DE2229896A1

DE2229896A1 - Verfahren zum Aufbringen eines Über zugs auf ein Werkstuck aus Stahl

Info

Publication number: DE2229896A1
Application number: DE19722229896
Authority: DE
Inventors: Norman Edmund Derby Ballard (Groß britanmen) P
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1971-06-17
Filing date: 1972-06-19
Publication date: 1972-12-21
Also published as: FR2142078B1; FR2142078A1; GB1341899A; DE2229896B2; DE2229896C3; IT959840B; JPS5339451B1; US3787305A

Description

Dipl. Ing. C. Wallach , Dipl. Ing. G. Koch „«-ο Dr. T. Haibach «· Juni 1972

8 München 2 H/bgr - 13 $08

Kaufingerstr. 8, Tel. 240275

Rolls Royce (1971) Limited,
London, England, Großbritannien

Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs auf ein Werkstück aus Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs auf ein Werkstück aus Stahl.

Käufig sollen auf Werkstücke aus Stahl Überzüge aufgebracht werden, welche die Werkstücke gegen hohe Temperaturen und atmosphärische Korrosion schützen. Verschiedene Anstriche und ähnliche Überzüge, die als überzüge gute Ergebnisse erbringen, sind oft entsprechend schwierig auf ein Werkstück aufzubringen.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren zum Aufbringen eines besonders hochtemperaturbeständigen Überzugs auf ein Stahl-. Werkstück geschaffen werden.

Zu diesem Zweck ist bei einem Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs auf ein Werkstück aus Stahl gemäß der Erfindung vorgesehen, daß man auf das Werkstück elektrophoretisch einen Überzug aus einem Gemisch von Aluminiumpulver und einem organischen Kunstharz aufbringt, daß man das Werkstück zum Austreiben des organischen Kunstharzes erhitzt und daß man sodann den Überzug mit einem hochtemperaturbeständigen Grund- oder basischen Stoff imprägniert.

Vorzugsweise wird als organisches Harz ein Acrylharz verwen-

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det, während der hochtemperaturbeständige arund- bsw. basische Stoff vorzugsweise Kaliumsilikat ist. In diesem Falle wird der mit dem Grundstoff imprägnierte Überzug vorzugsweise gebrannt»

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen» daß der anfängliche Überzug aus einer wässerigen Lösung aufgebracht wird. So kann der elektrophoretisch hergestellte Überzug beispielsweise aus einer Lösung aufgebracht werden, die ein Gewichtsteil Acrylharz, 2 bis 20 Gewichtsteile feines Aluminiumpulver sowie Wasser zur Einstellung der zur Verarbeitung geeigneten Konsistenz aufweist.

Vorzugsweise wird eine Mischung aus 1 bis 2 Gewichtsteilen Harz, 2 bis 16 Gewichtsteilen Aluminium und 1 bis 6 Teilen Wasser verwendet.

Im folgenden werden Beispiele der Erfindung baschrieben. Beispiel 1

100 g einer SOjCigen Lösung eines unter der Bezeichnung Synocryl 84/S von der Firma Cray Valley Products hergestellten und vertriebenen Acrylharzes wurde mit 400 g feinem, fett* freiem Aluminiumpulver mit TellchengröAen von 5 bis 10 ν (Feinheitsklasse 400) und 250 g Wasser gemischt. Das Gemisch wird eine Stunde lang in der Kugelmühle zu einer homogenen Mischung vermählen.

In die Mischung wurden Prüfplatten bsw. -tafeln aus 12Jt Chromstahl eingetaucht und zwischen den Platten und einer festen Elektrode ein elektrisches Potential angelegt, derart, daß die Platten den negativen Pol bildeten und demgemäß durch Elektrophorese mit dem Aluminium und Harz übersogen wurden. Es wurde festgestellt, daS ä£e besten Ergebnisse mit einer Stromdichte von 0,1 A/Zoll erhalten werden; der über-

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ziehvorgang wurde 30 Sekunden lang durchgeführt, um einen überzug mit einer Dicke zwischen 0,4 und 0,8 Tausendstel Zoll zu erhalten.

Sodann wurden die Prüftafeln bzw. -platten aus der Mischung entnommen und der überzug 30 Minuten lang bei. 15G°C gebrannt. Sodann wurden die Tafeln weiter auf 56O°C erhitzt; hierbei wurde das Acrylharz ausgetrieben und auch der Aluminiumüberzug diffundiert. Diese Temperatur wurde zwei Stunden lang aufrechterhalten.

