DE2453668A1

DE2453668A1 - Korrosionsfestes aluminiumverbundmaterial

Info

Publication number: DE2453668A1
Application number: DE19742453668
Authority: DE
Inventors: William H Anthony; James M Popplewell
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1973-11-12
Filing date: 1974-11-12
Publication date: 1975-05-15
Also published as: SE8103564L; SE7414121L; JPS50112209A; FR2250635A1; NO136677B; NO744053L; ATA904074A; FR2250635B1; CH611934A5; US3923557A; CA1028175A; NO136677C; NL7414740A; AT348263B; SE421326B

Description

η...: J 363 M₊a ^^ST" ¹²· November 1974

§ Manchen 40, Cisiaras*. Il

Telefon: 3450 87

SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AG, 2453668

Chippis, Schweiz

" Korrosionsfestes Aluminiumverbundmaterial "

Prioritäten: 12. November 1973, V.St.A., Nr. 414 862 · . 14. März 1974, V.St.A., Nr. 451 074

Es sind grosse Anstrengungen gemacht worden, Aluminium und Aluminiumlegierungen auch dort einzusetzen, wo diese in Kontakt mit fliessendem verunreinigtem Wasser kommen.. Gezielte Versuche sind unternommen worden, um Aluminiumlegierungen in Wärmeaustausehern einzusetzen, in welchen mindestens eine der-Flüssigkeiten verunreinigtes Wasser ist. Im allgemeinen sind diese Anstrengungen erfolglos geblieben und ^ zahlreiche Schwierigkeiten in bezug auf die Korrosion der dazu verwendeten Aluminiumlegierungen sind aufgetreten.

Die erste .Schwierigkeit, die mit der Verwendung von Aluminium in wässrigem Milieu aufgetreten ist, besteht in der örtlicher oder punktförmigen Korrosion. Diese Korrosionsart wird auch Lochfrass genannt. Wenn sich solche Löcher, die als Pits bezeichnet werden,zu bilden beginnen, so ist der korrosive Einfluss weitgehend auf diese Pits beschränkt, wodurch eine" Perforierung und Beschädigung der Legierung sehr yiel rascher eintritt, als wenn eine allgemeine nicht stark lokalisierte Korrosion einträte.

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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine korrosionsfeste Aluminiumlegierung sowie ein korrosionsfestes Verbundmaterial aus Äluminiuralegierungen zu schaffen, das in verunreinigtem Wasser eingesetzt werden kann, ohne dass die-oben erwähnten Mangel auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens eine Seite des>Kernmaterials_s das neben Aluminium 0,2-0,8? Mangan_s O,O5-O,5£ Silizium,0-0,3$ Magnesium, 0-0,.2^ Eisen, 0-O₃If Chrom, 0-0,1? Kupfer, 0-0,1$ Zink und 0-0,05$ Titan enthält, metallurgisch mit einem Plattiermaterial, das neben Aluminium' 0,8-1,2% Mangan, 0,1-0,3$ Zink, 0-0,1% Magnesium, 0-0,Ii Chrom, 0-0,lS Titan, 0-0_slS Eisen_s Q-Q_SO5# Silizium und o-O,05$ Kupfer' enthält, verbunden ist.

Das als Basismetall verwendete Aluminium ist von handelsüblicher Reinheit, der Gehalt der Legierungselemente ist in Gewichtsprozenten angegeben/

Der Kern des erfindungsgemässen Verbundmaterials hat einen aussergewöhnlich hohen Widerstand, sowohl gegen punktförmige •als auch gegen allgemeine Korrosion.

Das Verbundmaterial besitzt ausserdem die Eigenschaft, dass die Tiefe der Pits weitgehend auf die Dicke der Plattierschicht beschränkt ist.

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si

Die Plattierschicht ist in bezug auf die Kernlegierung anodisch und bewirkt einen galvanischen Strom, der für den Korrosionsschutz ausreicht. Die allgemeine Korrosionsgeschwindigkeit des Plattiermaterials ist, verglichen mit andern, üblicherweise verwendeten Aluminiumlegierungen, klein. Dies erlaubt, dass eine verhältnismässig dünne Schicht von Plattiermaterial einen langfristigen Schutz des Kernmaterials bewirkt.

Das aus den vorliegenden Legierungen gebildete Verbundmaterial, das leicht nach bekannten Verfahren hergestellt werden kann, ist insbesondere zur Herstellung von Rohrleitungen für Wärmeaustauscher geeignet.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsarten, sowie durch Zeichnung und Ansprüche näher erläutert. Falls nichts anderes angegeben ist, vrird auch im folgenden die Zusammensetzung des Verbundmaterials in Gewichtsprozenten angegeben.

