DE1906912A1

DE1906912A1 - Mittel zur Erzeugung von Schichten auf Metalloberflaechen zum Schutz gegen Oxydation und Zunderbildung

Info

Publication number: DE1906912A1
Application number: DE19691906912
Authority: DE
Inventors: Albert Werner
Original assignee: Mineralchemie Werner & Co
Current assignee: Mineralchemie Werner & Co
Priority date: 1969-02-12
Filing date: 1969-02-12
Publication date: 1970-09-03

Description

Nittel zur Erzeugung von Schichten auf Metal7-oberflächen zum Schutz gegen Oxydation und Zunderbildung Die Erfindung bezieht sich auf ein Mittel zur Erzeugung von Scbicbten auf Metalloberflächen zum Schutz gegen Oxydation und Zunderbildung.
Es ist bekannt, auf Metallen Überzüge von Oxiden zu erzeugen, um die Hochtemperaturbeständigkeit der Metalle zu verbessern. Die Erzeugung der Überzüge erfolgt z. 3.
durch Versprühen keramischer Stoffe in Pulverform in einem durch eine Spritzpistole erzeugten beißen Stahl eines Verbrennungagases aus Azetylen und Preßluft. Die bekannten Verfahren sind sebr aufwendig und erfordern in der Regel teure Einrichtungen. Hochschmelzende Oxide, wie ZrO2 und Al2O3 und keramisobe Stoffe, sind bei niedrigen Temperaturen so reaktionsträge, daß es bisber niobt möglich war, chemische Verfahren für die Erzeugung solcher hochtemperaturbeständiger Stoffe etwa durch Abscheidung und Aufwachsen von Eristauen im Bereicb niedriger Temperaturen anzuwenden.
Es wurde nun gefunden, daß man Metalloberflächen besonders vorteilhaft durch ein Mittel schützen kann, das aus Alkalialuminiumsilikaten und/oder Alkalimagnesiumsilikaten besteht, die durch Festkörperreaktion miteinander unter Abspaltung von Kieselsäure reagieren und in Aluminium-bzw. Magnesiumorthosilikate und bei weiterer Abspaltung von Kieselsäure in Oxide bzw. mischoxide von Magnesium und Aluminium übergehen.
Da die Schichten gemäß vorliegender Erfindung dazu dienen sollen, die Hochtemperaturbeständigkeit der Metalle zu verbessern, müssen die genannten Festkörperreaktionen auch im Sinne der bei höheren Temperaturen eintretenden Pbasenreaktionen verlaufen, d. h. die in situ bei niedriger Temperatur begonnene chemische Reaktion läuft bei höherer Temperatur in Übereinstimmung mit dem Zustandsdiagramm als Pbasenreaktionen der miteinander im Gleichgewicht befindlichen festen und flüssigen Phasen des Systems weiter und führt zu den gewünschten Endprodukten der Umsetzung, nämlich zu den Oxiden bzw. Mischoxiden von Aluminium und Magnesium.
So reagieren die Metasilikate des Natriums und Magnesiums bzw. des Natriums und Aluminiums miteinander so, daß aen Magnesium- und Aluminiumsilikaten Kieselsäure entzogen wird: Von besonderer Bedeutung für das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist das Verhalten der komplexen Magnesiumaluminiumsilikate wie Cordierit, Biotit, Serpentin oder Gesteine, wie Basalt, die solche Mineralien als Hauptgemengteile enthalten: (3) 2MgO.2Al2O3.5 SiO2 (Cordierit) + 2 Na2SiO3 2MgO.2Al2O3.4SiO2 + 2Na2O.3SiO2 2MgO.3SiO2 + 2Na29.2A12O3.4SiO2 (nephelin) 2MgO.2SiO2 + 2Na2O.2Al2O3.5SiO2 2MgO.1SiO2 + 2Na2O.2Al2O3.6SiO2 (Netrolith) Die stufenweise Entsilifizierung des Cordierit durch die Festkörperreaktion (3) bis zum Magnesiumorthosilikat findet im Zustandsdiagramm bei hoher Temperatur ihre Fortsetzung durch-Abscheidung von Mg2SiO4 und MgAl2O4.
Die in situ-Entstehung des Reaktionsproduktes unter Durchdringung des fein dispersen mineralischen Körpers durch einen Strom des Reaktionsmittels z, B. Na2SiO3 bei niedriger; Temperatur wird verfahrensgemäß benutzt, um bereits festgewachsene Shichten zu erzeugen, bevor mit zunehmender Temperatur die Oxydation der Metalloberfläche eintreten kann.
Die Oxydation der Metalloberfläche unterbleibt, und die Eigenschaften der Schutz schichten können sich rein ohne Beeinflussung des Grundmetalles ausbilden. Die Korrosion des Grundmetalles unterbleibt. Von der nicht korrodiertenMetalloberfläche Löst sich die Schutzschicht bei Abkühlung unter 3000 C automatisch ab.
