-
tberzugsmassen für den Schutz von Metalloberflächen Die Erfindung
bezieht sich auf Schutzüberzüge für Metalloberflächen.
-
Bei der Umwandlung von gegossenen Metallblöcken in Bleche, Bänder
oder ähnliche Pormen erfahrt das Metall eine Anzahl von Behandlungen oder Verfahren,
die ein Erwärmen oder Erhitzen einschließen. Während dieser Verfahren ist es im
allgemeinen wichtig zur Vermeidung einer zu starken Oxydation der Oberfläche des
Metalls, eine Berührung der Metalloberfläche mit Sauerstoff zu vermeiden. Dies kann
dadurch ausgeführt
werden, daß man entweder in einer sauorstofffreien
Atmosphäre arbeitet - was unzweckmäßig ist - oder daß man die Metalloberfläche mit
einem Schutzüberzug überzieht, oft als"Anstrichmittel gegen Verzunderung" bezeichnet.
-
Es ist wichtig, die Oberflächenoxydation zu vorhindern, um die Notwendigkeit
einer Desoxydierungsstufe zwischen der Wärmebehandlung und dem nächsten Bearbeitungsvorgang
zu vermeiden. Es ist erwünscht, daß jeder auf die Metalloberfläche aufgebrachte
Schutzüberzug auch eine solche Beschaffenheit hat, daß er leicht-vor dem nächsten
Bearbeitungsvorgang entfernbar ist, und es werden solche Überzugamassen am meisten
bevorzugt, die zu einem ilberzug führen, der nach der Wärmebehandlung nur schwach
an der Oberfläche haftet oder von der Oberfläche abblättert. Ein solches Abblättern
kann ausgeführt werden, indem man den Koeffizienten der linearen Ausdehnung des
Überzugs -so einstellt, daß er verschieden und vorzugsweise niedriger als derjenige
des Metalls ist.
-
In der britischen Patentanmeldung Nr. 25227/67 sind Anst.richmittel
gegen Verzunderung beschrieben, die einen nichtionischen, mit einem organischen
Rest modifizierten Ton, eine. Fritte und ein organisches Lösungsmittel enthalten.
Solche Massen geben ausgezeichnete Ergebnisse. Sie sind jedoch in manchen Fällen
infolge der Art des Suspendierungsmittels und des verwendeten flüssigen Mediums
zu
teuer. Ihre feuerfesten Eigenschaften sind nioht ausreichend,
um den höheren Temperaturen (etwa L2500C), die bei der Wärmebehandlung von z.B.
Nickel- oder Kobaltlegierungen, zur Anwendung gelangen, gewachsen zu sein.
-
Es scheint auch als ob die Oberflächenspannung und Viskosität dieser
Massen durch die Metallunterlage beeinflußt wird, wodurch ein Verlust der Eigenschaften
zum Selbstabblättern herbeigeführt wird.
-
Gemäß der Erfindung ist eine Uberzugsmasse für den Schutz von Metalloberflächen
während einer Wärmebehandlung vorgesehen, die eine keramische Fritte, Wasser, ein
Suspendierungsmittel und ein hitzebeständigee oder feuerfestes Silicatmaterial,
wie einen Ton, Feldspat oder Pyrophyllit, um faßt. Das Suspendierungsmittel kann
aus einem Mittel bestehen, wie sie üblicherweise bei der Bildung von Überzugsmassen
verwendet werden; Natriumcarboxymethylcellulose und raganthgummi sind beide mit
Erfolg verwendet worden.
-
Die Überzugsmassen gemäß der Erfindung werden auf die Metalloberfläche
vor der Wärmebehandlung aufgebracht; während der Wärmebehandlung schmilzt der Überzug
und bildet einen sauerstoffundurchlässigen keramischen Überzug huber der Metalloberfläche,
der beim Abkühlen von der Metalloberfläche abflockt und das Metall sauber und glänzend
zurückläßt Vermutlich ist die Wirkungsweise eines'solchen Uberzugs etwa wie folgt
Während der Erhitzung kann eine gewisse Oberflächenoxydation des Metalls stattfinden,
bei höherer
Temperatur, z.B. etwa 800°C, beginnt der Überzug jedoch
zu schmelzen und eine flüssige Glasierung zu bilden, die sich gleichmäßig über die
Metalloberfläche ausbreitet und das Oxyd von ihr auflöst. Es findet keine weitere
Oxydation statt.
-
Beim Abkühlen infolge der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Metalls und der Glasierung blättert die Glasierung ab und läßt eine saubere
oxydfreie Metallfläche zurück.
-
Die Überzugsmassen gemäß der Erfindung sind besonders für den Oberflächenschutz
yon Nickel, Kobalt und ihren Legierungen sowie zahlreiche Legierungsstähle, insbesondere
rostfreie Stähle, geeignet.
-
Es ist wichtig, die Eigenschaften der verwendeten Fritte oder Fritten
dem zu behandelnden Material anzupassen. Im allgemeinen liegt der mittlere Koeffizient
der linearen Ausdehnung der angegebenen Metalle und Legierungen zwischen etwa 14
und 17 . lo 6 je °C. Die verwendeten Fritten haben jedoch einen viel niedrigeren
Koeffizienten, z.B. in der Grössenordnung von 5 . 10-6 Je cc (die Fritte P.30 von
Podmore hat einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 5,4 . lo 6 je °C).
