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Korrosionsfestes Aluminiumverbundmaterial Die Erfindung bezieht sich
auf ein korrosionsfestes Verbundmaterial aus metallurgisch miteinander verbundenen
Aluminium legierungen, einer kathodischen Kernschicht und einer anodischen Plattierschicht,
welche noch mit einem Böhmitfilm überzogen sein kann, sowie auf die Verwendung des
Verbundmaterials zur Herstellung von Rohrleitungen, insbesondere für Wärmeaustauscher.
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Es sind grosse Anstrengungen gemacht worden, Aluminium und Aluminiumlegierungen
in Wärmeaustauschern für wässrige Medien und ganz allgemein überall einzusetzen,
wo metallische Werkstoffe in Kontakt mit fliessendem verunreinigtem Wasser kommen.
Im allgemeinen sind diese Anstrengungen erfolglos geblieben, und zahlreiche Schwierigkeiten
in bezug auf die Korrosion der dazu vorgeschlagenen Legierungen sind aufgetreten.
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Die erste Schwierigkeit, die aufgetreten ist, besteht in der Bildung
von örtlicher oder punktförmiger Korrosion.
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Diese Korrosionsart wird auch Lochfrass genannt, Wenn solche Locher,
die als Pits bezeichnet werden, zu bilden beginnen, so ist der korrosive Einfluss
weitgehend auf diese Pits beschränkt, wodurch eine Perforierung der Legie sehr viel
rascher eintritt, als wenn eine allgemeine, nicht stark lokalisierte Korrosion eintrite.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe ,:ugrunde, ein
korrosionsfestes Verbundmaterial aus Aluminiumlegierungen zu schaffen, das in verunreinigtem
Wasser eingesetzt werden kann, ohne dass die oben erwähnten Mängel auf treten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass mindestens
eine Seite des Kernmaterials, das neben Aluminium 0,5-3% Magnesium, 0,3-1% Mangan,
0,1-0,3 Chrom, 0,001-0,3% Silizium, 0,001-0,2g Eisen, 0,001-0,1% Kupfer, 0,001-0,1%
Zink und 0,001-0,03% Titan enthält, metallurgisch mit einem Plattiermaterial, das
neben Aluminium 0,2-1,5% Mangan, 0,03-0,3% Silizium, 0,001-0,4% Zink, 0,001-0,1%
Magnesium, 0,001-0,1% Chrom, 0,001-0,05% Kupfer und 0,001-0,03% Titan enthält, verbunden
ist.
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Das als Basismetall verwendete Aluminium kann von handelsüblicher
Reinheit sein, der Gehalt der Legierungselemente ist in Gewichtsprozenten angegeben.
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Der Kern des erfindungsgemässen Verbundmaterials hat einen aussergewöhnlich
hohen Widerstand, sowohl gegen punktförmige als auch gegen allgemeine Korrosion.
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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.
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Wegen des Widerstands der Kernschicht gegen Loch frass besitzt das
Verbundmaterial ausserdem die Eigenschaft, dass die Tiefe der Pits weitgehend auf
die Dicke der Plattierschicht beschränkt ist. Die Pittiefe kann deshalb einfach
kontrolliert werden, in dem die Dicke der Plattierschicht kontrolliert wird.
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Das aus den vorliegenden Legierungen gebildete Verbundmaterial kann
leicht nach bekannten Verfahren herget.ellt werden, indem die Komponenten des Verbundstoffs
beispielsweise durch Presschweissen vereinigt werden.
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Weitere Vorteile und Verwendungsmöglichkeiten des Verbundmaterials
der vorliegenden Erfindung werden durch die nach'-stehende Eeschreibung von bevorzugten
Aus führungs arten näher erläutert. Falls nichts anderes angegeben ist, wird auch
im folgenden die Zusammensetzung des Verbundmaterials in Gewichtsprozenten angegeben.