Legierungszusammensetzung und deren bevorzugter Bereich für den Kern des Verbundmaterials wird in Tabelle I aufgeführt.:

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	Bereich	0.5	Bevorzugter	0.25
Silizium	0.05 -	0.8	0.15 -	0.6
Mangan	0.2 -	0.2	0.3 -	0.08
Eisen	0	σ.ι	0	0.05
Chrom	0	0.3	0	0.1
Magnesium	0	0.1	0	0.05
Kupfer	0	0.05	0	0.03
Titan	0 " -	0.1	0.005«	0.05
Zink	0		0
Aluminium	Rest	Rest

Die wesentlichen Bestandteile der Aluminiumlegierung sind Mangan und Silizium. Die restlichen Elemente können als Verunreinigungen bis zum in Tabelle I angegebenen Gehalt auf treten. Titan kann zwecks Kornfeinung zur Legierung hinzugefügt werden. Es ist nicht festgestellt worden, dass Zink irgendeine schädliche Wirkung auf das Korrosionsverhalten . der Legierung ausübt, und der Gehalt ist so gewählt worden, dass für die Legierungsherstellung die Verwendung von zinkhaltigen Abfällen ermöglicht wird. Natürlich kann jede der erwähnten Verunreinigungen in so geringen Mengen wie z.B. 0,001JE vorhanden sein. Bevorzugte Bereiche für die "Verunreinigungen" sind Bereiche von 0,001 % bis jeweils zu den

oben angegebenen Obergrenzen.

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In der Legierung eingeschlossene Partikel, die in bezug auf das Grundgefüge anodisch oder kathodisch sind, stellen einen· Hauptgrund für den Lochfrasfin Aluminiumlegierungen dar. Wenn sich die Legierung in einem leitenden Medium befindet, bewirken solche Partikel den Aufbau einer galvanischen Zelle. Solche Zellen bilden ihrerseits Ausgangspunkte für die Bildung von Pits. Partikel, welche wahrscheinlich Lochfras bewirken, sind beispielsweise Silizium, PeAl,, CuAl,,, MnAIg und o£- (AlPeSi). Im Verlauf der Untersuchungen ist gefunden worden, dass die Gegenwart von kathodischen FeAl -Partikeln in einer 6o6l-Legi'erung (AlSi 0,4-0,8; Fe 0,7; Cu 0,15-0,40; Mn 0,15; Mg 0,8-1,2; Cr 0,04-0,35; Zn 0,25; Ti 0,15) innerhalb so kurzer Zeit wie einer Stunde zur Bildung eines Pits führen kann, wenn die Legierung fliessendem Leitungswasser von 30⁰C ausgesetzt wird.

Die Zusammensetzung der Kernlegierung der vorliegenden Erfindung ist aufgrund der Konstitutionsbeziehungen ausgewählt worden, die von H.W,L. Phillips (Journalof the Institute of Metals, vol. LXIX, 1943) für das quaternär^ Aluminium Mangan - Silizium - Eisen - System abgeleitet worden sind, um die Bildung von kathodischen und anodischen Partikeln zu minimalisieren oder zu eliminieren. Aus diesem Phasendiagramm ist ersichtlich, dass die Gegenwart von ungefähr 0,4? Mangan die Bildung der FeAl^-Partikel unterdrücken wird. Partikel von oi— (AlFeSi) bleiben jedoch. Aus diesem Grund ist der.

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Eisengehalt der Kernlegierung der vorliegenden Erfindung beschränkt worden: ^~~{AlFeSi) Partikel sind auch schädlich für das Korrosionsverhalten von Aluminiumlegierungen, wenn auch in viel geringerem Grad als FeAl -Partikel.

Andere Versuche-haben darauf hingewiesen, dass der Widerstand von Aluminium gegen punktförmige Korrosion durch die Zugabe von Silizium bedeutend verbessert werden kann, falls dieses Silizium in fester Lösung ist. Der Konzentrationsbereich, über welchen das Silizium in fester Lösung bleibt, ist weitgehend abhängig vom Eisen- und Manganggehalt, sowie von der Gegenwart von Magnesium. Die Siliziumgehalte der Kernlegierung der vorliegenden Erfindung sind unter Berücksichtigung dieser Argumente gewählt worden.

Die Legierungszusaminensetzung und die bevorzugten Bereiche für das Plattiermaterial des Verbundkörpers sind in der untenstehenden Tabelle II aufgeführt;

Tabelle II	Bereich	0.1	Bevor:	sugte
	0	1.2	0	0.05
Magnesium	0.8 -	0.1	0.9 -	1.1
Mangan	0	0.05	0.02-	0.05
Chrom	0	0.05	0	0.03
Silizium	o ■-	OA	0	0.01
Kupfer	0.1 -	0.1 .	0.15-	0.25
Zink	0	0.1	0.005-	-0.03
Titan	0		.0	0.08
Eisen	Rest		Rest
Aluminium

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Die wichtigsten Bestandteile der Aluminium- Plattierlegierung sind Mangan und Zink. Die restlichen, in Tabelle II aufgeführten Elemente können bis zum angegebenen Gehalt als Verunreinigungen anwesend sein, ohne die Eigenschaften der Plattierlegierung ungünstig zu beeinflussen. Natürlich kann irgendeine der Verunreinigungen mit einem so niedrigen Gehalt wie z.B. 0,0015? anwesend sein. Titan kann als.Kbrnfeiner hinzugefügt werden.

