DE2324977A1 - Verfahren zum vorbereiten eines zu emaillierenden stahl-bleches - Google Patents

Description

• "Verfahren zum Vorbereiten eines zu emaillierenden 5tahl«Bleches2 ===============================================~==== Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorbereiten eines zu emaillierenden Stahl-Bleches, wobei das Blech entfettet und abgespült wird, sowie ein entsprechend beschichtetes, für die Emaillierung vorgesehenes Stahlblech0 Seit langem ist es bekannte Produkte aus emailliertem Stahlblech herzustellen0 Da der Kohlenstoff im Eisen während des Emailliervorganges Ursache von Störungen istg ist man bestrebt nur solche Bleche zu emaillieren, bei denen der Gehalt an Kohlenstoff niedrig ist insbesondere wenn es sich darum handelte weiße Emaille unmittelbar, ohne Grundierung, aufzubringen0 Hierzu ist es bekannt, den Stahl in einer feuchten Wasserstoffatmosphare anzulassen, um niedrige Kohlenstoffgehalte zu erzielen, Bevor Stahlblech einem Emailliervorgang unterworfen wird, ist es bekanntlich erforderlich, seine Oberfläche einer sorgfältigen Vorbehandlung zu unterwerfen, die insbesondere Entfetten, Spülen und Beizen umfaßte Das bisher unerläßliche Beizen erforderte eine Reihe umständlicher Behandlungsschritte, woraus eine beträchtliche Verteuerung einer Emailliereinrichtung resultiert; darüberhinaus wird für das Beizen eine bedeutende Menge Säure verbraucht und schließlich müssen kostspielige Reinigungsvorrichtungen eingebaut werden, damit die ätzenden, verunreinigenden -Lösungen nicht in die Kanalisation gelangen.
• Darüberhinaus ist es bekannt, eine gute Haftung des Emailbelages dadurch zu erzielen» daß auf die abgebeizte Oberfläche zunächst eine Nickelschicht aufgebracht wird.
• Diese Schicht kann durch ein chemisches oder ein elektrolytisches Verfahren erzeugt werden. Sie ist aber nur dann korrekt und vollständig wirksam» wenn das der Vernickelung vorangehende Beizen einen in gewissen Grenzen liegenden Gewichtsverlust an Eisen hervorgerufen hat. Bei einem Stahlblech vorgegebener Zusammensetzung verschwindet die Haftfähigkeit für den Emailbelag, wenn nach dem Beizen der Gewichtsverlust an Eisen unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, während andererseits Oberflächenfehler im Emailbelag auftreten, wenn der Verlust an Eisengewicht über einem maximalen, gegebenen Wert liegt. Es ist schließ lich auch bekannt, daß für die unmittelbare Emaillierung eines Stahlbleches, ohne Grundierung, von seiner Oberfläche eine Materialstärke von wenigstens 3 bis 6 Mikron abgetragen werden muß. Dieses Abtragen sollte innerhalb einer kürzest-möglichen Zeitspanne erfolgen, die aber abstimmt sein muß auf die notwenSgen Zeiten für das Spülen und Vernickeln.
• Da die Beiz- und Nickelbäder sich während der Benutzung verändern ist es» damit das Abtragen an Eisen hinreichend erfolgt, aber auch während des ganzen Bearbeitungsvorganges konstant bleibt, erforderlichn auf alle Faktoren einzuwirken, die geeignet sind» diese Bedingungen aufrecht zuerhaltene So muß auf die Bäder-Einfluß genommen werden, um ihre gleichbleibende Wirksamkeit aufrechtzuerhalten, indem z. Bo die Temperatur erhöht wird» von Zeit zu Zeit frisches Reagenz beigefügt wird und die Konzentrationswerte sowie der pH-Wert überwacht und gegebenenfalls angepaßt werden. Damit das Abtragen möglichst konstant erfolgt, müssen die Gehalte an Kupfer und an Phosphor in den Bädern in vorgegebenen Grenzen gehalten werden; ein hoher Phosphorgehalt beschleunigt bekanntlich die Auflösung des Eisens durch das Beizen» wohingegen ein hoher Kupfergehalt sie verlangsamt.
• Andererseits ist es auch-schon bekannt» daß das auf ein zu emaillierendes Stahlblech aufgebrachte Nickelgewicht und auch die Struktur dieser Nickelbeschichtung bedeutsam sind. Die Nickelbeschichtung sollte insbesondere eine hinreichende porösität aufweisen, um eine Oxydation des darunter befindlichen Stahlbleches zuzulassen» was der, Haft fähigkeit zwischen dem zum Schluß aufgebrachten Ewailbelag und dem Metall des Bleches sehr förderlich ist0 Die derzeit bekannten Verfahren und Anlagen für das Vernickeln eines Stahlbleches besitzen also hinsichtlich ihrer praktischen Handhabung zahlreiche und bedeutende Unzulänglichkeiten0 So muß von beizenden, korrodierenden und verunreinigenden Lösungen Gebrauch gemacht werden; auch sind zahlreiche Verfahrensschritte auszuführen, und viele sonstige Eingriffe, die einen beachtlichen Einsatz an Arbeitskräften erfordern; die notwendigen Einrichtungen sindXumfangreich, kostspielig und zuweilen kompliziert; schließlich muß die Konzentration verschiedener Stoffe zwischen vorgegebenen Grenzen gehalten werden.