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Legierungszusammensetzung und deren bevorzugter Bereich für den Kern
des Verbundmaterials wird jn Tabelle I aufgeführt: Tabelle I Bereich Bevorzugter
Bereich Magnesium 0,5 - 3 0,8 - 1,2 ltangan 0,3 - 1,0 0,4 - 0,7 Chrom 0,1 - 0,3
0,2 - 0,3 Silizium 0,001 - 0,3 0,001 - 0,15 Eisen 0,001 - 0,2 0,001 - 0,06 Kupfer
0,001 - 0,1 0,001 - 0,01 Zink 0,001 - 0,1 0,001 - 0,05 Titan 0,001 - 0,03 0,01 -
0,02 Aluminium Rest Rest Die wesentlichen Bestandteile der Aluminiumlegierung für
die Kernschicht sind Magnesium, Mangan und Chrom. Titan, Silizium und Eisen können
als Verunreinigungen bis zum in Tabelle I
angegebenen Gehalt auftreten,
ohne dass schädliche Auskirkungen zu beobachten sind. Titan kann zwecks Kornfeinung
zur Legierung hinzugefügt werden, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Kernmaterials
verbessert werden Auch Kupfer und Zink können bis zum in Tabelle I angebenen Wert
als Verunreinigungen anwesend sein Es hat sich jedoch gezeigt, dass diese Elemente
einen schlechten Einfluss auf die Korrosionseigenschaften des Kernmaterials haben;
sie werden deshalb mit Vorteil auf unterhalb dei obern Grenze von Tabelle I.liegende
Werte beschränkt, wenn das Kernmaterial eine maximale Korrosionsfestigkeit haben
soll.
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Die Legierungszusammensetzung und die bevorzugten Bereiche für das
Plattiermaterial sind in der untenstehenden Tabelle II aufgeführt: Tabelle II Bereich
Bevorzugter Bereich Mangan 0,2 - 1,5 0,3 - 1,0 Silizium 0,03 - 0,30 0,1 - 0,25 Zink
0,001 - 0,40 0,001 - 0,25 Magnesium 0>001 - 0,1 0,001 - 0,05 Chrom 0,001 - 0,1
0,02 - 0,05 Kupfer 0,001 - 0,05 0,001 - 0,01 Titan 0,001 - 0,03 0,01 - 0,02 Aluminium
Rest Rest
Die wichtigsten Eestandteile der Aluminium- Plattierlegierung
sind in erster Linie Mangan und gleiter Silizium. Iglagnesium, Chrom, Kupfer und
Titan können bis zum in Tabelle II angegebenen Gehalt als Verunreinigungen anwesend
sein, ohne die-Eigenschaften der Plattierlegierung ungünstig zu beeinflussen.
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Es ist nicht festgestellt worden, dass Zink irgendeine schädliche
Wirkung auf das Korrosionsverhalten der Plattierlegierung ausübt, und der Gehalt
ist so gewählt worden, dass für die Legierungsherstellung die Verwendung von zinkhaltigen
Abfällen ermöglicht wird.
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Die Zusammensetzung der Kernkomponente ist derart entwickelt worden,
dass sie eine verhältnismässig niedrige Korrosions-Und Lochfrassgeschwindigkeit
hat, während das Plattiermaterial so geschaffen worden ist, dass es einen aussergewöhnlichen
galvanischen Schutz für das Kernmaterial gewährleistet.
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Der erfindungsgemässe Verbundkörper kann durch zahlreiche Verfahren
hergestellt werden. Typische Verfahren, welche ver'.'endet werden können, sind diejenigen
der Kaltumformung, wie Gesenkschmieden und Walzen, sowie Verfahren zur Verformung
bei erhöhten Temperaturen, wie Warmwalzen. Ein aleitesestypisches Verfahren für
die Herstellung des Verbundkörpers der vorliegenden Erfindung wird in der US-PS
3 381 356 beschrieben.
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Der Verbundkörper der vorliegenden Erfindung hat vielfaltige Anwendungsmöglichkeiten.
Bei.na.he alle metallischen Gegenstände, die in korrosiver wässriger Umgebung bei
massigen Temperaturen verwendet werden wollen, können aus dem Verbundmaterial hergestellt
werden. Die Dicke des Plattiermaterials ist weitgehend abhängig von der Einwirkungsdauer,
die der Gegenstand aushalten muss, bevor er ersetzt werden kann.