Die Zusammensetzung der Kernkomponente ist derart entwickelt v;orden, dass sie eine verhältnismässig niedrige Korrosionsund Lochfrassgeschwindigkeit hat, während das Plattiermaterial so geschaffen worden ist, dass es einen aussergewöhnlichen galvanischen Schutz für das Kernmaterial gewährleistet sowie eine niedrige allgemeine Korrosionsgeschwindigkeit hat.

Der erfindungsgemässe Verbundkörper kann durch zahlreiche Verfahren hergestellt werden. Typische Verfahren, welche verwendet werden können, sind diejenigen der Kaltumformung, wie Gesenkschmieden und Walzen, sowie Verfahren zur Verformung bei erhöhten Temperaturen, wie Warmwalzen. Ein typisches Verfahren für die Herstellung des Verbundkörpers der. vorliegenden Erfindung wird in der US-PS 3 38I 366 beschrieben. Natürlich können andere, wohlbekannte Verfahren angewandt werden, wie jene zur Herstellung von Alclad-Blech.

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Die Dicke der Plattierschicht liegt im allgemeinen zwischen 2 und 20$ der gesamten Dicke des Verbundmaterials, vorzugsweise zwischen 0,025 und 2,5 mm. Die Dicke des Kernes kann je nach den mechanischen Anforderungen, die der fertige Gegenstand erfüllen muss, gewählt werden.

Der Verbundkörper der vorliegenden Erfindung hat vielfältige .Anwendungsmöglichkeiten. Beinahe alle metallischen Gegenstände, die in korrosiver wässriger Umgebung bei massigen Temperaturen verwendet werden wollen, können aus dem Verbundmaterial hergestellt werden.

Falls das Verbundmaterial in Blechform hergestellt wird, können aus dem Blech leicht weitere Gegenstände, wie beispielsweise Rohranlagen hergestellt werden. Wenn aus dem Verbundkörper Rohrleitungen für Wärmeaustauscher hergestellt werden, dann haben diese vorzugsweise eine Wandungsdicke von 0,25 - 2,5 mm mit einer 0,025 - 0,50 mm dicken Plattierschicht. Solche Rohrleitungen können auch für andere Zwecke verwendet werden, wie z.B„ als Rippen auf rohrförmigen Wärmeaustauschern. Selbstverständlich können aus entsprechenden Verbundmaterial auch Rohre mit Wandungsdicken bis zu einer Grössenordnung von 25 mm hergestellt werden.

Normalerweise ist es nur notwendig, eine Ueberzugsschicht

auf die Oberfläche einer Kernschicht, welche dem korrosiven wässrigen Milieu

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ausgesetzt wird, aufzubringen. Beispielsweise würde der Schutzüberzug in einem Oberflächenkondensator, der zum kondensieren von Abdampf mittels korrosivem Kühlwasser- verwendet wird, nur auf der Wasserseite aufgebracht,- Hingegen wäre es bei der Herstellung von rohrförmigen Wärmeaustauschern, welche zwischen zwei korrosiven Medien Wärme austauschen, notwendig, die Rohrleitungen aus einem Verbundmaterial herzustellen, das beidseitig mit einer Schutzschicht überzogen ist.

Die vorhergehende Diskussion der vorliegenden Erfindung wird durch die folgenden erläuterden Ausführungsbeispiele, besser verstanden. Die Beispiele l~k betreffen die erfindungsgemasse Kernlegierung des Verbundmaterials, Beispiel 5 betrifft die Plattierlegierung des vorliegenden Verbundmaterials und die Beispiele 6 und 7 betreffen das eigentliche Verbundmaterial.

Beispiel 1

Eine Reihe von Gusstücken wurde unter Verwendung von hochreinem Aluminium als Basismaterial hergestellt. Das hochreine Aluminium enthielt folgende Verunreinigungen: 0,001Ji Eisen und 0,0015? Silizium. Zu Teilen dieses Ausgangsmaterials wurden folgende Zusätze gegeben:

a) 0,082 Silizium

b) 0,6% Mangan + O,O8>5 Silizium

c) kein Zusatz

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Die Gusstücke wurden während 16 Stunden bei 595°C homogenisiert und anschliessend luftgekühlt«, Die Barren wurden dann entgratet und mit einer Ausgangstemperatur von 4*lO°C von
38 mm auf β um warm abgewälzte Dann wurden die Barren kalt
auf 1 mm Dicke abgewälzt und während 10 min bei 595°C stossgeglühto Nach ,dem Glühen wurden die Proben auf die Enddicke von 0J5 m kalt abgewälzte