Die Tafeln waren dann mit einem porösen Aluminiumüberzug versehen; zur Fertigstellung des Überzugs ließ man die Tafeln auf 100°c abkühlen, worauf eine wässerige Kaliumsilikatlösung aus 1 Volumteil Silikat auf 2 Volumteile Wasser auf den überzug aufgebürstet wurde, bis die Lösung die Aluminiumporen vollständig ausfüllte. Sodann wurden die Tafeln abschließend 30 Minuten lang bei 150°C gebrannt. Als Kaliumsilikat wurde ein Präparat vom.Reinheitsgrad Crοafield Grade 66 mit einem mittleren Molverhältnis von SiOp : KpO von 3»21 und einem spezifischen Gewicht von 1,33 verwendet.

Sur Qualitätsprüfung

des Überzugs wurden in dieser Waise Überzogene Testplatten Korrosionsbedingungen unterworfen. Im einzelnen wurde jede Tafel 10 Zyklen eines Heizprogramms unterworfen, das 2 Stunden Erhitzung auf 45O°C und nachfolgend während 22 Stunden bei Zimmertemperatur eine Besprühung mit einem neutralen Salz vorsah. Nach diesem Test waren die Testplatten in gutem Zustand und der überzug wie auch das Stahlsubstrat fast schadlos. Die Platten wurden auch durch Eintauchen in verschiedene Flüssigkeiten getestet, die häufig in Gastriebwerken oder in deren unmittelbarer Umgebung verwendet werden, wie beispielsweise Schmieröle, Kerosen und Erdölbrennstoffe sowie verschiedene Hydraulikflüssigkeiten und -strömungsmittel; e.j ergab sich, daß der überzug gegenüber diesen sämtlichen Strömungsmitteln

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beständig war.

Bs wurden auch Trockenerhitzungstests an den Platten vorgenommen, wobei sich ergab, daß der überzug bis etwa 55O⁰C einen zufriedenstellenden Schutz gewährleistet.

Beispiel 2

Weitere Tests wurden an Prüfplatten bzw. -tafeln durchgeführt» deren überzug unter Verwendung des gleichem α»mische, jedoch mit einem anderen Heizzyklus hergestellt war. In diesem Falle wurden die Tafeln elektrophoretisch überzogen, 30 Minuten lang bei 150⁰C gebrannt, sodann zum Austreiben des Acrylharees auf 35O⁰C erhitzt. Der poröse überzug wurde sodana, wie im vorhergehenden Beispiel, imprägniert und wärmebehandelt. Auch mit diesen Testplatten wurden die gleichen zufriedenstellenden Ergebnisse erzielt.

Beispiel 3

Zum überziehen weiterer Prüfplatten bzw. -tafeln wurde ein Qemisch aus 31 g Synolac 841/S, 41,6 g Aluminiumpulver vom Feinheitsgrad 400 grade, und 27,3 g destilliertem Wasser verwendet. Die Prüflinge wurden elektrophoretisch (oder im Elektrodruckverfahren) unter Verwendung einer Stromdichte im Bereich

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von 5 bis 100 mA/Zoll überzogen.

Diese Testpiatten wurden sodann, wie in dem vorhergehenden Beispielen, gebrannt und mit weiterem überzug versehen; bei ähnlichen Tests wie in den vorhergehenden Beispielen ergaben sie zufriedenstellende Resultate. Zusätzlich ergab sich, daß dieses spezielle Gemisch eine geringere Neigung zum Absetzen

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der Festbestandteile zeigte, wie die Mischung bei den vorhergehenden Beispielen.

Es sei betont, daß das Verfahren der Elektrophorese oder des Elektrodruckens, wie es auch bezeichnet wird, unter Verwendung einer Kontraststromquelle oder einer KontrastapannungsqueUe ausgeführt werden kann; im letzteren Fall ist der Strom über den Überzugprozeß hin veränderlich. Xn jedem Falle werden die Strom- und Spannungsparameter, welche für eine bestimmte Mischung die besten Ergebnisse erbringen, am besten experimentell bestimmt; es wurde jedoch festgestellt, daß der anzuwendende

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Strom normalerweise in den Bereich von 5 bis 100 mA/Zoll zu überziehende Fläche fällt.