• Der torliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum vorbereitenden Beschichten eines Stahlbleches, dessen Oberfläche einen Emailbelag erhalten soll, zu schaffen, das einfach handhabbar ist, und insbesondere nicht mehr des für das komplizierte Beizen bisher erforderlichen Material- und Arbeitsaufwandes bedarf, indem es insbesondere auf jegliches Beizen verzichten kann; auch soll es keiner Analyse aktivierender oder hemmender Elemente für eine Oberflächen-Vorbehandlung mehr bedürfen, also auch auf solche zusätzlichen Wirkstoffe wie Magnesium oder Phosphor, die ein Beizen beschleunigten, bzw. Arsen oder Kupfer, die es verzögerten, nunmehr ganz verzichten werden können.
• Diese Aufgabe, ein Verfahren zum Beschichten- der Oberfläche eines mit einem Emailbelag zu versehenden Stahlbleches, wobei dieses Stahlblech lediglich dem bekannten Entfetten und Spülen, ohne jedes Beizen, unterworfen wird, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das-Blech erhitzt wird und unverzüglich ein Auftrag einer binären Legierung erfolgt, die aus Eisen und einem zusätzlichen Element aus der gleichen Gruppe des periodischen Systems (nach Mendelejew) wte Eisen, besteht.
• Vorzugsweise wird das Blech auf eine' Temperatur zwischen 2ovo0 C-und 8ovo0 C erhitzt, ehe der Auftrag aufgebracht wird.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung geht der Auftrag von einem Gemenge aus Eisen und einem zusätzlichen Element aus.
• Zweckmäßigerweise ist das zusätzliche Element Nickel, das mit dem Eisen eine binäre Eisen-Nickel-Legierung, bildet.
• Zweckmäßig ist es, die Beschichtung so zu gestalten, daß, gesehen von der Grenzfläche zwischen dem Blech und der Beschichtung, in dieser gleichzeitig Eisen mit- abklingendem Gehalt und Nickel mit ansteigendem Gehalt verteilt ist.
• Vorteilhaft wird eine Beschchtung nach der vorliegenden Erfindung mit einem Nickelgehalt, der zwischen 1 % und 15 ,, vorzugsweise zwischen 4 ß und 8 %, liegt, während der Rest aus Eisen besteht, aufgebracht.
• Nach einem weiteren Merkmal stellt es einen günstigen Wert dar, je m zu bedeckender Oberfläche ein Nickelgewicht zwischen o,5 und 4 g, vorzugsweise zwischen 1 und 5 g, aufzubringen.
• Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Auftrag und damit die Beschichtung unmittelbar durch Verdampfen im Vakuum aufgebracht.
• Die praktische Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders einfach. Das zu emaillierende Stahlblech weist vorteilhafterweise einen Kohlenstoffgehalt von weniger als o,ol2 % auf. Es wird zunächst in herkömmlicher Weise entfettet und abgespült, wird dann ohne weitere Vorbearbeitung auf eine Temperatur zwischen 2ovo0 C und 800° C erhitzt, und erhält schließlich mittels Verdampfens im Vakuum unmittelbar den Auftrag einer Legierung, etwa einer Eisen-Nickel-Le-Legierung, die die Beschichtung bildet. Danach wird das Blech mit der bzw. den beschichteten Oberflächei) durch Pressen in die gewünschte Form gebracht, z. B.
• tiefgezogen,' wobei die Gefahr einer Rißbildung in der-Beschichtung dieser Konsistenz gering ist. Nun kann unmittelbar das Emaillieren nach einem beliebigen bekannten -Verfahren vorgenommen werden.
• Im Falle, daß das vorbereitete'Blech zunächst in ein Vorratslager überführt und.das Emaillieren erst nach einer gewissen Zeit durchgeführt wird, wird das Blech zweckmäßigerweise noch der einen oder anderen zusätzlichen, nachfolgend beschriebenen, möglichen Behandlungen unterzogen: So kann das beschichtete Blech mit einer Schutzschicht aus synthetischem Material, etwa Polyvenylchlorid, überzogen werden, welches, während das Blech seine letzte Verformung vor dem Emailiervorgang erfährt, auch als Gleitmittel dienen und dann entfernt werden kann.
• Gemäß einer zweiten-Möglichkeit wird das mit der Beschichtung versehene Blech mit einem Schutz- und Gleitöl bestrichen; nachdem es als Schutzmittel ausgedient hat, dient es beim Tiefziehvorgang noch als Gleitmittel, es muß aber vor der Emaillierung durch Entfetten und SpU-len entfernt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, auf das mit der Beschwichfung versehene Blech noch einen Überzug inKForm eines sogenannten Trockenfilmes aufzubringen, bei dem es sich um eine seifenförmige Schutz- und Gleitmasse handelte die ebenfalls vor dem eigentlichen Emailliervorgang wieder entfernt werden muß.
• Die binäre Legierung, die die angestrebte Beschichtung ergibt, enthält im wesentlichen Eisen und ein anderes Element aus der Gruppe des Eisens des periodischen Systems, insbesondere Nickel oder Kobalt Die erwünschte Beschichtung selbst ergibt sich dann, indem das Gemenge aus Eisen mit Nickel oder Kobalt im Vakuum einem Verdampfungsprozess unterworfen wird.