Proben von' diesen drei Legierungen wurden gereinigt und dann fliessendem Leitungswasser von 30 C ausgesetzt., welches einmal pro Woche nachgefüllt wurde„ Eine Probe der Legierung 3003 (AlSi 0_s5; Fe Q₈?;. Cu 0,05-0,20;'Mn l_a0-l₉5p Zn 0,10) wurde als Yergleichsprobe verwendete Nach 6O₅, -120 und I80 'Tagen wurden die Proben herausgenommen und in bezug auf Gewichtsverlust und Pittiefe ausgemessen und analysiert« Die Daten sind in äer Figur grafisch dargestellt» Diese -Ergebnisse seigen die Ueberlege'nheit der erfindungsgemässen Legierung gegenüber hochreinem Aluminium und der Vergleichsprobe aus der Handelslegierung 3Ö03. Es ist offensichtlich, dass durch die· Zugabe von Mangan und Silizium eine Legierung gebildet wird, die in bezug auf die gesamte Korrosionsgeschwindigkeit und die Pittiefe überlegen ist« Tabelle III zeigt die angenäherten Analysenwerte des in den Beispielen verwendeten Wassers.

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	Cl	17.9
	Pe ·	0.24
509820/	Cu PH O₂ ·	0.02 7.2 7.5
CD .F- OO	.. co₂ Festkörper	5.0 90.0
	Härte (CaCO-)	55.8
	Alkalität (CaCO )	JUO.5
	Calcium	35.7
	■Natrium	5.0
	Sulfate	60.0

Tabelle III ·

KMlIMHl₁₁ I Il IMaHUBMBI HMIW |

Wasser-Analyse (.ppm)

Leitungswasser Versuch mit kontinuierlicher Versuch mit wöchentlicher

Nachfü'llung; des Leitungswassers Nachfüllung des Leitungswassers

.12.8' ^; 1.1

O.JL3 ' 0.06 . Ot

0.05 0.01 03

•6.8 ' 7.8

12.0 8.4'

3.0 - 2.0

109.0. . · 120.0

37.8 ' 68.2

19.3, , 58.5

. 14.2 32.2

4.0 ' 7.0

65.0 47.0

Beispiel 2

Eine Reihe von Versuchsbarren wurde gegossen, unter Verwendung von hochreinem Aluminium als Basismaterial_s das aber 0,05-0,O63& Eisen enthielt. Die Zusammensetzung dieser Legierungen wird in Tabelle IV aufgeführt, wo auch die Korrosionsdaten nach einer Versuchsdauer von 60 Tagen zu finden sind.

Die Gusstücke wurden während 16 Stunden bei 595°C homogenisiert und dann in V/asser abgeschreckt. Sie wurden anschliessend entgratet und·dann von 38 rom auf k_S5 rom warm abgewalzt, wobei die Temperatur bei Beginn des Warmwalzens 4*l0^oC betrug. Die Legierungen wurden dann kalt auf 1,8 mm abgewalzt und nachher während 2 Stunden bei 3*15⁰C geglüht. Wach dem Glühen wurden sie gleichmässig^mit einer Geschwindigkeit von 10 C pro Stunde,, auf 205°C abgekühlt und dann kalt auf 1,3 mm abgewalzt. Die Legierungen wurden nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren geprüft, wobei aber das Wasser alle 12 Stunden nachgefüllt wurde. In Tabelle III sind angenäherte ,Analysenwerte des verwendeten Wassers aufgeführt,,

Die Untersuchung der in der Tabelle IV aufgeführten Korrosionsdaten zeigt, dass über gewisse Konzentrationsbereiche von. Silizium und Mangan eine synergistische Wirkung auf den Widerstand gegen punktförmige Korrosion entsteht» Der optimale

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Mangangehalt liegt bei 0,4?, während der optimale Siliziumgehalt etwa 0,2£ beträgt. Die Gegenwart von 0,25? Chrom hat einen nachteiligen Einfluss auf den'Widerstand gegen Lochfrass, ebenso die Gegenwart von 1% Magnesium. Mangan hat bis zu einem Gehalt von 0,6% einen sehr nutzbringenden Einfluss, ist aber bei einem Gehalt von 1% schädlich, weshalb 0,8$ die obere Grenze der Brauchbarkeit darzustellen scheinen.

Die schädliche Wirkung von Magnesium ist bedingt durch die Bildung von Magnesiumsilizid und der dadurch bedingten Konzentrationserniedrigung des Siliziums in fester Lösung. Weil die Dicke der 3003 - Vergleichsprobe kleiner war als die Dicke der übrigen Proben, und deshalb vollständig durchlöchert wurde, ist es nicht möglich den Widerstand gegen Lochfrass der 3003-Vergleichsprobe genau mit den Versuchslegierungen zu vergleichen. Die Untersuchung der Proben zeigte jedoch, dass der Lochfrass der 3003 - Probe ungefähr doppelt so gross wie derjenige der besten Versuchsprobe war.

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Tabelle IV

«π σ <ο co »ο O

CO

Spektroskopische Analyse und Resultate der Korrosionsversuche der Al-Legierungen von Beispiel 2 nach 60 Tagen,in Leitungswasser.