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Die Plattierschicht liegt im allgemeinen zwi.schen 2 und 20% der gesamten
Dicke des Verbundmaterials, vorzugsweise zwischen 0,025 und 2,5 mm.
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Die Dicke der Kernschicht kann je nach den mechanischen Anforderungen,
die der fertige Gegenstand erfüllen muss, gewählt werden.
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Falls das Verbundmaterial in Blechform hergestellt wird, können aus
dem Blech leicht weitere Gegenstände, wie beispielsweise Rohranlagen hergestellt
werden. Wenn aus dem Verbundmaterial Rohrleitungen für Wärmeaustauscher hergestellt
werden, was die bevorzugte Verwendung der Erfindung ist, dann haben die Rohre vorzugsweise
eine Wandungsdicke von 0,25 - 1,25 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.
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Normalerweise ist es nur notwendig, eine Ueberzugsschicht auf diejenige
Oberfläche einer Kernschicht, welche dem korrosiven wässrigen Milieu ausgesetzt
wird, aufzubringen.
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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.
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Die vorhergehende Diskussion der vorliegenden Erfindung wird durch
die folgenden erläuternden Ausführungsbeispiele besser verstanden.
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Beispiel 1 Eine Reihe von Barren aus sechs Versuchslegierungen wurde
gegossen. Die Zusammensetzung dieser sechs Legierungen die mit A bis F bezeichnet
werden, geht aus Tabelle III hervor.
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Die Proben G bis J sind handelsübliche Aluminiumlegierungen, sie werden
zu Vergleichszwecken aufgeführt (Bezeichnun6en der Aluminium Association, New York).
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Die Barren wurden homogenisiert und dann durch übliche Verfahrenstechniken,
namentlich Warm- und Kaltwalzen mit
Zwischenglühungen, auf eine
Banddicke von 1,25 mm reduziert.
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Der Endzustand was H 14, d.h. halbhart. Diese Versuchslegierungen
wurden zusammen mit einigen Standard-Aluminiumlegierungen in bezug auf die Korrosionsfestigkeit
geprüft.
TABELLE III Spektroskopische Zusammensetzung und Korrosion
von Aluminiumlegierungen in fliessendem Nasser Gewichtsverlust Mittlere Pittiefe
Max. Pittiefe [mg/cm2] [mm] [mm] Legierungs- 60 120 180 60 120 180 60 120 180 Blechdicke
Bezeichnung Si Fe Mn Mg Cr Cu Zn Ti Tage Tage Tage Tage Tage Tage Tage Tage Tage
[mm] (1) (2) (3) (4) (5) A 0,23 0,051 0,31 - - - - - 15,1 25,1 35,1 0,21 0,22 0,32
0,45 0,32 0,53 1,27 B 0,23 0,055 0,45 - - - - - 15,4 23,9 33,6 0,22 0,24 0,29 0,39
0,40 0,39 1,27 C 0,10 0,063 0,64 - - - - - 14,2 23,2 29,6 0,26 0,22 0,32 0,50 0,37
0,57 1,27 D 0,11 0,076 0,62 - - - - - 9,0 18,7 29,2 0,24 0,25 0,38 0,53 0,40 0,60
1,27 E 0,068 0,052 0,58 0,89 0,22 - - - 1,6 5,9 16,4 0,28 0,36 0,45 0,53 0,05 0,57
1,27 F 0,098 0,061 0,61 1,04 0,21 - - - 10,3 18,7 23,1 0,42 0,32 0,49 0,57 0,49
0,66 1,27 G 1100 H14 Aluminium von handelsüblicher Reinheit 15,5 27,2 34,3 0,68
0,67 0,85 1,11 1,00 1,01 1,48 H 3003 H14 - - 1,2 - - - - - 17,7 26,2 29,4 - - -
- - - 0,70 I 5052 H32 - - - 2,5 0,25 - - - 5,1 10,6 17,2 - - - - - - 1,00 J 6061
T6 0,6 - - 1,0 0,20 0,25 - - 20,0 30,4 24,1 0,42 0,49 0,55 0,61 0,91 0,88 1,45 (1)
Mg weniger als 0,01, wenn nichts anderes angegeben Sind keine Herte für die mittlere
und maximale Pittiefe angegeben, (2) Cr weniger als 0,01, " " " " so heisst das,
dass das Probeblech von einem auf einer Seite ge-(3) Cu weniger als 0,015, " " "
" bildeten Pit durchlöchert war.