• Die prozentualen Anteile der beiden Bestandteile in der binären Legierung, die gemäß der Erfindung zur Beschichtung führt, sind variabel. So kann der Nickelgehalt zwischen 1 ffi und 15 ffi variieren und vorzugsweise zwischen 4 % und 8 % liegen. Das Legierungsgewicht, das auf das Blech aufgebracht wird, um die Beschichtung zu bilden, ist ebenfalls variabel und liegt zwischen o,5 g und 4 g Auftrag je m2 Oberfläche des Bleches, vorzugsweise zwischen 1 g und 3 g je m2 Es wurde festgestellt, daß die Haftfähigkeit des Email optimal ist, wenn der Nickelgehalt über der Dicke des Auftragens variiert, was, gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, realisiert wird, indem im Vakuum getrennt aber gleichzeitig die beiden reinen Metalle verdampft werden; es wird dazu also gleichzeitig sowohl das reine Eisen als auch das reine andere Metall, etwa Nickel oder Kobalt, einer Verdampfung im Vakuum unterzogen. So wird über den Auftrag eine Beschichtung mit einem Gehalt an Nickel, der an der Grenzfläche zumBlech gegen Null tendiert und an seiner freien Oberfläche bis auf maximal 25 , angestiegen ist, erreicht, wobei die mittlere Zusammensetzung den gewünschten Wert fUr die Legierung der Beschichtung ausmacht.
• Beispiel Einem Stahlblech mit der chemischen Zusammensetzung: C: o,oo4 %; N: o,ool5 %; P: 0,012 %; Mn: 0,300 %; Cr: 0,015 %; Cu: 0,025 %; s: 0,015 .
• wurde eine Probe der Größe von 1 dm² entnommen.
• Dieses Probestück wurde sorgfältig entfettet und abgespült und daraufhin auf ihm mittels Verdampfens im Vakuum eine Menge von 33 g je m² eines Eisen-Nickel-Gemenges, mit 6 % Ni und dem Rest Eisen, aufgetragen.
• Auf diese Weise ergab sich auf dem Probestück eine Beschichtung mit etwa 2 g Nickel je m2.
• Das Probestück wurde daraufhin mit einer Presse tiefgezogen, um ihm die Gestalt eines Napfes zu geben, der schließlich mittels einer der bekannten, gebräuchlichen Verfahren eine weiße Emailschicht erhielt.
• Es wurde festgestellt, daß diese Emailschicht ein gutes Aussehen aufwies und eine hervorragende Håftfähigkeit besaß.
• Auf solche Weise emaillierte Probestücke wurden ferner zu Untersuchungszwecken Stoßbeanspruchungen ausgesetzt, die unter den bekannten, standardisierten Bedingungen, nämlich wie folgt, erzeugt wurden: Ein Gewicht von 1500 g ist an seiner Unterseite mit einem halbkugelförmigen Kopf von lo mm Radius ausgestattet und wird o,5 m oberhalb eines Kreisloches mit 25 mm Durchmesser angeordnet, welches seinerseits in einem metallischen Gestell enthalten ist, auf das man ein Probestück des zu untersuchenden Bleches so auflegt, daß das Loch abgedeckt ist. Das Gewicht wird dann fallengelassen und das Abblättern begutachtet, indem man ihm in herkömmlicher Weise eine Wertziffer zuordnet, die umso größer ist, je stärker das Abblättern des Emails auftritt.
• Bei den mit solcher Versuchsanordnung erhaltenen Ergebnissen entspricht das herkömmlicherweise mit dem Wert 5 belegte Ergebnis einem vollständigen Fehlen von Haftfähigkeit, d. h., in der Umgebung der Stoßstelle findet ein vollständigeS Abblättert statt; und der Wert 1 entspricht einer ausgezeichneten Haftung, d. h., das Abblättern tendiert gegen Null.
• Die mit dem oben beschriebenen Probestück ausgeführten Versuche haben durchgehend die Werte 1 und 2 ergeben, was besonders empfehlenswerte Ergebnisse sind.
• Der bedeutendste Vorteil des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß ein Beizen sich erübrigt und jeglicher Zwang zur Analyse, insbesondere hinsichtlich Kupfer und Phosphor, entfällt, Daraus resultieren Einsparungen an Zeit, Raumbedarf und Materialien sowie eine erhebliche Betriebssicherheit des Verfahrens; in bestimmten Fällen mag es sogar nur erforderlich sein, nur eine Oberfläche des Bleches vorzubereiten und zu emaillieren und die andere mit einem weniger kostspieligen Überzug zu versehen, z. B. mit einem Überzug aus Aluminium. Dieses erfindungsgemäße Verfahren weist auch eine große Anpassungsfähigkeit hinsichtlich seiner praktischen Verwendung auf, und es ermöglicht, verunreinigende Bäder zu vermeiden.
• Ein nach dem oben beschriebenen Verfahren behandeltes Stahlblech weist eine auch gegen Kaltverformung riß feste Beschichtung auf, die leicht herstellbar und besonders dazu geeignet ist, eine feste, schwer abblätternde Haftverbindung mit einer zusätzlich aufgebrachten Emailschicht einzugehen.
• Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Merkmale, Verfahrensschritte, Ausführungsbeispiele und Anwendungszwecke beschränkt, sondern sie umfaßt auch alle deren fachmännische Abwandlungen sowie Teil- und Unterkombinationen.
• - Ansprtiche -