Vorzugsweise wird das Mittel in Form einer Dispersion oder eines Streupulvers durch Aufstreuen, Anstreichen, Aufspritzen oder Tauchen aufgetragen. Das StreupuLver kann einen Zusatz enthalten, der die Haftung der Körnung auf der Metalloberfläche bewirkt. Sofern das Mittel als Dispersion oder Emulsion durch Anstreichen, Aufspritzen oder Tauohren auf die Metalloberfläche aufgetragen wird, handelt es sich um eine wäßrige Dispersion, die Zusätze, wie Stabilisstoren, Emulgatoren, Netzmittel und dgl. enthalten kann.
Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Beispiel 1 Eine Dispersion, deren Zusammensetzung, in n den Grundkomponenten ausgedrückt, Na2O(K2O).Al2O3.3SiO2 ist, besteht aus folgenden Stoffen: 22 g Natriummetasilikat Na2SiO3.5H2O, 34 g Nephelin-Syenit und 40 g Muskowit-Glimmer Die Stoffe werden fein pulverisiert, etwa auf eine Körnung von 5 µ bis 100 p und in 90 g Wasser mit 6 g Stärke~als Stabilisator dispergiert. Die Dispersion wird durch Anstrich, Aufspritzen oder Tauchen aufgetragen und getrocknet.
Beispiel 2 92 g Basaltpulver und 8 g Natriummetasilikat Na2SiO3.5H20 werden fein gepulvert und wie in Beispiel 1 beschrieben, zu einer Dispersion verarbeitet, die wie ebenfalls dort erwähnt angewandt wird.
Beispiel 3 12,56 g Natriummetasilikat Na2SiO3.5H2O, 19,41 g Nephelin-Syenit, 22,84 g Muskowit-Glimmer, 40,00 g Kaolin und 5,14 g Aluminiumoxid A1203, das durch äquivalente Mengen an Be203 oder ¢r203 ersetzt werden kann.
Dieses alkalireiche Gemisch von 2Al2O3.3SiO2- 2Na2.3Si02, Mg2SiO4 - 2 Na20.3SiO2 und Ng2SiO4 - 2Al2O3.3SiO2 - 2Na29.
3SiO2 zeigt bei niedriger Temperatur zwar die gleichen Festkörperreaktionen, hat aber einen niedrigen Schmelzpunkt und bildet bei entsprechend hohen Temperaturen auf den Metalloberflächen einen Glasmantel, der besonders gut Cr-Ni-Stähle und viele Stahlsonderlegierungen gegen angreifende Gase schützt.
Die Glasmäntel sind als Schmierfilm bei der Warmformgebung der Metalle besonders geeignet. Auch dieses Gemisch wird zu einer Körnung, etwa wie in Beispiel 1 beschrieben, verarbeitet, die in Form einer Dispersion eingesetzt werden kann.
Beispiel 4 34 g Na2SiO3.5H2O, -51 g Nephelin-Syenit, 5 g Glimmer und 10 g Olivin Für die Warmformgebung nichtlegierter Stäble, für das Strangpressen von Eisen- und Nichteisenmetalleneignen sich besonders Mischungen von Na2.3SiO2- 2 Al2O3.3SiO2 mit Alkaligehalten, als Na2O ausgedrückt, von 8 bis 10 % Na2O und Al2O3-Gehalten von 29 bis 40 %.
Beispiel 5 35 g Kaolin, 36,2 g Glimmer und 28,8 g Na2SiO3.5H2O werden beispielsweise in einer Kugelmühle vermahlen und unter Verwendung geeigneter Zusätze als Streupulver oder als Dispersion auf die Metalloberflächen aufgetragen.
Es wurde weiter gefunden, daß Silikatgemische, die gemäß Gleichungen (1), (-2) und (3) miteinander reagieren, sich als BindemitteL für reine Oxide, wie Al2O3, MgO, Ti°2 und ZrO2, ebenso für Mischoxide wie MgAl2O4, MgCr204 und MgFe204 eignen, und daß mit Hilfe dieser Bindemittel festhaftende Oxidschichten auf die Metalloberfläche aufgetragen werden können. Der Bindemittelanteil kann sebr klein, z. B.
2 % der Al2O3-Menge, sein.
Beispiel 6 Aus 98 g Aluminiumoxid mit 99,7 % Al2O3 und einer Korngröße unter lO y m, 1,2 g Cordierit und 0,8 g Natriummetasilikat Na2SiO3.5H2O wird eine Dispersion hergestellt. Hochschmelzende Oxide, wie Al2O3, finden anwendung zur Erzeugung von Schichten auf hochschmelzenden Metallen für Glühtemperaturen, z. B.
zwischen 1400 und 16000 C.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Mittel zur Erzeugung von Schichten auch Metalloberflächen zum Schutz gegen Oxydation und Zunderbildung bei der Wärmebehandlung von Metallkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Alkalialuminiumsilikaten undXoder Alkalimagnesiumsilikaten besteht, die durch Festkörperreaktion miteinander unter Abspaltung von Kieselsäure reagieren und in Aluminium-bzw. Magnesiumorthosilikate und bei weiterer Abspaltung von Kieselsäure in Oxide bzw. Mischoxide von Magnesium und ALuminium übergehen.

