DE1932812C3 - Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche einer bandförmigen Eisenunterlage mit Zink - Google Patents

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 nichts bekannt.

kennzeichnet, daß die Eisenunterlage (1) nach Im Zusammenhang mit dem Überziehen einer me-

dem Bedampfen auf einer Temperatur höher als tallischen Oberfläche ist es bereits bekannt (US-PS

232° C gehalten wird. 3 012 904), die diese Oberfläche überziehende Oxyd-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch schicht zu beseitigen. In diesem Zusammenhang ist gekennzeichnet, daß das Bürsten und Bedampfen 30 es ferner bekannt, daß neben dem Oxydüberzug zuder Eisenunterlage (1) in einer Luft als Restgas sätzlich andere Oberflächenverunreinigungen so vollmit einem Druck von weniger als 10~⁴ Torr ent- ständig wie möglich vor dem Überziehen beseitigt haltenden evakuierten Kammer (2) vorgenommen werden müssen. Durch diese Maßnahmen sollen werden und daß das Bedampfen der Eisenunter- dicke, dichte und stark haftende metallische Überlage (1) innerhalb einer Zeitspanne von einer 35 züge auf metallischen Oberflächen erreichbar sein. Es halben Minute nach dem Bürsten vorgenommen hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Maßnahmen wird. nicht genügen, um stets guthaftende und korrosions-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 beständige Zinküberzüge auf bandförmigen Eisenbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisen- unterlagen zu erhalten.

unterlage (1) kontinuierlich mit einer Geschwin- 40 Es ist schließlich im Zusammenhang mit dem Bedigkeit von über 30 m/min beim Bürsten und Be- schichten einer Oberfläche einer bandförmigen Eisendampfen transportiert wird. unterlage mit Zink bekannt (US-PS 3 278 331), dafür

zu sorgen, daß sich eine Zink-Eisen-Legierung bildet. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine solche Legierung

45 die Haftfähigkeit des Zinks an einer Eisenunterlage

nachteilig beeinflußt und eine geringe Korrosionsbeständigkeit besitzt. Überdies liegt die Legierungs-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum temperatur der Zink-Eisen-Legierung so hoch, daß Beschichten einer Oberfläche einer bandförmigen es zu einem Verdampfen des Zinks kommen kann. Eisenunterlage mit Zink, bei dem die Oberfläche der 50 Dies ist jedoch unerwünscht, da sich der Zinkdampf Eisenunterlage vor dem Beschichten von Eisenoxyd nicht nur auf der bandförmigen Eisenunterlage abbefreit wird, dann unter Vakuum mit Zink bedampft lagern kann, sondern an irgendwelchen Stellen innerwird und anschließend auf einer Temperatur höher halb der Überziehkammer. Schließlich sind zur BiI-als 190⁰C gehalten wird. dung der erwähnten Zink-Eisen-Legierung zwei Er-

Im Zusammenhang mit dem Aufdampfen von Me- 55 hitzungs- und Ablagerungsschritte erforderlich, was lallen auf Trägerschichten ist es bereits bekannt einen nicht unerheblichen Aufwand bedeutet.
(»Metalloberfläche«, 1958, S. 273), in einem Huui- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

vakuum zu arbeiten, in welchem ein Druck von zu- Weg zu zeigen, wie ein Verfahren der eingangs gemindest 10~⁴ Torr herrscht, da erst bei diesem Druck nannten Art auszubilden ist, um einen besonders gut die freie Weglänge der Dampfatome etwa 40 cm be- 60 haftenden und korrosionsbeständigen Zinküberzug trägt und da in technischen Anlagen der Abstand auf einer Oberfläche einer bandförmigen Eisenunterzwischen Verdampfer und zu bedampfendem Gut lage zu erzielen.

etwa 20 bis 30 cm beträgt. Über die beim Auf- Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe

dampfen von Zink auf Eisenunterlagen sich ergeben- bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erden Probleme ist in diesem Zusammenhang nichts ⁶5 findungsgemäß dadurch, daß von der Oberfläche der bekannt. Eisenunterlage unter Vakuum mit einer Bürste min-