Claims (1)

1. Ansprtache 1. Verfahren zum Vorbereiten eines zu emaillierenden Stahl-Bleches, wobei das Blech entfettet und abgespült wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Erwärmung unmittelbar auf mindestens einer Oberfläche eine binäre Legierung aufgebracht wird, und daß diese binäre Legierung aus Eisen und einem zusätzlichen Element aus derselben Gruppe des periodischen Systems gebildet ist.

   2. Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß das Blech zunächst auf eine Temperatur zwischen 2ovo0 C und 8ovo0 C erhitzt wird, ehe der -Aurtrag erfolgt.

   5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftrag durch einen gleichzeitigen Niederschlag von Eisen und dem zusätzlichen Element gebildet wird.

   4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Gemenge aus Eisen und dem zusätzlichen Element gewonnen wird.

   5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnetw daß als zusWtzliches Element Nickel oder Kobalt benutzt und in eine binäre Eisen-Nickel- oder Eisen-Kobalt-Legierung überführt wird.

   6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Eisen mit sich verringerndem und Nickel oder Kobalt mit ansteigendem Gehalt, bezogen auf den Auftrag von der Grenzschicht vom Blech zur freien Oberfläche des Auftrages hin, niedergeschigen werden.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Nickel oder an Kobalt zwischen 1 ß und 15 ffi und der Gehalt an Eisen zwischen 99 ffi und 85 % liegt.

   8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf die mit der Beschichtung zu versehende Oberfläche des Bleches zwischen o,5 g und 4 g'Nickel oder Kobalt je m2 aufgebracht werden.

   9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Eisen und das zusätzliche Element unmittelbar, mittels Verdampfens im Vakuum aufgebracht werden.

   lo. Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es auf ein Stahlblech mit einem Kohlenstoffgehalt unter o,o12 % und vorzugsweise zwischen o,oo4 ß und o,oo5 ß angewendet wird.

   11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis lo, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich eine Oberfläche mit der binären Legierung aus Eisen und einem zusätzlichen Element beschichtet wird, und daß auf die andere Oberfläche ein billi-gerer Uberzug, insbeSondere ein Aluminiumüberzug aufgebracht wird.

   12. Stahlblech, bei dem mindestens eine Oberfläche zum Emaillieren mit einer Beschichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer binären Legierung aus Eisen und einem anderen Element derselben Gruppe des periodischen Systems, vorzugsweise Nickel oder Kobalt, besteht.

   15. Stahlblech nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung von der Grenzfläche zum Stahlblech ausgehend einen abnehmenden Gehalt an Eisen und einen zunehmenden Gehalt an Nickel oder Kobalt aufweist.

   14. Stahlblech nach Anspruch 12 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberfläche mit Aluminium beschichtet ist.

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