Prozentuale	Fe	Si	H 14	Zusammensetzung	Pittiefe	[mm J	Gewichtsverlust
0,056	0.11	H 14	Mn Cr Mg	mittel	maximum	[mg/cm 3
0.051	0.23	T 6	O.-43 - · --	0.38	O.57' '	12.8'
0.055	O.23	0.3I " —	0.21	0.45	15.1
0.053	0.10	0.45	' 0.22	0.39	- /15.4
0.050	0.03	0.64	0.26	0.50	14.2
O.O6I	0.10	1.0	0.29	0.51	17.6
0.061	0.098	0.63 . 0.20	0.29	0.46	13.1
1X00,	0.61 0.21 1.04	0.42	0.56.	10.3
3003,		0.68·	1.11	15.5
6061,		__*	O.69*	17.7
	0.42	0.61	.20.9

H 14: halbhart, abgewalzt bzw. abgesogen (35$ Kaltverfestigung) T 6 : lösungsgeglüht,'abgeschreckt, warmausgelagert_/ohne Verfestigung * perforiert

co

Beispiel 3

Drei Aluininiumlegierungen mit 0,1$ Silizium und 0.6% Mangan wurden gegossen und nach dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren zu 1,3 mm dicken Blechen verarbeitet. Das Ziel bestand darin, zu untersuchen ob der Lochfrass durch einen variierenden Eisengehalt in der Legierung beeinflusst wird oder nicht. Eine zusätzliche Absicht war, die Auswirkungen der Zugabe von Titandiborid als Kornfeiner auf das Lochfrassverhal.ten zu untersuchen. Die Legierungen wurden, wie in Beispiel 2, dem Einfluss von Leitungswasser ausgesetzt. Die Resultate werden in Tabelle V aufgeführt, sie weisen darauf hin, dass die Versuche der Legierung mit Zusätzen von 0,1$ Silizium und 0,6% Mangan, vom Standpunkt des Lochfrasses aus betrachtet, sowohl nach 60 als auch nach l80 Tagen ungefähr gleich verlaufen, gleichgültig ob der Eisengehalt 0,01 oder 0,063? beträgt.

In Anbetracht der gut bekannten, höchst schädlichen Wirkung von Eisen auf den Widerstand von Aluminiumlegierungen gegen Lochfrass wird die Wirksamkeit des Manganzusatzes klar gezeigt, Der Zusatz von Titandiborid in einer Menge, die eine wirksame Kornfeinung erlaubt, hatte keine fühlbare Wirkung auf den Widerstand der Legierung gegen Lochfrass.

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Tabelle V ' . ■

Spektroskopische Analyse und Resultate der Korrosionsversuche der Al-Legierungen von Beispiel 3, die während verschiedenen Zeitdauern bis zu 18O Tagen dem Einfluss von Leitungswasser ausgesetzt waren,

Prozentuale Zusammensetzung . Pit tiefe [mm] Gewichtsverlust [mg/cm J

Si Mn Ti B 60 Tage 120 Tage I80 Tage βθ Tage 120 Tage 180 T. ■ mittel max. mittel max. mittel max.

Ο,οΐβ 0.107 0.62 »τ ' — 0.23 0.78 0.25 0.10 0.38 Ο.βΐ 9.0 18.7 29.2

J 0,01¹I 0.093 0.61 0.014 0.004 0.24 0.40 0.22 0.32 0.43 0.7β .10.0 17.3 28.7

0.063 O₀IO 0,64 — — 0.2β 0.45 0ο38 0.64 0.40 0.52 10.4 17.4 28.6

Beispiel 4

Die Legierungen der vorliegenden Erfindung haben bescheidene mechanische Eigenschaften. Legierungen mit den in Tabelle VI aufgeführten Zusammensetzungen wurden nach dem in Beispiel 2 angegebenen Verfahren gegossen und bearbeitet. Die abschliessende Reduktion durch Kaltverformung betrug 30$, die resultierenden mechanischen Eigenschaften sind in Tabelle VI aufgeführt: '

Tabelle VI

Si Mn Fe Cr Mg Cu Al O~d ,2 j kg ]<^JTcg₂7 j]%]

Lmm?! [inn J

0.23 0.31 0.051 <0.01 <Ό.Ο1 0.01*15 Rest 13.6 13,8

0.23 0.1*5 0.035 <0.01 <0.01 0.014 Rest 14.5 14.8

Beispiel 5

Dieses Beispiel zeigt das Korrosionsverhalten von Aiuminiumlegierungen mit ungefähr 0,2? Zink und wechselnden Silizium- und Mangangehalten. Diese Legierungen wurden vom Standpunkt der Bildung der Plattierschicht des vorliegenden Verbundmaterials aus betrachtet. Diese Legierungszusamw.ensetzungen wurden aufgrund des elektrochemischen Verhaltens zum galvanischen Schutz der Legierungen von Beispiel 2 ausgewählt. Die spektroskopische Analyse dieser Legierungen wird in Tabelle VII gezeigt;