Es ist ferner ein Verfahren zur Diffusions-Metall- destens 10~³ kg/m² abgetragen wird, wobei allein ablagerung auf einer Unterlage bekannt (CH-PS durch das Bürsten die Temperatur der Eisenunterlage

<t

i T = O 354/ΑΓ ± 0,11HX ansteigt, wobei Λ T die lage entspricht. In dem Schmelztiegel 5 ist Zink als Änderung der Temperatur der Eisenunterlage in ⁰C flüssige Schmelze 6 enthalten. Von der Oberfläche Λ X die Dicke der Eisenunterlage in Zentimeter der Zinkschmelze steigt Zinkdampf 7 hoch. Das Zink ί! deuten und daß die Eisenunterlage nach dem as ist mittels eines Widerstandsheizelements 8 derart fließenden Bedampfen auf einer Temperatur ge- 5 erwärmt, daß es verdampft. Neben dem Schmelzten wird die niedriger ist als die Legierungstem- tiegel5 ist auf dessen der Aufwickelrolle4 zugeratur Eisen/Zink und die Temperatur, bei der das wandter Seite ein Elektronenstrahl-Erhitzer 9 vor-Irnk von der Eisenunterlage verdampfen würde. Die gesehen, mit dessen Hilfe die Temperatur der Eisenpvfindune brii.gt den Vorteil mit sich, daß auf relativ unterlage geregelt wird. Der Erhitzer 9 kann, sofern •fache Weise ein sehr schnelles Eindiffundieren von _lo erwünscht, der Zinkdampfquelle vorangehen. Von rlikin die zuvor von Eisenoxyd befreite Oberfläche dem Erhitzer 9 aus befindet sich in Bewegungsnch-• er bandförmigen Eisenunterlage und damit ver- tung der Eisenunterlage ein Thermoelement bzw. hnden eine relativ hohe Haftfestigkeit zwischen dem irgendeine Art eines Pyrometers, um die Temperatur •Tnk und der Eisen unterlage bei besonders hoher der Eisenunterlage zu messen.

Korrosionsbeständigkeit der die Eisenunterlage über- i_S I_n der Kammer 2 befindet sich unmittelbar vor Tieheaden Zinkschicht erreicht ist. Gegenüber dem dem Schmelztiegel 5 (in Bewegungsrichtung der hen betrachteten bekannten Verfahren z<\r Herste!- bandförmigen Eisenunterlage gesehen) eine umliine einer Zink-Eisen-Legierung zeichnet sich die laufende Drahtbürste 11, mit deren Hilfe die Ober-PrfindunR darüber hinaus durch den Vorteil aus, daß fläche der Eisenunterlage durch Abrieb gereinigt und •e bei niederen Temperaturen zu arbeiten gestattet an akti%'iert wird. Die Drahtbürste 11 befindet sich dand daß sie mit einem einzigen Schritt zum Beschich- bei mit der Unterseite der bandförmigen Eisenuntertpn einer Oberfläche einer bandförmigen Eisenunter- lage über deren gesamte Breite in Berührung. Me Se mit Zink auskommt. wird mit Hilfe nicht näher dargestellter Einrichtungen

An Hand von Zeichnungen werden die Erfindung j_n geeigneter Weise angetrieben, so daß ihre Umiaut-„nd weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Er- 25 richtung entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der findune nachstehend näher erläutert. bandförmigen Eisenunterlage verläuft. Auf der ande-

Fic 1 zeigt schematisch in einer Seitenansicht ren Seite der bandförmigen Eisenunterlage ist un-„inP Ausführungsform einer für die praktische Aas- mittelbar oberhalb der Drahtbürste 11 eine Gegenr hrnna der Erfindung geeigneten Vorrichtung. druckwalze 12 vorgesehen, die der nach oben genen-

^fUh _FT_e ^g2 veranschaulicht in einem Diagramm die 30 _teten Kraft der Drahtbürste 11 entgegenwirkt und Auswirkung, die eine Zeitverzögerung zwischen der damit die bandförmige Eisenunterlage und die Dran OoerfSenbehandlung einer bandförmigen Eisen- bürste in gutem Kontakt hält. Eil.' "^** ¹JjJ' «See mittels einer Drahtbürste und dem Auf- bürste 11 vorgesehener Behalter 13 nimmt das Mate Sien von Zink hinsichtlich der Zink-Haftfähigkeit rial auf, das durch die Bürstenwirkung von der band- ?ⁿ"f_7t 35 förmigen Eisenunterlage abgeführt wird.