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(4) Zn weniger als 0,02, " " " " (5) Ti weniger als 0,01, " " " "
H14 : Halbhart, abgewalzt bzw. abgezogen (35% Kaltverfestigung) H32: 1/4 hart, stabilisierungsgeglüht
T6: Lösungsgeglührt, abgeschreckt, warmausgelagert ohne Verfestigung
Das
aus der Versuchslegierung gebildete streifenförmige Material wurde wahrend 60, 120
und 180 Tagen agressivem Kühlwasser ausgesetzt. Die äpproximative Zusammensetzung
des Kühlwassers ist in der untenstehenden Tabelle angegeben.
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Tabelle IV Chloride 12,0 ppm Härte (CaC03) 38,0 ppm Alkalität (CaCO3)
20,0 ppm CO2 3,0 ppm 02 12,0 ppm Calcium 14,2 ppm Kupfer 0,05 ppm Eisen 0,15 ppm
Magnesium 0,0 ppm Natrium 4,0 ppm Sulfate 65,0 ppm Total Festkörper 100,0 ppm pH
6,8 Das Kühlwasser wurde auf eine Temperatur von 30°C erwärmt und mit -einer Geschwindigkeit
von 120 cm/sec über die Proben geleitet. Nach der gewünschten Einwirkungsdauer wurden
die Proben in bezug auf Gewichtsverlust, mittlere Pittiefe und maximale Pittiefe'
ausgewertet. Die Resultate sind in Tabelle III aufgeführt.
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Eine Voranalyse dieser Ergebnisse weist darauf hin, dass die untersuchten
Proben wie folgt in drei Hauptgruppen eingeteilt werden könnten.
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- Gruppe 1, welche aus den Legierungen A, B, C und D besteht und Mangan
und Silizium als wichtigste Legier;ungskomponenten hat. Die Legierungen waren durch
eine stärkere Neigung zur Bildung von weniger tief eindringenden Pits als die anderen
Versuchslegierungen und handelsüblichen Legierungen charakterisiert.
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- Gruppe 2, welche aus den Legierungen E und F besteht, und Magnesium,;rangan
und Chrom als wichtigste Legierungskol ponenten hat. Diese Gruppe von Legierungen
hatte eine verhältnismässig bescheidenen Gewichtsverlust pro Zeiteinheit und zeigte
einen geringen Angriff durch Lochfrass.
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- Gruppe 3 umfasst alle handelsüblichen Legierungen.
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Die Gruppe enthält die Legierungen mit grösserer Lochfrassgeschwindigkeit
und grösserem Gewichtsverlust als die Legierungen der Gruppen 1 und 2.
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Die vorhergehende Versuchstätigkeit hatte ergeben, dass die Legierungen
von Gruppe 1 im allgemeinen in bezug auf die Legierungen von Gruppe 2 oder 3 anodisch
wären. Deshalb könnte
eine Plattierung mit einer Legierung der
Gruppe 1 zum Schutz eines aus der Gruppe 2 oder 3 ausgewählten Kernmaterials verwendet
werden. Ein darauf abstellender Versuch wurde durch geführt und ist in Beispiel
3 zusammengefasst.
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Beispiel 2 Eine Reihe von galvanischen Paaren wurde hergestellt, Anoden
aus der Gruppe 1 zusammen mit Kathoden aus der Gruppe 2 oder 3. Diese Paare wurden,
wie in Beispiel 1 beschrieben, in fliessendes Wasser eingetaucht, Der resultierende
Strom zwischen den Kathoden und Anoden wurde in Funktion der EinwirRungsdaue-r,
die bis zu 60 Tagen betrug, gemessen. Es wurde gefunden, dass die Anoden einen nicht
umkehrbaren elektrischen Schutzstrom gewährleisteten, der eine Stromstürke von 1-10
pA/cm2Kathodenoberfläche hatte.Nach der Beendigung der sechzigtatigen Einwirkung
wurden die galvanischen Paare getrennt, und die Kathoden wurden in bezug auf Korrosionsschäden
ausgewertet. Die Ergebnisse dieser Analyse werden in Tabelle V gezeigt.