S09820/10.4S

Tabelle VII '

Si Fe Mn Zn Mg Cr Cu Ti Al

0.03 0.062 1.09 0.16-5 <0.01 0.02 <0.01 0.010' Rest 0.215 0.066 0.5¹» O.I65 <0.01 0.01 <0.01 0.01*1 Rest

Diese Barren wurden gleich behandelt wie diejenigen von Beispiel 2, wodurch 1,3 nun dickes Material erzeugt wurde. Galvanische Paare der in Tabelle VII gezeigten Legierungen und der ersten beiden Legierungen von Tabelle IV wurden hergestellt und dann, wie in Beispiel 1 beschrieben, fliessendem Leitungswasser ausgesetzt. Der resultierende Strom zwischen Anode und Kathode des galvanischen Bades, wurde in Funktion der Zeit gemessen. Die ermittelten Daten zeigen, dass eine Plattierlegierung, die ungefähr 1% Mangan, 0,1755 Zink und 0,03* Silizium enthält,, für eine Kathode, die 0,2% Silizium und 0,5? Mangan enthält, einen hinreichenden Schutzstrom gewährleistet. Eine aus 0₉2? Silzium_s 0.5$ Magnesium und 0_$17% Zink bestehende Änod.e hingegen konnte eine sehr ähnliche Kathodenlegierung mit Oj2% Silicium und Q_S3$ Mangan nicht schützen*, Es scheint also bei der Plattierlegierung einen krltisehen Minimumgehalt von Mangan und einen niedrigen Maxi« malgehalt too Silizium zu geben_s damit Plattierlegierungen

Beispiel 6

Ein Verbundmaterial wurde unter Verwendung der Angaben in den vorhergehenden Beispielen hergestellt. Die spektroskopisch^ Analyse von Plattierung und Kern dieses Verbundmaterials ergab die in Tabelle VIII angegebene Zusammensetzung. . . .

Tabelle VIII

Si Pe Cu Mn Mg Cr Zn Ti

Barren A: 0.0.35 0.070 £0.01 1.07 <0.01 <0.02 0.168 0.0135 Beschichtung

Barren Bi 0.198 0.075 — 0.310 — — — 0.0088 Kern

Plattier- und Kernmaterial wurden ursprünglich in Barrenform, mit einer Dicke von ^,5 mm, hergestellt. Diese Barren wurden während 12 Stunden bei 595°C homogenisiert. Der Plattierbarren wurde bei einer Temperatur von *125^DC warm auf eine Dicke von 3»2 mm abgewalzt. Die Kernbarren werden auf eine Dicke von 32 mm gewalzt. Die Oberflächen, die miteinander verbunden v/erden sollen, wurden durch Bürsten und Dampfentfettung gereinigt. Der warmgewalzte Plattierbarren wurde entzweigeschnitten und auf den Kernbarren geschweisst. Der Verbundkörper wurde dann bei 425⁰C auf eine Dicke von 3,8 mm

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warm abgewalzt, luftgekühlt und kalt auf eine Enddicke von 1,5 nun reduziert, wobei die Dicke der Beschichtung etwa der gesamten Dicke ausmachte. Die Festigkeitseigenschaften des fertigen Materials in Längsrichtung waren folgende:

O,2/£-Streckgrenze ; of_L 1*1,6 kp/mm

Bruchfestigkeit' cj 19,0 kp/mm Dehnung (Messlänge 5cm)-:<f 3,9 %

Das Plattiermaterial wurde während 60 und 120 Tagen dem Einfluss von fliessendem Leitungswasser ausgesetzt. Während den gleichen Zeitperioden wurden auch die in Tabelle X aufgeführten Vergleichsproben eingesetzt. Alle Proben wurden dann in bezug auf Korrosionsschäden geprüft, die Ergebnisse sind in Tabelle X zusammengestellt.

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Tabelle X

Korrosion der Versuchslegierung und von Verlgeichslegierungen in fliessendem Leitungswasser, bei 30 C

Einwirkungs- Gewichtsvers mittlere maximale dauer CTage) lust (rag/cnO Pittiefe Pittiefe

CmmJ Cmm}

Verbundmaterial v.Beisp.6, H 16	60 . 120	0.878 5.9	0.13 0.19	.0.18 O.23
Alclad 300*1-0	60 120	8.6 14.9	0.21 0.44	0.26 0.66
3003 H 14	• 60 120	8.9 I6.3	0.21 0.27	0.27 - O.36
5052 H 31	60 120	1.5 7.7	0.48 ,0.77	O.65 0.92
6O6I T 6	60 120	5.7 16.1	0.25 0.39	0.39 O.47

3004-0: AlSi 0.30; Fe 0.7; Cu 0.25; Mn 1-1.5; Mg 0.8-1.3; Zn 0.2; weichgeglüht.

