DE2229896B2 - - Google Patents
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines hochtemperaturfesten und korrosionsbeständigen
Schützüberzugs aus Aluminium auf einem Werkstück aus Stahl, bei welchem das Werkstück mit einem
Überzug aus einem Gemisch aus Aluminium-Pulver und einem organischen Kunstharz versehen und das so
überzogene Werkstück sodann zum Austreiben des Kunstharzes erhitzt wird.
Häufig 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.
Aus der deutschen Patentschrift 5 61257 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei
welchem beispielsweise zur Herstellung eines Aluminiumüberzugs auf Eisen eine Suspension von
Aluminiumpulver in einer Lösung eines als Bindemittel verwendeten Kondensationsprodukte aus Glyzerin und
Phthalsäure hergestellt und beispielsweise als Anstrich, im Spritzverfahren oder durch Eintauchen auf den mit
dem Schützüberzug zu versehenden Gegenstand aufgebracht und anschließend zum Verdampfen des
Lösungsmittels sowie zum Abtreiben des Bindemittel-Kunstharzes erhitzt wird.
Aus der deutschen Auslegeschrift 12 56 994 ist es zum
Beschichten von Metallband oder -draht mit Aluminium bekannt, das Aluminium aus einer Suspension von fein
verteiltem Aluminium in Alkohol auf elektrophoretischem Weg abzuscheiden und den auf diesem Weg
aufgebrachten Überzug, der kein Kunstharz enthält, anschließend zu erhitzen.
Aus der britischen Patentschrift 10 99 493 ist es schließlich im Zusammenhang mit der Herstellung von
Ferrit-Matrix-Speichern bekannt, die an den Überkreuzungsstellen der X- und V-Drähte erforderlichen
Ferritzellen durch Abscheidung aus einer fein verteiltes Ferritmaterial in Alkohol mit einem Schellack-Zusatz
enthaltenden Suspension abzuscheiden, wobei das so abgeschiedene Ferritmaterial an den Überkreuzungssteiien
der X- und r'-Drähie zusammenläuft und dort die gewünschten Ferrit-Kügelchen als Speicherzellen bildet;
anschließend werden diese Ferrit-Kügelchen einer Sinterungsbehandlung unterzogen. Die Herstellung
-i eines hochtemperaturfesten und korrosionsbeständigen
Schützüberzugs ist hieraus nicht bekannt.
Durch die Erfindung soll ausgehend von den bekannten Schutzüberzügen ein Verfahren zum Aufbringen
eines besonders hochtemperaturfesten und J" korrosionsbeständigen Überzugs auf ein Stahlwerkstück
geschaffen werden.
Zu diesem Zweck ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen,
daß der in an sich bekannter Weise elektrophorer> tisch abgeschiedene Überzug nach dem Austreiben des
Kunstharzes mit einem hochtemperaturbeständigen Kaliumsilikat imprägniert wird.
Vorzugsweise wird als organisches Harz ein Acrylharz verwendet. In diesem Fall wird der mit dem
Kaliumsilikat imprägnierte Überzug anschließend vorzugsweise gebrannt, beispielsweise bei 150°C.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann
vorgesehen sein, daß der Überzug anschließend zur Erhöhung seiner elektrischen Leitfähigkeit einer weite-
4> ren Wärmebehandlung, vorzugsweise durch Erhitzen an
Luft auf 560°C, unterworfen wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der anfängliche Überzug aus
einer wäßrigen Lösung aufgebracht w:-d. 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.
Vl Vorzugsweise wird eine Mischung aus 1 bis 2 Gewichtsteilen Harz, 2 bis 16 Gewichtsteile Aluminium und I bis 6 Teilen Wasser verwendet.
Vl Vorzugsweise wird eine Mischung aus 1 bis 2 Gewichtsteilen Harz, 2 bis 16 Gewichtsteile Aluminium und I bis 6 Teilen Wasser verwendet.
Das erfindungsgemäße Imprägnierungsverfahren
eignet sich auch zur Anwendung auf die Herstellung
'" mehrlagiger Vielfachüberzüge, wobei vorzugsweise so
vorgegangen wird, daß zunächst aufeinanderfolgend
mehrere Überzüge auf elektrophoretischem Weg abgeschieden werden und das Harz jeweils abgebrannt
wird, und daß der so rrhaltene Vielfachüberzug sodann
hl mit dem hochtemperaturbeständigen Kaliumsilikat
imprägniert wird.
Das Abbrennen des Kunstharzes aus dem elektrophoretisch aufgebrachten Überzug vor der erfindungsge-
mäßen Imprägnierungsbehandlung kann vorzugsweise durch Erhitzen auf einer Temperatur von 5600C
erfolgen.
im folgenden werden Beispiele der Erfindung beschrieben.
100 g einer 50%igen Lösung eines Acrylharzes wurde
mit 400 g feinem, fettfreien Aluminiumpulver mit Teilchengrööen von 5 bis 10 μΐη (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 bzw. -tafeln aus 12% 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 überzogen wurden. Es wurde
festgestellt, daß an besten Ergebnisse mit einer
Stromdichte von 0,i A/6,45 cm2 erhalten werden; der
Überziehvorgang wurde 30 Sekungen lang durchgeführt, um einen Oberzug mit einer Dicke von 0,01016
und 0,02032 mm zu erhalten.