FiP 3 veranschaulicht in einem Diagramm die Be- wird die bandförmige Eisenunterlage wählend des

,i^nne zwischen der Zink-Haftfähigkeit auf einer Betriebs von der Abwickelspule 3 weggeführt, so wird sch bewegenden Eisenunterlage, der Geschwindig- _sie, sofern erforderlich, in der Anlage U chemisch VeU und der für eine Aktivierung der Oberfläche der gereinigt. Anschließend wird die bandförmige Eisen-FienSerlage ausreichenden Endtemperatur der 4" °_nterlage in die evakuierte Kammer 2 eingeführt, m SSS einer Drahtbürste gebürsteten Eisenunterlage. der sie zunächst mit Hilfe der Drahtbürste,11 durch FiB 4 zeigt eine Reihe von mit Zink überzogenen Abriebwirkung gereinigt wird. Angießend gelangt Jl die als Bezugsproben benutzt wer- die bandförmige Eisenunterlage über den Schmelz-

S Al id Eiichtungen vor bandförmigen Eisenunterlage 1 zu

dieser Anlage sind Einrichtungen vor- bandförmigen Eisenunterlage

Sü^ sssssssss

stand verbleibt. Um eine solche aktivierte Oberfläche zu erzeugen, muß mindestens 1O^-3 kg/m² Material von der gebürsteten Oberfläche durch den Bürsten-Vorgang abgetragen werden. Darüber hinaus muß die Bearbeitung der Oberfläche der bandförmigen Eisenunterlage durch die Drahtbürste derart stark sein, daß die Temperatur der Eisenunterlage um

— υ,

+ η η si Y t υ, 11 ο/λ

ansteigt; hierbei bedeuten AT die Änderung der Temperatur der Eisenunterlage 1 in ° C und X die Dicke der Eisenunterlage in Zentimeter.

Für eine bandförmige Stahl- bzw. Eisenunterfage mit einer Dicke von 0,457 mm muß die Bürstenwirkung so gewählt sein, daß die Temperatur der betreffenden Stahl- bzw. Eisenunterlage um zumindest 10° ± 9°C ansteigt. Dieser Temperaturanstieg wird als unabhängig von irgendwelchen anderen Temperaturanstiegen der bandförmigen Eisenunterlage angesehen; er wird lediglich als Temperaturanstieg auf die Bürstenwirkung hin angesehen.

Hinsichtlich der maximalen Bürstenwirkung ist zu bemerken, daß diese nicht so stark zu sein hat, daß durch sie übermäßige Wärme erzeugt wird, da durch Auftreten einer solchen Wärme ein starker Borstenausfall auf Grund der auftretenden Materialermüdung festzustellen ist. Eine übermäßig starke Bürstenwirkung führt ferner zur Polierung der Oberfläche der bandförmigen Eisenunterlage anstatt zu einer Materialabtragung in der obenerwähnten Menge von 10"^skp/m⁸.

