DE1925837C3 - Verfahren zur Erzeugung eines gefärbten Überzuges auf einem Gegenstand unter Anwendung geschmolzener Legierungen - Google Patents

Description

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, da- 40 begrenzt.

durch gekennzeichnet, daß ein Überzug aus einer Im allgemeinen enthält die zur Bildung des ÜberLegierung aufgebracht wird, die weniger als zuges gemäß der Erfindung benutzte Schmelze min-0,0005 Gewichtsprozent Aluminium enthält. dcstens 0,1 Gewichtsprozent Titan, Mangan oder

Vanadium.

45 Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Erzeugung farbiger Oberflächenüberzüge auf Gegen-

ständen aus Metall. Im Falle von Stahlgegenständen

(insbesondere Blechen) sind die Überzüge bei Anwendung von Legierungen auf Zinkbasis mit dem 50 Stahl durch eine Schicht aus einer Zink-Eisenle-

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Er- gierung verbunden, die eine besonders gute Haftung zeugung eines gefärbten Überzuges auf einem Gegen- gewährleistet.

stand, bei dem ein geschmolzener Überzug aus einer Für die Herstellung der Überzüge eignen sich geLegierung von Zink oder Zinn mit Titan, Mangan, schmolzene Metallbäder, in die der zu beschichtende Vanadium, Niob, Zirkonium, Thorium, Mischmetall, 55 Gegenstand getaucht werden kann und die bei einer Cadmium, Arsen, Kupfer, Blei oder Chrom als wei- vorherbestimmten Temperatur innerhalb des Beterer Legierungsbestandteil aufgebracht wird, wobei reiches von 420 bis 650° C gehalten werden. Ebenso die Legierung weniger als 0,002 Gewichtsprozent wie Zink und Zinn kann Blei-Zinn als »Grundmetall« Aluminium enthält und der geschmolzene Überzug (bzw. Unterlage für den Oxidfilm) und als Träger für mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas in Be- 60 den Oxidbildner fungieren. Beispielsweise ermögrührung gebracht und mit regulierter Geschwindig- licht die Anwesenheit von Titan, Mangan oder Vakeit abgekühlt wird unter Bildung eines Oxidfilms nadium in Mengen von 0,02 bis etwa 1 Gewichtspromit Lichttnterferenzfarbeigenschaften, der die ge- zent in geschmolzenem Zinn oder geschmolzenen wünschte Farbe zeigt, nach Patent 16 21 435. Blei-Zinnlegierungen mit einem Gehalt von minde-

Nach diesem Verfahren können Überzüge in attrak- 65 stens 5%>Zinn die Herstellung gefärbter Überzüge tiven, vorherbestimmbaren Farben auf diversen Ge- gemäß der Erfindung. Mit Zinn wird ein großer Begenständen erzeugt werden, auf denen die Überzugs- reich attraktiver Färbungen bei Temperaturen von leeierunKen ausreichend haften und sich gleichmäßig 280 bis 520° C erzeugt, während bei Blei-Zinnie-

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gierungen ein geeigneter Temperaturbereich 320 bis ken. Dies wurde mit Aluminium demonstriert und

500° C ist Während im Hauptpatent hauptsächlich trifft auch für Magnesium zu. Es wurde gefunden, daß

die Herstellung gefärbter Oberflächen in der Anwen- kleine Mengen (0,004 bis 0,006 Gewichtsprozent Mg)

dung auf Zinklegierungen beschrieben wurde, können die Farbbildung verhindern.

entsprechend der erfindungsgemäßen Weiterbildung 5 Verschiedene legierungsbildende Elemente erzeu-

des Gegenstandes des Hauptpatentes in entsprechen- gen unterschiedliche Farbtönungen und -Intensitäten,

der Weise gefärbte Oberflächen auf Zinn und Blei- Zum Beispiel werden aus dem Titanlegierungssystem

Zinnlegierungen erzeugt werden. weiche Pastelltöne und aus dem Vanadiumsystem

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die intensivere Färbungen erhalten. Es wird angenomerzeugten Interferenzfarben zeigenden Filme im we- ίο men, daß die Farbleuchtkraft, ein besonderer Vorsentlichen aus einem Oxid der sauerstoffaffinen Zu- zug der Erfindung, auf die glatte Zwischenschicht satzsubstanz bestehen und im wesentlichen frei von zwischen dem Film und der Zinklegierung zurüekzudem Grundmetall sind, wobei das Grundmetall haupt- führen ist, wobei eine geschützte reflektierende Obersächlich als Träger für die Zusatzsubstanz dwnt (wo- fläche gebildet vird, sobald die geschmolzene Legiebei dis wichtigsten dieser Zusätze Titan, Mangan, 15 rung sich verfestigt

