Metallüberzugs auf einer Metallunterlage besteht darin, daß die Oberflache der Metallunterlage so gereinigt wird, daß jedes metallische Oxyd oder jede sonstige Verunreinigung entfernt wird, ohne daß dabei Wasserstoff in die Oberfläche eingeführt wird, die gereinigte Oberfläche sowohl mit einer Lösung von Natrium- oder Kaliumsilicat als auch mit einem Metallpulver

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überzogen und anschließend die überzogene Unterlage so behandelt wird, daß der Metallüberzug fest daran haftet.

Die Lösung enthält vorzugsweise 1,0 bis 5,0 g Kaliumoder Natriumsilicat pro Liter Wasser. Vorzugsweise werden

0,75 bis 2,5 ml dieser Lösung je9»3dmder Oberfläche angewendet.

Die anschließende Behandlung besteht vorzugsweise darin, daß die überzogene Unterlage bzw. das Substrat getrocknet, zum Komprimieren des Überzugs gewalzt und dann einer Wärmebehandlung durch Einwirkung erhöhter Temperatur ausgesetzt wird.

Da jedes metallische Oxyd von der Oberfläche des Substrates entfernt wurde und da die Oxydhaut des Metallpulvers bei der Komprimierung des Überzugs aufgebrochen wird, ergibt das Komprimieren und die anschließende 7/arme be handl ung eine Metall· zu-Metall-Bindung zwischen Unterlage und Metallüberzug, wobei Natrium- oder Kaliumsilicat das Metallpulver mit dem Substrat bzw. der Unterlage verbindet, wenn die Flüssigkeit in der Lösung während des Trocknens verdampft ist.

Es wäre möglich, im Gegensatz zum Verfahren der Erfindung, die Unterlage mit dem metallischen überzug zu verbinden, indem beide mit einem Oxydüberzug versehen und die Oxyd-

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filme miteinander verbunden werden. Eine Metall-zu-Metall-Bindung wird jedoch bevorzugt, da es schwierig sicherzustellen ist, daß derartige Oxydfilme wirklich richtig gebildet werden, und wenn derartige Oxydfilme verwendet werden, ist es daher schwierig, ein anschiießenden Abblättern des Überzugs au verhindern. Außerdem erfordert die Bildung derartiger Oxydfilme ein Erhitzen an der Luft und daher ein Waten des Substrates in heißem Zustand. Dies ist jedoch nicht zufriedenstellend, da der Überzug Gefahr läuft, auf die Walzen übertrafen zu werden, mit denen die Walzbehandlung durchgeführt wird.

Aus diesem Grund werden, abgesehen von einem Trocknungseder V/ärmebehandlun^sschritt, alle Stufen des erfindungsge-Verfahrens vorzugsweise bei Raumtemperatur durchgeführt.

Das Substrat wird vorzugsweise in einem verdünnten Salpetersäurebad gebeizt, da Salpetersäure die einzige gewöhnliche Saure ist, welche während des Beizens in die Oberfläche keinen wasserstoff einführt. Das 3ad enthält vorzugsweise Stoffe, v;ie z. S. Harnstoff, welche eine Ansammlung von salpetriger Säure und Stickoxyden im Bad verhindern, da salpetrige Säure und otickoxyde, wenn man sie ansammeln läßt, das Bad inaktivieren. Harnstoff hemmt darüberhinaus auch die Ansammlung von Korrosi-οηεprodukten des Stahls mit salpetriger Säure und Stickoxyden in; E-Jd.

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Alternativ kann die Reinigung auch mechanisch erfolgen, z.B. durqh Sandstrahlen.

Bei einer Form der Erfindung wird das Substrat mit der Lösung "benetzt und das Pulver anschließend in elektrostatisch geladenem Zustand darauf angewendet.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird aus Lösung und Pulver eine Aufschlämmung gebildet und diese Aufschlämmung auf das Substrat gebracht. Die Aufschlämmung kann auf das Substrat durch einen "Vorhangbeschichter" (curtain coater) aufgebracht werden. Wahlweise kann die Aufschlämmung auf das Substrat mit einem Walzenbeschichter aufgebracht werden, wobei die Aufschlämmung vorher thixotrop gemacht wurde.

fc Als Substrat oder Unterlage eignet sich beispielsweise

Bandmetall, welches während seiner Portbewegung überzogen werden kann.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird in der beigefügten echematischen Zeichnung erläutert, welche einen Aufriß einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt.