Der aktivierte Zustand kann dadurch crrielt werden, daß eine stabile Volldrahtbürste mit einem Durchmesser von 381 mm und etwa 51 mm langen Borsten verwendet wird. Die Borsten besitzen dabei einen Durchmesser zwischen etwa 0,21 bis 0,36 mm. Sie bestehen aus einem durch Ausscheidung gehärteten rostfreien Stahl, dessen Zusammensetzung wie folgt ist: 0,13% C, 0,95% Mn, 0,25% Si, 15,5 % Cr, 4,3% Ni, 2,75% Mo und 0,10%N. Bei einer Längsgeschwindigkeit der Eisenunterlage von etwa 30 m pro Minute läuft die Bürste mit einer Umdrehungszahl von 400 Umdrehungen pro Minute. Der Differenz-Leistungsaufwand beträgt 15 bis 30 mkp/sec pro cm Breite der Eisenunterlage. Unter Differenz-Leistung wird hier diejenige an die Bürste abzugebende Leistung verstanden, die oberhalb derjenigen Leistung liegt, welche erforderlich ist, um die Bürste mit derselben Geschwindigkeit zu drehen, wenn diese frei läuft und nicht mit der bandfönnigen Eisenunterlage in Kontakt ist. Im Mittel ist für jede 30-m-Stufe der Längsgeschwindigkeit eine Bürste erforderlich.

Bei der Überprüfung der Zinküberzughaftigkeit ist auf der überzogenen Eisenunterlage ein Einbeulversuch durchgeführt worden. Danach ist ein Klebband an der Probe befestigt worden, und zwar über dem aufgerissenen Bereich innerhalb der Einbeulung. Das Klebband ist dann wieder schnell weggezogen worden. Die Menge des von dem Klebband abgeführten Zinküberzugs ist mit den in Fig. 4 dargestellten Bezugswerten verglichen worden, die hinsichtlich der Qualität der Zinkhaftfähigkeit unterteilt sind Ist kein Zink abgeführt, so ist die Verbindung zwischen der Stahl- bzw. Eisenunterlage und dem Zink als ausgezeichnet anzusehen, wie dies die Be-7ugsprobe in Fi g. 4 links oben verdeutlicht. Ist lediglieh eine geringe Menge an Zink abgeführt, und 7.«;ir hauptsächlich von dem Einhculungs-Rißbcreu h, so wird die Verbindung als gut bezeichnet. Eine derartige Verbindung ist in Fig. 4 unten links veranschaulicht. In dem Fall, daß der Zinküberzug entlang der Kante der Einbeulung abgeführt ist, und zwar in dem gerissenen Bereich und in dem nicht gerissenen Bereich, wird die Haftfähigkeit als mittelmäßig angesehen. Eine derartige Verbindung veranschaulicht in F i g. 4 die Probe rechts oben. Ist das Zink jedoch _aucj, _von ^_er fl_ach_en Bodenseite der Einbeulung abίο geführt, so wird die Hauftfähigkeit als schlecht angesehen. Eine Probe mit einer solchen Haftfähigkeit zeigt F i g. 4 unten rechts.

Zur Ausführung des Abbürstens der bandförmigen Eisenunterlage 1 in der Kammer 2 mittels der Drahlbürste 11 ist es erforderlich, den Druck in der Kammer 2 unter etwa 10-³Torr zu halten, vorzugsweise jedoch unterhalb von 10-⁴Torr. Auf diese Weise wird die Oberfläche der bandförmigen Eisenunterlage 1 in einem Zustand gehalten, in welchem sie für die Ablagerung von Zinkdampf aufnahmefähig ist. Der erforderliche Arbeitsdruck ist hauptsächlich durch die Eigenart des in der evakuierten Kammer 2 enthaltenen Restgases sowie durch die Verzugszeit zwischen dem Abbürsten und dem Überziehen und durch die Temperatur der Eisenunterlage vor dem Überziehen vorgeschrieben. F i g. 2 veranschaulicht graphisch die Auswirkung der Verzugszeit und die Zinkhaftfähigkeit bei Arbeitsdrücken von 210 ⁵ Torr und 2 ■ 10~⁴ Torr. Dabei ist das Restgas durch