5052 H 34: Si+Fe 0.45; Cu 0.10; Mn 0.10; Mg 2.2-2.8; Cr 0.15-O.35f 1/2 hart (35? Kaltverfestigung, stabilisierungsgeglüht.
*Zn 0.20

Diese Resultate zeigen deutlich, dass die allgemeine Korrosionsgeschwindigkeit der vorliegenden Erfindung bedeutend niedriger ist als diejenige der Alclad 3004 und der 3003 Legierung. Es ist bezeichnend, dass beide, mittlere und maximale Pittiefe des Verbundmaterials von Beispiel 6 wesentlich geringer sind als die gemessen Pittiefen der Vergleichslegierungen.

"χ _Λ.

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Die mittlere Pittiefe beim Verbundmaterial von Beispiel 6 entspricht ungefähr der Dicke der Beschichtung, während die mittlere Pittiefe bei der Alclad 300ⁱi-Legierung beinahe das Dreifache der Beschichtungsdicke ausmacht. Dies zeigt die · Wirkung"der erfindungsgemässen Plattierung, welche einen Lochfrass bei der Kernlegierung verhindert.

Beispiel 7

Trotz dem im vorhergehenden Beispiel gezeigten guten Korrosionsverhalten des vorliegenden Verbundmaterials, wäre es äusserst wünschenswert, dass Korrosionsschäden weiter vermindert oder sogar verhindert werden können. Es wurde gefunden, dass ein Aluminiumhydroxidfilm, in Form von Böhmit AIpO ·ΗρΟ, bedeutend zur weiteren Verbesserung des Korrosionswiderstandes beitragen kann. Die maximale Schutzwirkung wird bei Böhmitschichten, die zwischen 0,2 und 2 μπι "dick sind, festgestellt. Beispielsweise wurden zwei Proben der in Beispiel 6 erwähnten Legierung derart bearbeitet, dass eine Reihe von 0,18 mm tiefen Schlitzen in der Oberfläche des Verbundmaterials erhalten wurde. Die Dicke der Plattierschicht war geringer als 0,18 mm, die Bearbeitung diente deshalb dazu, den Kern- des Verbundmaterials teilweise freizulegen. Mit diesem Freilegen des Kerns des Verbundmaterials wurde beabsichtigt, mögliche Vorgänge zu simulieren, welche die Ueberzugsschicht beschädigen könnten» Insbesondere wurde mit den Schlitzen beabsichtigt, die Wirkung einer Schweissnaht von Rohren, die durch Schweissen und Verlaschen hergestellt werden, zu simulieren. .

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Eine der Proben wurde während 8 Stunden mit Dampf von 12O⁰C behandelt, wobei ein Böhmitfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,875 jum gebildet wurde. Die andere Probe wurde nicht entsprechend behandelt. Die Probe mit der Böhmitschicht wurde anschliessend auf der gegenüberliegenden Oberfläche geritzt, um die Bildung der Schlitze zu simulieren, welche in einer Kondensationsröhre durch die Scheuerwirkung von festen Teilchen, die- durch das Kühlwasser mitgeschleppt werden, oder während der Reinigung entstehen. Beide Proben wurden

„ +120
dann während 60 Tagen fliessendem Leitungswasser ausgesetzt..

Nach dieser sechzigtägigen Einwirkung wurden die Proben auf Korrosionsschäden untersucht. Die Resultate sind in der Tabelle XI zusammengestellt:

Tabelle XI

Allgemeine Korrosionsuntersuchung der Versuchsproben von Beispiel 7

Einwir- Gewichts- Max.Pit- Mitl.Pit- Max.Pit-

kungs- verlust tiefe i. tiefe i. tiefe

dauer (mg/cm²) d.Schlit-d.Beschi- d.Beschich·

(Tage) ■ zen (mm) chtiing mm tung (mm)

unbehandelt 60 O.878 O.O6 0.13 .0.18 120 5.9 0.26 0.19 .0.23

Böhmit 60 0 kein Angriff ** 0.07* 120 0.27 kein Angriff ** O.O8*

* Risskorrosion beim Auflagepunkt

**Ungenügende Daten zur Bildung eines genauen Mittelwertes

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Es ist offensichtlich, dass die Böhmitbehandlung die Korrosionsanfälligkeit des Verbundmaterials während der untersuchten Zeitperiode bedeutend erniedrigt hat. Insbesondere war der Gewichtsverlust, ausgedrückt in Milligramm pro Quadratcentimeter, bei einer Yersuchsdauer von 60 Stunden innerhalb der Grenzen der verwendeten Versuchsapparatur gleich 0, und das einzige Anzeichen von beginnendem Lochfraas bestand darin, dass sich in der Nähe des Auflagepunktes der Proben etwas wie Risskorrosion bildete. Diese Korrosionsform kann durch saubere Gestaltung leicht vermieden werden. Selbst die Zerstörung der-Unversehrtheit des Böhmitfilms durch Kratzen führte nicht zur Bildung von Lochfräß.