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Es ist aus der elektrochemischen Theorie bekannt, dass die Geschwindigkeit
des Metallverlustes oder -abtrages direkt proportional zur-Stromstärke ist. Um ein
mögliehst dauerhaftes Verbundmaterial zu haben, ist es deshalb erünscht, dass der
galvanische Strom so niedrig wie möglich ist.
TABELLE V Paar Spektroskopische
Analyse der Anoden- Mittlere Stromdichte Mittlere Pittiefe Prozentuale Reduktion
der mittleren und Kathodenlegierungen auf der Kathode auf der Kathode Pittiefe auf
der Kathode, verglichen mit demselben frei korrodierenden Material Si Fe Mn Mg Cr
Cu [µA/cm2] [mm] 1 Anode (B) 0,23 0,055 0,45 - - - 1,4 0,15 63,5 Kathode (F) 0,098
0,061 0,61 1,04 0,028 -2 Anode (C) 0,10 0,063 0,64 - - - 1,9 0,23 46,1 Kathode (F)
0,098 0,061 0,61 1,04 0,028 3 Anode (H) 0,24 0,62 1,15 - 0,031 1,2 5,7 0,19 55,5
Kathode (F) 0,098 0,061 0,61 1,04 0,028 -4 Anode 0,030 0,050 1,0 - - - 6,6 0,30
29,9 Kathode 0,098 0,061 0,61 1,04 0,208 -5 Anode 0,23 0,055 0,45 - - - 1,0 0,25
30,5 Kathode 0,097 0,051 0,62 1,02 - -
In der Tabelle V wird ebenfalls
die prozentuale Reduktion der mittleren Pittiefe auf dem Kathodenmaterial des galvanische
Paares.gezeigt, verglichen mit der Korrosion, die dasselbe Material in freier Umgebung
(Ergebnisse von Beispiel 1) erleiden würde. ts ist besonders beachtenswert, dass
die Reduktion der mittleren Pittiefe auf dem Kathodenmaterial nicht mit der mittleren
Schutzstromdichte zusammenhängt. Aus dieser speziellen Materialzusammensetzung für
die Kathode geht deutlich hervor, dass einige Anodenmaterialier einen bedeutend
besseren Schutz bieten können als andere. Dieses Beispiel zeigt, dass ein Kern,
der Magnesium, Mangan und Chrom enthält, bis zu einem gewissen Ausmass durch eine
Plattierung, die ilangan und Silizium enthält, geschützt werden kann. Es ist ebenfalls
von grösster Wichtigkeit, dass für alle Kathode-Anode Kombinationen, die studiert
worden sind> der Schutzstrom nie in umgekehrter Richtung floss, d . h. die Anodenmaterialien
boten den Kathodenmaterialien jederzeit Schutz.
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Beispiel 3.
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Zwei 1,5 mm dicke Verbundplatten mit einer 0,125 mm dicken beidseitigen
Plattierung wurden hergestellt. Diese Verbundplatten entsprechen den galvanischen
Paaren 1 und 3 von Beispiel 2; d.h. denjenigen mit der grössten Reduktion der mittleren
Pittiefe des kathodischen materials, verglichen mit demselben Kathodenmaterial in
einer Umgebung mit freier Korrosion.
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Diese Verbundplattcn wurden durch warmes Zusammenwalzen von Kern-
und Plattierlegierung hergestellt, wodurch eine metallurglsche Bindung entstand.
Der letzte Schritt zur Herstellung des Verbundmaterials war ein kaltes Abwälzen
von einer 3,75mm dicken Platte zu einen 1,5 mn dicken Blech, was einer Reduktion
von 60% entspricht. Die Zusammensetzung dieser Verbundbleche und ihre mechanischen
Eigenschaften, gemessen in Walzrichtung, sind in Tabelle YI dargestellt.