Luft mit einem normalen Gehalt an Feuchtigkeit gebildet. Die bandförmige Eisenunterlage 1 ist vor dem Überziehen nicht vorgewärmt. Die gestrichelte Kurvenlinie trifft dabei für einen in der evakuierten Kammer 2 herrschenden Druck von 2· 10~^sTorr zu. Wie ersichtlich, werden ausgezeichnete Haftfähigkeitsergebnisse erzielt, solange die bandförmige Eisenunterlage innerhalb von 4 Minuten nach dem Bürsten überzogen wird. Die Qualität der Haftfähigkeit verschlechten sich jedoch sehr schnell bei längeren Zei-

ten zwischen dem Bürsten und dem Überziehen. Bei einer Verzugszeit von 6 Minuten ist die Qualität schon sehr schlecht. Herrscht in der evakuierten Kammer 2 ein Druck von 2 · 10~⁴ Torr, so wird, wie dies die stark ausgezogene Kurvenlinie in Fi g. 2 ver-

deutlicht, eine ausgezeichnete Haftfähigkeit nur dann erzielt, wenn die Verzugszeit kleiner als etwa eine halbe Minute gehalten wird. Die Haftfähigkeit verschlechtert sich bei längeren Verzugszeiten sehr schnell. Bei einer Verzugszeit von etwa 1 Minute ist

die Haftfähigkeit nur noch mittelmäßig, während bei einer Verzugszeit von etwa IVs Minute die Haftfähigkeit schon schlecht ist.

Es sei bemerkt, daß bei höheren Drücken und sonst gleichen Bedingungen die Notwendigkeit be-

steht, das Zink innerhalb einer kürzeren Zeitspanne nach dem Bürsten abzulagern als bei niederen Drükken. Aus dem in F i g. 2 dargestellten Diagramm dürfte in diesem Zusammenhang ersichtlich sein, daß sogar in dem Fall, daß Zink nahezu unmittelbar nach dem Bürsten abgelagert wird, in der evakuierten Kammer 2 ein Druck von zumindest 10-» Torr aufrechterhalten werden muß. Bei einem kontinuierlich laufenden Verfahren, wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist, hängt die Dauer der Verzugszeit von der

Bewegungsgeschwindigkeit der bandförmigen Eisenunterlage und von dem Abstand zwischen dem Bürstenbcrirh und Jem Olf.rziehbereich ab.

Ls hat sich gezeigt, daü die Eigenschaft des in der

evakuierten Kammer 2 enthaltenen Restgases den Kammerdruck ändert, der zur Erzielung einer zufriedenstellenden Zinkhaftfähigkeit erforderlich ist. Je größer z. B. die Feuchtigkeitsmenge in der Kammer 2 ist, desto niedriger ist der für gegebene Verzugszeiten erforderliche Druck, um eine annehmbare Zinkhaftfähigkeit zu erzielen. Die Temperatur der überzogenen Eisenunterlage beeinflußt ebenfalls die Zinkhaftfähigkeit. Generell erlauben höhere Temperaturen der Eisenunterlage die Anwendung höherer Kammerdrücke für bestimmte Verzugszeiten. In jedem Falle hat sich gezeigt, daß die Wirksamkeit des Verfahrens einen Arbeitsdruck von weniger als 10-»Torr erfordert.

Die Erzielung einer zufriedenstellenden Zinkhaftfähigkeit erfordert ferner eine Endtemperatur der bandförmigen Eisenunterlage von zumindest etwa 190⁰C. Unter Endtemperatur wird die Temperatur der bandförmigen Eisenunterlage während oder nach der Zinkablagerung verstanden. Die Temperatur der Eisenunterlage wird durch die Wärme beeinflußt, die während des Bürstens erzeugt wird und die durch Kondensation des Zinkdampfes auf die Eisenunterlage übertragen wird. Darüber hinaus kann noch eine Erhitzungseinrichtung zur Erwärmung der bandförmigen Eisenunterlage vorgesehen sein. Diese Erhitzungseinrichtung kann unter Zugrundelegung der Bewegungsrichtung der Eisenunterlage vor und/oder hinter dem Überziehbereich vorgesehen sein. Durch geeignete Regelung dieser Erhitzungseinrichtung wird die gewünschte Endtemperatur der Eisenunterlage erreicht.