Die Legierungen der vorliegenden Erfindung haben ein weites potentielles Anwendungsfeld, das fast alle Anwendungen umschliesst, bei welchen ein metallischer Gegenstand in Berührung mit verhältnismässig stark verunreinigtem Wasser oder andern wässrigen Medien kommen muss. Typische Anwendungsmöglichkeiten sind Röhren oder Leitungen für den Durchfluss von wässrigen Medien und Wärmeaustauscher für die Wärmeübertragung von und zu einem wässrigen Medium. Das Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung ist insbesondere geeignet für die Herstellung von dünnwandigen Rohrleitungen, wie beispielsweise geschweisstöiRohrleitungen, die aus Metallstreifen hergestellt werden.

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Solche Rohrleitungen hätten,je nach Rohrdurchmesser normalerweise eine Wandungsdicke von O,5~9,5 mm und einen Durchmesser von 3-¹JOO mm. Natürlich können dickwandige Rohre und Leitungen hergestellt werden, die Wandungsdicken bis beispielsweise 25 mm haben. Das Verbundmaterial kann auch zur Herstellung von Gegenständen wie Rohrblechen, Abstandhaltern für Rohre und Rohrträgern verwendet werden. Im allgemeinen ist das erfindungsgemässe Verbundmaterial immer von Nutzen, wenn Korrosionsprobleme auftreten» sei es beispielsweise in Triebwerkanlagen oder Erdölraffinerien.

In besonderen Fällen genügt es auch, wenn zur Verbesserung •des Korrosionswiderstandes nur die Kernlegieung verwendet wird, d.h. auf die zusätzliche Wirkung der Plattierschicht kann unter Umständen verzichtet werden.

Eine weitere Figur zeigt ein erfindungsgemäß ausgebildetes Wärmetauschrohr, das eine außenliegende Schicht 1 aus dem Kerrimaterial und eine innenliegende Schicht 2 aus dem Plattiermaterial aufweist.

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Claims

Ansprüche

1. Korrosionsfestes Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite des Kernmaterials, das neben Aluminium 0,2-0,8$ Mangan, 0,05-0,5$ Silizium, 0-0,3$ Magnesium, 0-0,2$ Eisen, 0-0,1$ Chrom, 0-0,1$ Kupfer, 0-0,1$ Zink und 0-0,05$ Titan enthalt, metallurgisch mit einem Plattiermaterial, das neben Aluminium 0,8-1,2$ Mangan, 0,1-0,'!$ Zink, 0-0,1$ Magnesium, 0-0,1$ Chrom, 0-0,1$ Titan, 0-0,1$ Eisen, 0-0,05$ Silizium und 0-0,05$ Kupfer enthält, verbunden ist.

2. Verbundrcaterial nach Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet, dass das Kernmaterial 0,3-0,6$ Mangan, 0,15-0,25$ Silizium, 0,005-0,03$ Titan, 0-0,1$ Magnesium, 0-0,08$ Eisen, 0-0,05$ Chrom, 0-0,05$ Kupfer und 0-0,05$ Zink enthält.

3.Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattiermaterial 0,9-1,1$ Mangan, 0,15-0,25$ Zink, 0,02-0,05$ Chrom, 0,005-0,03$ Titan, 0-0,08$ Eisen, 0-0,05$ Magnesium, 0-0,03$ Silizium und 0-0,01$ Kupfer enthält.

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4. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet/ daß das Plattiermaterial eine Dicke von 0,025 bis 2,5 mm hat.

5. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da-. durch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial mit einer 0/2 bis. 2 .um dicken Böhmitschicht überzogen ist.

6. Verwendung einer Aluminiumlegierung/ bestehend aus 0,2 bis 0,8 % Mangan, 0,05 bis 0,5 % Silizium, 0 bis 0,3 % Magnesium, 0 bis 0,2 % Eisen, 0 bis 0,1 % Chrom, 0 bis 0,1 % Kupfer, 0 bis 0,1 % Zink, 0 bis 0,05 % Titan, Rest Aluminium, als Werkstoff für korrosionsbeständige Gegenstände.

7. Verwendung einer Aluminiumlegierung, bestehend aus 0,3 bis 0/6 % Mangan, 0,15 bis 0,25 % Silizium, 0,005 bis 0,03 % Titan, 0 bis 0,1 % Magnesium, 0 bis 0,08 % Eisen, 0 bis 0,05 % Chrom, 0 bis 0,05 % Kupfer, 0 bis 0,05 % Zink, Rest Aluminium, als Werkstoff für korrosionsbeständige Gegenstände.

8. Verwendung einer Aluminiumlegierung der Zusammensetzung nach Anspruch 6 oder 7 als Werkstoff für gegenüber verunreinigtem Wasser korrosionsbeständige Gegenstände.

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5?

9. Verwendung einer Aluminiumlegierung der Zusammensetzung nach Anspruch 6 oder 7 als Werkstoff für Rohrleitungen, vorzugsweise für Wärmetauscher.

10. Verwendung des Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Rohrleitungen, insbesondere für Wärmetauscher.

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