Vanadium, Niob, Zirkonium, Thorium und Misch- Die Überzüge aus Legierungen auf Basis von Zink,

metall sind). Zinn oder Blei-Zinn können auf die Oberflächen der

Es wird angenommen, daß Filme, die aus den betreffenden Gegenstände durch Aufsprühen der Le-Oxiden der Zusatzsubstanz bestehen, gemäß einer gierungen in geschmolzener Form, durch Übervorzugsweisen Reaktion der Zusatzsubstanz mit ao gießen geschmolzener Legierungen oder durch EinSauerstoff gebildet werden. Die dünnen Filme, die im tauchen oder Untertauchen in Bäder aus den geallgemeinen eine Dicke im Bereich von etwa 120A schmolzenen Legierungen aufgebracht werden. Die so bis etwa 3100 A besitzen, werden in Schichten mit in beschichteten Oberflächen werden mit einem freien Richtung auf die Oberfläche des Filmes ansteigenden Sauerstoff enthaltendes Gas, wie Luft, mit oder ohne Sauerstoff: Metall-Verhältnissen gebildet. Beispiels- as weitere Erhitzung in Berührung gebracht und dann weise wurde gefunden, daß im Falle von mit Zink Ie- zur Bildung eines festen Überzuges mit einem düngiertem Titan der Film auf dem Überzug im wesent- nen Oxidfilm abgekühlt, der sich aus dem Zusatzlichen zinkfrei ist und aus einem Oxid oder aus metall bildet und die gewünschte Farbe erzeugt. Die Oxiden von Titan mit auf der Oberfläche gebildetem Dicke des Oxidfilms und somit auch die schließliche Rutil (TiO₂) (oder Anatas [TiO₂] mit einer Schicht 30 Farbe sind von der Legierungszusammensetzung, der Rutil unter dem Anatas) und einer Schicht von Ti₂O₃ Legierungstemperatur und der Zeit abhängig, in der unter dem Rutil besteht. Angrenzend an das Ti₂O₃ die Beschichtung bei erhöhter Temperatur mit dem ist aus der Zink-TitanSegierung, entsprechend der ge- Sauerstoff zur Reaktion gebracht wird,
bildeten Oxidmenge, Titan herausgezogen. Im Eintauchzeiten sind im Falle des Eintauchens von Extremfall ist es vorstellbar, daß das mit dem Ti₂O₃ 35 Gegenständen in geschmolzene Bäder nicht kritisch, in Berührung stehende Metall Zink ist, aus dem Titan wenn nichtreaktive Materialien beschichtet werden, im wesentlichen vollständig herausgezogen wurde. natürlich vorausgesetzt, daß eine geeignete Tempera-Wenn der Verbundstoff gemäß der Erfindung als tür für die erwünschte Farbe erreicht wird, falls Überzug auf einer Stahlunferlage verwendet wird, ist keine Nacherhitzung vorgesehen ist. Jedoch wird bei der Überzug an dem Stahl durch Übergangsschienten 40 reaktivem Substrat, wie bei niedrig legiertem Stahl von Zink-Eisenlegierungen gebunden. oder den gewöhnlichen Bahnen aus Flußstahl, die

In entsprechender Weise wurde gefunden, daß auf bei üblichen Galvanisierungsprozessen verwendet

Zink-Manganüberzügen gebildete Filme im wesent- werden, und insbesondere bei kontinuierlicher Ar-

lichen frei von Zink sind und vermutlich aus Oxiden beitsweise eine Eintauchzeit von weniger als 1 Minute

von Mangan mit MnO₂ an der Oberfläche und 45 bevorzugt. Es wurde gefunden, daß Eintauchzeiten

Mn₂O₃, Mn₃O₄ und MnO zwischen der MnO₂-Schicht von etwa 1 bis etwa 20 Sekunden ausreichend für

und der Zink-Manganlegierung (oder dem Zink, wenn die Aufbringung einer gleichförmigen Schicht für die

das Mangan vollständig herausgezogen wurde) be- Zinklegierung sind, vorausgesetzt, daß der Überzug

stehen. Wenn Überzüge aus derartigen Verbundstof- nach kurzen Eintauchperioden nacherhitzt wird, um

fen auf Stahlgegenständen gebildet werden, liegen 50 eine gleichförmige Dicke und eine angemessene Oxy-

Übergangsschichten aus Zink-Eisenlegierungen vor. dation der Überzugsoberfläche zur Bildung des Oxid-

Die auf Zink-Vanadiumüberzügen gebildeten films gewünschter Dicke und sich daraus ergebender

Filme sind ebenfalls im wesentlichen frei von Zink, Färbung zu gewährleisten. Eine Nacherhitzung kann

und es wird angenommen, daß der Oxidfilm aus V₂O₅ beispielsweise mittels Induktionserhitzung durchge-

an der Oberfläche mit darunterliegenden Schichten 55 führt werden.

von V₂O₄, V₂O₃, VO auf einer an Vanadium ver- Es wurde gefunden, daß Mengen der sauerstoffarmten Legierung auf Zinkbasis (oder Zink) besteht, affinen Zusatzsubstanz, wie Titan, Mangan und wobei wiederum im Falle von Überzügen auf Stahl- Vanadium, welche im Überschuß über die Löslichgegenständen Übergangsschichten aus Zink-Eisen· keitsgrenze in elementarer Form oder in Form interlegierungen vorliegen. 60 metallischer Verbindung vorliegen, nicht die Bildung

Um einen Film mit gewünschten Lichtinterferenz- gefärbter Überzüge verhindern. Demgemäß wird die

Wirkungen zu bilden, muß das an der Legierungsbil- sauerstoffaffine Zusatzsubstanz durch die Löslichkeit

dung teilnehmende Element sauerstoffaffin sein. der Substanz bei der Arbeitstemperatur bestimmt,

Daraus läßt sich jedoch nicht schließen, daß alle und die obere anwendbare Menge kann iiber der

sauerstoffaffinen Elemente eine Farbbildung bewir- 65 Löslichkeitsgrenze liegen.