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Ebenso werden in Tabelle VI typische mechanische Eigenschaften für
die 1100, 3003 und die mit 7072 beschichtete 3003-Aluminiumlegierung gezeigt. Wiederum
weisen die Verbundlegierungen der vorliegenden Erfindung eine messbare Verbesserung
gegenüber üblichen Aluminiumlegierungen auf, die bisher in Fällen, wo die Korrosionsfestigkeit
eine wichtige Rolle gespielt hat, verwendet worden sind Durch die Betrachtung der
Werte für mittlere Pittiefen erhält man eine Vorstellung über den Alechanismus,
wie die Korrosion und die Pittiefe durch die vorliegende Erfindung erniedrigt werden
kann. Für beide Verbundmaterialien liegen diese Werte zwischen 0,13 und 0,3.7 mm.
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Das bedeutet, dass die Bildung der Pits weitgehend auf die Dicke des
Plattiermaterials beschränkt ist, die in diesem Fall 0,13 m beträgt. Diese Tatsache
ist durch metallographische Untersuchungen des Plattiermaterials bestätigt worden.
Es kann festgestellt werden, dass die Korrosion fast ausschliesslich auf das Plattiermaterial
beschränkt ist und dass sich der Kor-
TABELLE VI Spektroskopische
chemische Analyse und mechanische Eigenschaften von plattierten Logierungen 0,2%
-Proentuale Spektroskopische Analyse des Streck- Bruchfes- Dehnung Verbundmaterials
grenze tigkeit Si Fe Mn Mg Cr Cu Zn [kp/mm2] [kp/mm2] [%] Verbundmaterial 1 Plattierung
0,21 0,04 0,50 0,096 0,013 0,016 <0,01 20,6 20,9 3,3 H16 Kern 0,13 0,03 0,61
0,97 0,22 0,020 <0,01 Verbundmaterial 3 Plattierung 0,24 0,62 1,15 0,008 0,03
0,12 <0,047 21,4 21,7 3,4 H16 Kern 0,11 0,04 0,61 1,0 0,21 0,029 <0,01 1100
H16 (nominale Zusammensetzung) Aluminium, handelsöbliche Reinheit 14,1 14,8 6,0
3003 H16 (nominale Zusammensetzung) 0,6* 0,7* 1,2 - - 0,2* <0,01 17,6 18,3 5,0
7072/3003(nominale Zusammensetzung) Plattierung 0,7 0,7 0,1* 0,1* - 0,1 <0,01
17,6 18,3 4,0 H18 Kern 0,6* 0,7* 1,2 - - 0,2* <0,01 * maximaler Gehalt H16: 3/4
hart, abgewalzt bzw. abgezogen (55% Kaltverfestigung) H18: hart, abgewalzt bzw.
abgezogen (75% Kaltverfestigung)
rosionsvorgang weitgehend in der
Grenzschicht zwischen dem Kern und Plattiermaterial abspielt und das das Kennmaterial
sehr gut geschützt ist, bis das Plattiermaterial durch die korrodierende Wirkung
des Kühlmittel vollständig abgetra@en ist.
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Beispiel 4 Ein Versuch diente der Untersuchung der Wirkung, welche
die Bildung eines Schutzfilms auf dem Verbundmaterial hat. Manche Herstellungsverfahren,
bei welchen das erfindungsgemässe Verbundmaterial eingesetzt werden könnte, bewirken,
dass das Kernmaterial wegen Beschädigung der Plattierschicht blossgelegt wird. Beispielsweise
bei der Herstellung von geschweissten Rohren bewirken die Schweiss- und Verlaschungsverfahren
ein Blosslegen des Kernmaterials. Obwohl selbst bei nacktem Kernmaterial ein gewisser
galvanischer Schutz eintritt ist es natürlich erwünscht, dass die Korrosionsfestigkeit
des Verbundmaterials erhöht wird.