-
Es können oxydierbare Materialien in Anstrichmitteln gemäß der Erfindung
eingeschlossen~werden, um die Oxydentfernungseigenschaften des Anstrichmittels anstatt
ihre Schutzeigenschaften zu erhöhen. Für diesen Zweck können Aluminium
und
Ferrosilicium eingeschlossen werden.
-
Es ist auch wichtig, daß die Viskosität der Masse beider maximalen
Wärmebehandlungstemperatur nicht zu niedrig wird oder daß eine Neigung besteht,
daß der Überzug bricht und freiliegende Metalloberflächen hinterläßt. Die Viskosität
bei hoher Temperatur kann dadurch erhht werden, daß man einen Anteil eines teilchenförmigen
feuerfesten Materials, wie Siliciumdioxyd, Magnesiumoxyd, Aluminiumoxyd oder Zinkoxyd,
einschließt.
-
Es ist auch wichtig, zu gewährleisten, daß der Überzug eine niedrige
Oberflächenspannung hat, um die Neigung des Überzugs zun3rechen bei höheren Temperaturen
auf ein Minimum herabzusetzen. Chromoxyd kann für diesen Zweck eingeschlossen werden.
-
Um eine wirksame Aufbringung der Uberzugsmasse zu gewährleisten,
ist es erwünscht, auch einen geringen Anteil eines Netzmittels einzubringen, wie
z.B. ein Netzmittel auf der Basis von höheren sec. Alkylsulfonaten (Teepol) und
vorzugsweise Natriumdioctylsulfosuccinat (Manaxol O.T. von Hardman und Holden).
-
Das folgende Beispiel dient zur -Veranschaulichung der Erfindung.
Die in diesem Beispiel benutzten Fritten haben die folgende prozentuale Zusammensetzung:
1.
Feuerfeste Glasfritte Z 772 (von Baines Ltd0, Stoke-on-Trent) SiO2 73,1 Gew.% Fe2O3
4,44 " Al2O3 12,23 " Na2O 8,1 " K2O 0,85 " CaO 1,28 " 100,00 Gew.% 2. Fritte P.30
(von Podmore & Sons, Stroke-on-Trent) PbO 61,0 Gew.% Al2O3 7,0 " SiO2 32,0 "
3. Fritte H (von Podmore & Sons) Na2O 3,6 Gew.% K20 2,73 CaO 7,31 " MgO o,15
't Al2O3 9,37 " B2O3 14,34 " SiO2 62,00@ "
4. Fritte G (von Podmore
& Sons) Na2O 5,44 Gew.% CaO 3,68 " MgO 2,20 " ZnO 0,90 " A1203 6,7 B2O3 15,35
" SiO2 65,8 " Beispiel Es wurde ein Anstrichmittel der folgenden prozentualen Zusammensetzung
hergestellt: Fritte Z 772 25,16 Gew.% Borax-Fritte H 15,40 Borax-Fritte G 7,70 "
Blei-Fritte P.30 7,70 Kaolin 2,31 Natriumcarboxymethylcellulose 0,23 Netzmittel
(60%ige wäßrige Lösung) o,lo Wasser 41,4 Dieses Anstrichmittel wurde auf die Oberfläche
eines Bleches aus einer Nickellegierung mit einemGehalt von etwa 51% Ni, 15,5 bis
17,5% Cr, 16 bis 18% Mo, 4 bis 5 W, 4 bis 7% Fe und 0,15% C (Hastelloy "C") aufgebracht,
das bei 1215° C
zwischen 5 und lo Minuten in einem Ofen mit Gasfeuerung,
indem eine oxydierende Atmosphäre unterhalten wurde, erhitzt wurde. Beim Abkühlen
wurde beobachtet, daß das Muster einen Metallverlust von o,o5% erlitten hatte und
daß die Oberfläche rein und glänzend war.
-
Ein ähnliches Blech, das jedoch unbehandelt war, erlitt bei derselben
Behandlung, wie sie vorstehend geschildert wurde, einen Metallverlust von 1,52%
und hatte eine oxydierte Oberfläche, die ein Beizen vor der Verwendung erforderte.
-
Bei der vorstehend beschriebenen Anstrichmittelzusammensetzung ist
die Z 772-Fritte die hitzebeständigste Fritte, die vorhanden ist; sie verhindert,
daß der Anstrichfilm bei hohen Temperaturen zu flüssig wird. Die anderen drei Fritten
vereinigen sich, um ein System zu bilden, das Oxyd auf der Ob er fläche des Metalls
auflöst, während gleichzeitig die Viskosität der Koeffizient der linearen Ausdehnung
und die Oberflä chenspanaung des Überzuges eingestellt werden. Das optimale Gewichtsverhältnis
dieser drei Fritten (P.30 : G : H) beträgt, wie gefunden wurde, im wesentlichen
1 : 1 : 2.
-
Die Erfindung umfaßt nicht nur die neuen Überzugsmassen, sondern
auch Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallen, bei denen auf das Metall vor der
Wärmebehandlung eine Überzugsmasse gemäß der Erfindung aufgebracht ist.