F i g. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen der Endtemperatur der Eisenunterlage und der Zinkhaftfähigkeit auf einer in der Vorrichtung gemäß F i g. 1 überzogenen bandförmigen Eisenunterlage in Abhängigkeit von verschiedenen Längsgeschwindigkeiten der betreffenden Eisenunterlage. Die Eisen-

ic unterlage wurde dabei in jedem Falle hinreichend stark gebürstet, um eine aktivierte Oberfläche zu erzielen. Der in der evakuierten Kammer 2 herrschende Druck war jeweils derart niedrig, daß unter sonstigen Umständen eine zufriedenstellende Haft-

i$ fähigkeit sichergestellt war.

Fig. 3 läßt erkennen, daß bei Endtemperaturen oberhalb von 232° C Jie Haftfähigkeit des Zinkes gleichmäßig zufriedenstellend war, d. h. ausgezeichnet oder gut. Bei Temperaturen unterhalb von etwa 190⁰C war die Haftfähigkeit gleichmäßig unbefriedigend, d. h. mittelmäßig bzw. schlecht. Zwischen diesen beiden Temperaturen ergaben sich bezüglich der Zinkhaftfähigkeit unbefriedigende bzw. zufriedenstellende Ergebnisse.

»5 Die Endtemperatur der bandförmigen Eisenunter- !age muß dabei zumindest etwa 190⁰C betragen; sie kann jedoch nicht oberhalb der Temperatur liegen, bei der das Zink von der Eisenunterlage verdampfen würde.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

207 351), die auf eine geeignete Temperatur erwärmt Patentansprüche: wird. Auch in diesem Zusammenhang ist nichts über die bei dem Beschichten einer Oberfläche einer Eisen-

1. Verfahren zum Beschichten einer Ober- unterlage mit Zink auftretenden Probleme bekannt
fläche einer bandförmigen Eisenunterlage mit 5 Im Zusammenhang mil_der Verbesserung der Haft-Zink, bei dem die Oberfläche der Eisenunterlage festigkeit emer auf einer Tragerunterlage aufgebrach-

' vor dem Beschichten von Eisenoxyd befreit wird, ten dünnen Sclncht ist es bereits bekannt (DT-PS dann unter Vakuum mit Zink bedampft wird und 756 056, insbesondere S. 1), die fur die Aufnahme anschließend auf einer Temperatur höher als der dünnen Schicht vorgesehene Oberflache der 190⁰C gehalten wird, dadurch _{g e} k e η η - io Trägerunterlage durch mechanische Verfahren auszeichne t, daß von der Oberfläche der Eisen- rauhen. Es hat sich jedoch geze.gt, daß eine derarüge unterlage (1) hinter Vakuum mit einer Bürste (11) Maßnahme nicht ausreicht um hinsichtlich der mindestensr lO-'kg/m* abgetragen wird, wobei Haftfestigkeit zufriedenstellende Zinkuberzuge auf allein durch das Bürsten die Temperatur der bandförmigen Eisenunterlagen zu erhalten
Eisenuntedage (1) um Δ T = 0,354/ΛΓ ±0,11 HX i₅ Es ist ferner bekannt (FR-PS 971 184), Stahlgegenansteigt, wobei A T die Änderung der Temperatur stände mit Aluminium zu überziehen. Dabei erfolgt der Eisenunterlage (1) in ° C und X die Dicke der unter Vakuum eine elektrolytische Behandlung, Eisenunterlage (1) in Zentimeter bedeuten, und nämlich eine Oberflachenatzung des mit Aluminium daß die Eisenunterlage (1) nach dem anschließen- zu überziehenden Stahlgegenstandes in dessen Oberden Bedampfen auf einer Temperatur gehalten ao fläche das Aluminium dann unter-Wärmeeinwirkung wird, die niedriger ist als die Legierungstempera- in einei Schutzgasatmosphäre diffundiert. Über die tür Eisen/Zink und die Temperatur, bei der das mit dem Beschichten einer Oberflache einer band-Zink (7) von der Eisenunterlage (1) verdampfen förmigen Eisenunterlage mit Zink verknüpften Prowürde, bleme ist in diesem Zusammenhang jcuoch ebenfalls