Claims (3)

«r verteilen können unter Bildung von glatten, reflek- Patentrasprüche: tierenden Oberflächen beim Erstarren, die von einem dünnen, durchsichtigen Oxidfilm überlagert werden.

1. Verfahren zur Erzeugung eines gefärbten Dj_e stark sauerstofiaffinen Zusätze wie insbeson-Überzuges auf einem Gegenstand, bei dem ein ₅ dere Titan, Mangan und Vanadium sind, wie jetzt geschmolzener Überzug aus einer Legierung von festgestellt werden konnte, im wesentlichen allein für Zink oder Zinn mit Titan, Mangan, Vanadium, die Bildung der Interferenzfarben zeigenden Oxid-Mob, Zirkonium, Mischmetall, Cadmium, Arsen, filme verantwortlich, wobei die jeweils erzielte Farbe Kupfer, Blei oder Chrom als weiterer Legierujgs ■ von der Stärke des Oxidfilms abhängt, die wiederum bestandteil aufgebracht wird, wobei die Legierung io durch die Konzentratton der Oxidbildner und die weniger , alsp.0,002 Gewichtsprozent . Aluminium Temperatur(en) und Dauer der Sauerstoffemwirkung enthält und;*Iei^e|ciÄolzeneÜberzug mit einem bestimmt wird.

freien Sauerstoff enthaltenden Gas in Berührung Es wurde nun gefunden, daß neben Aluminium

gebracht und mit regulierter Geschwindigkeit ab- auch Magnesium für die Bildung der gewünschten

gekühlt wird unter Bildung eines Oxidfilms mit 15 farbgebenden Oxidfilme hinderlich ist, so daß seine

Lichtinterferenzfarbeigenschaften, der die ge- Konzentration entsprechend gering gehalten werden

wünschte Farbe zeigt, nach Patent 1621 435, sollte. Ferner wurde festgestellt, daß sich auch Blei-

dadurch gekennzeichnet, daß ein Über- Zinnlegierungen als Hauptkomponente der überzugs-

zug aus einer Legierung aufgebracht wird, die bildenden Legierungen eignen und schließlich wird

weniger als 0,004 Gewichtsprozent Magnesium ao gemäß neuerer Entwicklungen die Oxidfilmstärke auf

enthält, und daß ein Oxidfilm von im wesentlichen einen zahlenmäßig definierten Bereich festgelegt,

gleichmäßiger Stärke innerhalb des Bereichs von Demgemäß ist das Verfahren der Erfindung da-

120 bis 3100 A auf einer glatten, reflektierenden durch gekennzeichnet, daß ein Überzug aus einer Le-

Grenzfläche erzeugt wird. gierung aufgebracht wird, die weniger als 0,004 Ge-

2. Abwandlung des Verfahrens nach An- as wichtsprozent Magnesium enthält, und daß ein Oxidspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle film von im wesentlichen gleichmäßiger Stärke innereines Überzuges aus einer Legierung auf Basis halb des Bereiches von 120 bis 3100A auf einer von Zink oder Zinn ein Überzug aus einer Le- glatten, reflektierenden Grenzfläche erzeugt wird,
gierung auf Basis von Blei-Zinn aufgebracht wird. Vorzugsweise wird bei dem Verfahren der Erfin-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 30 dung ein Überzug aus einer Legierung aufgebracht, gekennzeichnet, daß ein Überzug aus einer Le- die 0,001 bis 0,45 Gewichtsprozent Titan, vorzugsgierung aufgebracht wird, die 0,001 bis 0,45 Ge- weise mindestens 0,008 Gewichtsprozent Titan, oder wichtsprozent Titan, vorzugsweise mindestens 0,02 bis 0,45 Gewichtsprozent Mangan, vorzugsweise 0,008 Gewichtsprozent Titan, oder 0,02 bis 0,45 mindestens 0,07 Gewichtsprozent Mangan, oder Gewichtsprozent Mangan, vorzugsweise min- 35 0,001 bis 0,15 Gewichtsprozent Vanadium, vorzugsdestens 0,07 Gewichtsprozent Mangan, oder 0,001 weise mindestens 0,075 Gewichtsprozent Vanadium, bis 0,15 Gewichtsprozent Vanadium, vorzugsweise enthält.

mindestens 0,075 Gewichtsprozent Vanadium, Der Aluminiumgehalt der Überzugslegierung wird

enthält. vorzugsweise auf weniger als 0,0005 Gewichtsprozent