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In der Zeichnung wird eine Vorrichtung gezeigt, welche eine Abrollhagpel 1 aufweist, die eine Rolle 2 eines Weichstahlbandes 3 trägt. Das Band 3> welches von der Rolle 2 abgewickelt wird, läuft über zwei einen Abstand voneinander aufweisende Führungstische 4 und 5. Zwischen den Tischen 4 und 5 ist eine Abschervorrichtung 6 angeordnet, die durch nicht ge- — zeigte Mittel angetrieben wird und gegebenenfalls zum Abscheren des Bandes 3 dient.

Das Band 3 läuft durch die Vorrichtung 7 zur Erzeugung einer G-egenspannung am Band 3 und von dort durch eine Reinigungsanordnung (nicht gezeigt), die aus einem Entfettungsbad, in dem das Band mit einer entfettenden Flüssigkeit geschrubbt wird, einer Kaltwasserspülung, einem Beizbad, einer weiteren Kaltwasserspülung und einer Trocknungsvorrichtung besteht.

Das Beizbad enthält verdünnte Salpetersäure, beispielsweise kann es 5#ige Salpetersäure enthalten, und zusätzlich 25 g Harnstoft/l. Letzterer hemmt die Ansammlung von salpetri ger Säure und Stiokoxyden Im Bad, die andernfalls das Bad inaktivieren würden·

Die gesamte Oberfläche des Bandes 3 wird in der Reinigungsanordnung auf diese Weise so gereinigt, daß jedes metal lische Oxyd oder jede sonstige Verunreinigung entfernt wird·

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Gleichzeitig bewirkt die Verwendung eines Salpetersäurebades eine Dekapierung, bei der kein Wasserstoff in die Bandoberfläche eingeführt wird. Die Einführung von Wasserstoff wäre sehr unerwünscht, da dieser beim Erhitzen leicht ausgetrieben wird und daher zum Abblättern des metallischen Überzugs führen kann, der anschließend auf das Band aufgebracht wird.

Das Band 3 läuft dann über die 7/alzen 10, 11, 12 und /13, so daß es unter der Sprühvorrichtung 14 durchlaufen kann. Die Sprühvorrichtung 14 sprüht auf die benachbarte Oberfläche des Bandes 3 eine Lösung, welche Natriumsilicat z.B. in einer Konzentration von 1,0 bis 5,0 und vorzugsweise von 3 g Natriumsilicat pro Liter Wasser enthält. Das Natriumsilicat kann aus technischem Natriumsilicat bestehen, welches 18 Gew.# Natriumoxyd und 36 Gew.# Kieselsäure enthält.

Wahlweise kann das Natriumsilicat durch eine entsprechende Menge Kaliumsilicat ersetzt werden.

Die Sprühvorrichtung H bringt auf die benachbarte Oberfläche des -Bandes 3 die Lösung in einer Menge zwischen 0,75 und 2,5, vorzugsweise von etwa 1,5 ml lösung j· 9f3 dm der benaohbarten Oberfläche auf. Diese LöBungemenge rtioht aus, um das Pulver festzuhalten, welches anschlieflend *uf das Band geeprüht wird, sie let jedoch zu gering, um el» flfc-|itehen von kleinen Löeungslachen auf dem Band zu verureaoh·«·

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Das Band 3 läuft dann unter zwei Pulveraufbringungseinheiten 1-5 durch. Aluminiumpulver, welches von einem Stickstoffstrom getragen wird, gelangt von Zumeßwalzen, die einen Teil der Pulveraufbringungseinheit 15 bilden, auf die benachbarte Oberfläche des Bandes 3. An die üiebe wird eine Spannung angelegt (ungefähr 20 COO V je 2,5 cm Entfernung zwischen der Siebunterseite und dem Band).

Das Aluminiumpulver fällt auf diese Weise in elektrostatisch geladenem Zustand auf die benachbarte Oberfläche des Landes 3> wo es normalerweise seine Ladung verlieren und wieder rückwärts nach oben angezogen würde, wenn es nicht durch die Lösung auf dem Band festgehalten wäre. Das Kalium- oder Katriumsilicat verhindert außerdem eine Oxydation oder sonstige Korrosion des Aluminiumpulvers durch das Wasser in der Lösung.

Das auf diese Weise mit einem Überzug versehene Band 3 läuft über die Walzen 16 und 17 und auf diese V/eise unter einer zweiten Sprühvorrichtung 20 und dann unter zwei weiteren Pulveraufbringungseinheiten 21 durcii, wobei die Teile 20 und 21 den gleichen Aufbau besitzen v/ie die Teile H bzw. 15. Man erkennt ο line weiteres, daß die aufgesprühte Lösung und das Pulver -us den Teilen 20 und 21 auf die entgegengesetzte Seite des Bandes 3 aufgebracht werden wie die Sprühlösung und das Pulver der Teile 14 b;r..^;. 15.