Bei den Experimenten wurde festgestellt, daß der überzug elektrisch leitend sein sollte, um einen galvanischen Widerstand gegen Korrosion zu bilden. Es kann so eingerichtet werden, daß der überzug leitend ist, und zwar durch einen susätzlichen abschließenden Wärmebehandlungsschritt, in welchem die betreffende Tafel oder Platte 2 Stunden lang auf 56O⁰C erhitzt wird, wie in dem nachfolgenden Beispiel beschrieben.

Beispiel 4

In genau der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurden Testplatten bzw. -tafeln hergestellt und überzogen, wobei jedoch in diesem Falle nach dem in den früheren Beispielen "abschließenden" Brennen durch zweistündiges Erhitzen auf 56"O⁰C in Luft weiter wärmebehandelt wurden. Die Platten wurden getestet, wobei sich ergab, daß die überzüge elektrisch leitend waren und einen noch besseren Schutz als die Tafeln in Beispiel 1 ergaben.

Es sei betont, daß diese weitere Wärmebehandlung eindeutig

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fakultativ ist in dem Sinne, daß gute überzüge auch ohne diesem weiteren Schrift erhalten werden können, wenngleich die überzüge durch die sei: zusätzlichen Schritt verbessert werden.

In den beschriebenen Beispielen wurde des weiteren zur Imprägnierung mit dem Kaliumsilikat die Lösung durch Bürsten aufgebracht. Selbstverständlich kann die Lösung jedoch auch durch Aufsprühen oder durch Eintauchen aufgebracht werden.

Es sei darauf hingewiesen, daß die beschriebenen Beispiele eine einzige Überzugsschicht ergeben, deren Dicke daher auf einige 0,8 Tausendstel Zoll begrenzt ist. Es wurde gefunden, daß weitere überzüge aufgebracht werden können, indem man zunächst wie oben beschrieben elektrophoretisch einen überzug aufbringt, das Acrylharz abbrennt, sodann elektrophoretisch einen zweiten überzug aufbringt, abbrennt und anschließend beide porösen Schichten imprägniert. Selbstverständlich könnte dieser Vorgang auch zur Herstellung von drei-oder mehrschichtigen überzügen fortgesetzt werden.

Es sei betont, daß die Bestandteile des Gemische in den angegebenen Grenzen variieren können, jedoch darf angenommen werden, daß dieses überzugsverfahren nur auf Stahlteile anwendbar ist, die allerdings nicht notwendigerweise die oben angegebene Zusammensetzung zu haben brauchen.

Patentansprüche;

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Claims

13-308 PATENTAHS BRÜCHE

1. Verfahren sum Aufbringen eines Überzugs auf ein Werkstück aus Stahl* dadurch gekennzeichnet _a daß man auf das Werk** stück elektrophoretisch einen überzug aus einem Gemisch von Aluminiumpulver und einem organischen Kunstharz aufbringt, daß man das Werkstück zum Austreiben des organischen Kunstharzes erhitzt und daß man sodann den überzug mit einem hochtemperaturbeständigen Grund- oder basischen Stoff imprägniert«

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochtemperaturbeständige Grund- oder basische Stoff Kaliumsilikat ist.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der imprägnierte überzug anschließend gebrannt wird.

,-1. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der überzug anschließend zur Erhöhung seiner elektrischen Leitfähigkeit erhitzt wird.

$. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Kunstharz ein Acrylharz ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrophoretische Überziehvorgang aus einer wässerigen Lösung erfolgt.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung 1 bis 2 Gewichtsteile Acrylharz, 2 bin 20 Gewichts-

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teile feines Aluminiumpulver_s sowie Wasser zur Einstellung der erforderlichen Konsistenz enthält.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche und insbesondere nach der* Ansprüchen 6 und 7« dadurch gekennzeichnet, daß das elektrophoretisch^ überziehen

2 mit einer Stromdichte im Bereich von 5 bis 100 mA/Zoll erfolgt.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daß der hochtemperaturbeständige Grund- bzw. basische Stoff als wässerige Lösung mit 1 Volumteil Kaliurasilikat und 2 Volumteilen Wasser aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere elektrophoretisch« Überzüge aufgebracht und das Harz jeweils abgebrannt wird, und daß der Vielfachüberzug sodann mit dem Grund- oder basischen Stoff imprägniert wird.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abbrennen des Kunstharzes aus dem elektrophoretisch aufgebrachten Überzug auf eine Temperatur von 56O⁰C erhitzt wird.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug abschließend durch Erhitzen auf 150⁰C gebrannt wird.

13« Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die anschließende Erhitzung eine zweistündige Erhitzung in Luft auf 56O°C umfaßt.

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