2. Mittel nacb Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Mineral- oder Gesteinspulver, vorzugsweise Basaltpulver, ist.

3. Mittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich Mineral- und Gesteinspulver enthält, die solche Silikate bzw. Mineralien als Hauptgemengteile, vorzugsweise Nephelin und Plagioklase, enthalten, welche auf Magnesium-- und Aluminiumsilikate SiO2-entziehend wirken.

4. Mittel nacb Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es Alkalialuminium- und/oder Alkalimagnesiumsilikate mit erniedrigtem Schmelzpunkt enthält, die bei Wärmebehandlungstemperaturen auf der Metalloberfläche einen Glasfilm bilden.

5. Mittel nacb Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Gemisch von SiO2-entziehenden und SiO2-abgebenden Silikaten als Bindemittel für hochschmelzende Oxide, wie Al2O3,MgO, MgAl2O4, MgCr2O4, MgFe2O4, ZrO2 und TiO2 etc., enthält.

6. Mittel nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es als Dispersion oder EmuLsion mit den erforderlichen Zusätzen an Stabilisatoren und Netzmitteln verwandt wird.

7. Mittel nach Ånspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus 22 g Natriummetasilikat Na2SiO3.5H20, 34 g Nephelin-Syenit und 40 g Muskowit-Glimmer bestebt, die mit 6 g Stärke als Stabilisator in 90 g Wasser dispergiert sind.

8. Mittel nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus 92 g Basaltpulver und 8 g Natriummetasilikat besteht, die zu einer Dispersion verarbeitet sind.