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Das Band durchläuft dann einen Hochfrequenzheizer 22, wo es getrocknet wird unter Zurücklassung des Natriumsilicats auf dem Band, welches als Bindemittel wirkt und verhindert, daß das Aluminiumpulver vom Band abfällt, beispielsweise infolge der Wandvibration. Danach durchläuft das Band ein WaIz- ^ werk 23 mit Walzen 24 und 25, welche den Aluminiumüberzug auf dem Band komprimieren. Das Band 3 wird dann auf einer Walze 26 einer Abrollhaspel 27 aufgewickelt, von wo es wieder zur Wärmebehandlung bei erhöhter Temperatur abgenommen wird, beispielsweise um 1 Stunde bei 500⁰C oder 15 Stunden bei 35O⁰C erhitzt zu werden.

In der oben beschriebenen Vorrichtung werden Sprühvorrichtungen 14 und 20 und Pulveraufbringungseinheiten 15 und 21 verwendet. Kiese Teile können jedoch wegfallen, wenn die W Aufbringung des Überzugs unter Verwendung einer Aufschlämmung von Aluminiumpulver in einer wässrigen Natrium- oder Kaliumsilicatlösung erfolgt, wobei dieser Überzug auf das Band 3 mit Hilfe einer "Vorhangbeschichtungseinrichtung" (nicht gezeigt) aufgebracht wird. Das Natrium- oder Kaliumsilicat verhütet eine Korrosion des Aluminiumpulvers und dient gleichzeitig als wirksames Bindemittel, wenn das Wasser der Aufschlämmung anschließend in der Heizvorrichtung 22 verdampft wird. Eine typische Aufschlämmung könnte etwa 150 g Aluminiumpulver auf 100 ml Wasser, welches etwa 0,5 Gew.^ Natriumsilicat enthält, enthalten.

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Wahlweise kann die Aufschlämmung statt mit einer Vorhangbeschichtungsvorrichtung mit Hilfe eines Umkehrwalzenbeachichters aufgebracht werden. In diesem Fall müßte die Aufschlämmung thixotrop gemacht werden. Dies ließe sich erzielen, indem man die Konzentration des Aluminiumpulvers in der Aufschlämmung auf etwa 500 bis ,600 g/100 ml erhöht und eine kleine Menge eines nicht-mischbaren Kohlenwasserstoffs, beispielsweise Xylol, zusammen mit einer kleinen Menge Alkohol, beispielsweise Butanol, zusetzt. Auch in diesem Fall verhindert das Natrium- oder Kaliumsilicat eine Korrosion des Pulvers·

Patentansprüche ι

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines metallischen Überzugs auf einer Oberfläche eines Metallsubstrates durch Reinigen der Oberfläche unter Entfernung alles metallischen Oxydsund son- ^ stiger Verunreinigungen ohne Einführung von Wasserstoff in

die Oberfläche, Überziehen der gereinigten Oberfläche mit einem Metallpulver und anschließende Behandlung des überzogenen Substrats,um den Metallüberzug fester haften zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigte Oberfläche außerdem mit einer Lösung von Natrium- oder Kaliumsilioat überzogen wird.

2. Verfahren naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß die lösung 1,0 bis 5,0 g Kalium- oder Hatriumeilioat pro Liter

" Wasser enthält.

3. Verfahren naoh Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet,

daß 0,75 bis 2,5 ml Lösung je 9,3 dm Oberfläche angewendet werden.

4. Verfahren naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, daduroh gekennzeichnet, daß die anschließend« Behandlung aus Trocknung des überzogenen Substrats, Walzen dee Substrate zum Komprimieren des Überzugs und Wärmebehandlung des überzogenen Substrats durch Einwirkung erhöhter Temperatur besteht.

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5. Verfahren nacL Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß alle Stufen des Verfahrens bei Raumtemperatur durchgeführt werden, abgesehen von der Trocknung oder der Hitzebehandlung.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem verdünnten m Salpeterstiurebad gebeizt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad Stoffe enthält, welche die Ansammlung von salpetriger Saure und Stickoxyden darin hemmen.

S. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß Harnstoff verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- I durch gekennzeichnet, daß das Substrat mit der Lösung benetzt und anschließend das Pulver in elektrostatisch geladenem Zustand aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß aus Lösung und Pulver eine Aufschlämmung gebildet und die Aufschlämmung auf das Substrat gebracht wird.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, daduroh gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung auf das Substrat mit einer Vorhangbeschiohtungsvorrichtung aufgebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung thixotrop gemacht und dann mit einer Walzenauftragsmaschine auf das Substrat aufgebracht wird.

13· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat ein Metallband verwendet wird.

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