Sodann wurden die Prüftafeln bzw. -platten aus der Mischung entnommen und der Überzug 30 Minuten
lang bei 150° C gebrannt Sodann wurden die Tafeln weiter auf 560°C erhitzt; hierbei wurde das Acrylharz
ausgetrieben und auch der Aluminiumüberzug diffundiert. Diese Temperatur wurde zwei Stunden lang
aufrecht erhalten.
Die Tafeln waren dann mit einem porösen Aluminiumüberzug versehen; zur Fertigstellung des Überzugs
ließ man die Tafeln auf 1000C abkühlen, worauf eine
wäßrige Kaliurnsilikatlösung aus 1 Volunvtcil 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 Crosfield Grade 66 mit einem mittleren Molverhältnis von
S1O2: K2O von 3,21 und einem spezifischen Gewicht
von 1,33 verwendet.
Zur Qualitätsprüfung des Überzugs wurden in dieser Weise überzogene Testplatten Korrosionsbedingungen
unterworfen. Im einzelnen wurde jede Tafel 10 Zyklen eines Heizprogramms unterworfen, das 2 Stunden
Erhitzung auf 4500C 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; es ergab sich, daß der Überzug gegenüber diesen sämtlichen Strömungsmitteln beständig
war.
Es wurden auch Trockenerhitzungstests an den Platten vorgenommen, wobei sich ergab, daß der
Überzug bis etwa 5500C einen zufriedenstellenden Schutz gewährleistet.
Weitere Tests wurden an Prüfplatten bzw. -tafeln durchgeführt, deren Über/dg unter Verwendung des
gleichen Gemischs, 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 Acrylharzes
auf 3500C erhitzt Der poröse Überzug wurde sodann, wie im vorhergehenden Beispiel, imprägniert
und wärmebehandelt Auch mit diesen Testplatten wurden die gleichen zufriedenstellenden Ergebnisse
erzielt
Zum Überziehen weiterer Prüfplatten bzw. -tafeln wurde ein Gemisch aus 31g Acrylharz, 41,6 g
Aluminiumpulver vom Feinheitsgrad 400 grade und 27ß g destilliertem Wasser verwendet Die Prüflinge
wurden elektrophoretisch (oder im Elektrodruckverfahren) unter Verwendung einer Stromdichte im Bereich
von 5 bis 100 mA/6,45 cm2 überzogen.
Diese Testplatten wurden sodann, wie in den 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 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
y> einer Kontrastspannungsquelle ausgeführt werden
kann; im letzteren Fall ist der Strom über den Überzugsprozeß hin veränderlich. In jedem Falle
werden die Strom- und Spannungsparameter, welche für eine bestimmte Mischung die besten Ergebnisse
s~) erbringen, am besten experimentell bestimmt: es wurde jedoch festgestellt, daß der anzuwendende Strom
normalerweise in den Bereich von 5 bis 100 mA/ 6,45 cm2 zu überziehende Fläche fällt.
Bei den Experimenten wurde festgc --teilt, daß der
An 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 zusätzlichen abschließenden Wärmebehandlungsschritt, in welchem die betreffende
■)"' Tafel oder Platte 2 Stunden lang auf 560°C erhitzt wird,
wie in dem nachfolgenden Beispiel beschrieben.
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 560°C in Luft weiter wärmebehandelt wurden. Die Platten wurden getestet, wobei sich ergab,
v, 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 fakultativ ist in dem Sinne, daß gute Überzüge
h0 auch ohne diesen weiteren Schritt erhalten werden
können, wenngleich die Überzüge durch diesen zusätzlichen Schritt verbessert werden.
In den beschriebenen Beispielen wurde des weiteren zur Imprägnierung mit dem Kaliumsilikat die Lösung
h"> 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 0,02032 mm begrenzt ist. Es
wurde gefunden, daß weitere Oberzüge 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 Gemischs 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.
Claims (6)
1. Verfahren zur Erzeugung eines hochtemperaturfesten
und korrosionsbeständigen Schutzüberzugs aus Aluminium auf einem Werkstück aus Stahl,
bei welchem das Werkstück mit einem Überzug aus einem Gemisch aus Aluminium-Pulver und einem
organischen Kunstharz versehen und das so überzogene Werkstück sodann zum Austreiben des
Kunstharzes erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der in an sich bekannter Weise elektrophoretisch abgeschiedene Überzug nach dem
Austreiben des Kunstharzes mit einem hochtemperaturbeständigen Kaliumsilikat imprägniert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hochtemperaturbeständige Kaliumsilikat
als wäßrige Lösung mit 1 Volumteil Silikat und 2 Volumteilen Wasser aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der imprägnierte Überzug
anschließend durch Erhitzen auf vorzugsweise 1500C gebrannt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug anschließend zur
Erhöhung seiner elektrischen Leitfähigkeit einer weiteren Wärmebehandlung, vorzugsweise durch
Erhitzen an Luft auf 560°C, unterworfen wird.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche auf die
Herstellung mehrlagiger Vielfachüberzüge, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst aufeinanderfolgend
mehrere Überzüge auf elektrophoretischem Weg abgeschieden werden und das Harz jeweils abgebrannt
wird, und daß der so erhaltene Vielfachüberzug sodann mit dem hochtemperaturbeständigen
Kaliumsilikat imprägniert wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrophoretische Abscheidung des Überzugs aus einer wäßrigen Lösung des Gemischs
aus dem Aluminiumpulver mit einem Acrylharz mit einer Stromdichte im Bereich von 5 bis 10OmA/
6,45 cm2 erfolgt.
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