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Der untersuchte Schutzfilm ist eine Art Aluminiumhydroxid, die Böhmit
genannt wird. Böhmit kann erzeugt werden, cnn eine Aluminiumoberfläche mit Wasserdampf
oder Wasser mit einer Temperatur oberhalb 70°C versetzt wird. Die Geschwindi£/eit
der Filmöildung kann erhöht werden, wenn eine wässrige Lösung, die organische Substanzen,
wie' Amine oder Amide enthält, verwendet wird Verbundmaterial 1 von Beispiel 3 wurd-e
während
TABELLE VII Korrosion von Verbundmaterialien in fliessendem
Nasser Gewichtsvorlust Mittlere Pit- Maximale Pit- Blechdicke [mg/cm2] tiefe [mm]
tiefe [mm] [mm] 68 Tage 120 Tage 60 Tage 120 Tage 60 Tage 120 Tage Verbundmaterial
1 2,4 8,5 0,13 0,15 0,15 0,19 1,52 Verbundmaterial 2 13,0 25,2 0,13 0,17 0,16 0,23
1,52 1100 15,5 27,2 0,68 0,67 1,11 1,00 1,49 3003 17,7 26,2 ** ** ** ** 0,70 7072/3004
8,6 * 0,21 * 0,26 * 1,29 * Werte nicht verfügbar ** Ungenügende Herte zur Bildung
eines genauen Mittelwertes.
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Das Blech wurde von einem Pit von einer Seite her durchlöchert.
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acht Stunden in Dampf von 1200C behandelt, der entstehende Eöhmitfilm
hatte eine Dicke von 0,5 jm. Proben von diesem beschichteten Verbundmaterial wurden,
wie schon vorher beschieben, während 60, 120 und 180 Tagen fliessendem Leitungswasser
ausgesetzt. Vor der Bildung der Böhmitschicht wurde in das Verbundmaterial eine
Reihe von nicht tief eindringenden Schlitzen angebracht, um den Kern freizulegen
und dadurch ein Herstellungsverfahren, wie z.B. das Verlaschen, zu simulieren. Ebenso
wurden Proben einer 6061-T 6 Legierung, mit und ohne Böhmit'schicht, dem korrosiven
Medium ausgesetzt.
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Tabelle VIII zeigt die Ergebnisse dieser Versuche.
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Es ist beachtenswert, dass der Böhmitfilm den Gewichtsverlust des
Verbundmaterials stark'reduziert hat. Selbst nach 180 Tagen ist der Gewichtsverlust
des beschichteten Materials mehr als eine Grössenordnung kleiner als derjenige des
unbeschichteten Verbundmaterials. In ähnlicher Weise ist es offensichtlich, dass
der Böhmitfilm das der korrosiven Einwirkung ausgesetzte Kernmaterial äusserst wirksam
vor Lochfrass schützt. Selbst nach 180 Tagen hatte das beschichtete Verbundmaterial
keinen Lochfrass im der Einwirkung ausgesetztem Xernmaterial, obwohl das unbeschichtete
Material extrem tiefe Pits hatte. Es ist etwas überraschend, dass der Böhmitfilm
das Verbundmaterial so viel wirksamer schützt als die 6061 Legierung. Zum Beispiel
ist die mit Böhmit beschichtete 6061 Legierung, ausgedrückt mit dem totalen Ge-
Tabelle
VIII Einwirkungs- Gewichts- Mittlere Maximale Maximale Pittiefe dauer verlust Pittiefe
Pittiefe in den Schlitzen [Tage] [mg/cm2] [mm] [mm] [mm] Verbund- 1,H16 60 2,4 0,13
0,15 0,19 material 120 8,5 0,15 0,19 0,42 180 17,0 0,18 0,24 0,46 Verbundmaterial
1,H16 60 0,02 - - -+ Böhmit 120 0,70 - 0,15 -180 1,2 0,16 0,23 -6061-T6 60 20,0
0,42 0,61 * 120 30,4 0,50 0,91 * 180 24,1 0,55 0,87 * 6061-T6 60 7,1 0,40 0,53 *
+ Böhmit 120 9,2 0,47 0,77 * 180 19,6 0,39 0,65 * * Nicht anwendbar - die 6061 Proben
hatten keine angebrachten Schlitze
wichtsverlust, nach 180 Tagen
nur 20% besser als die unbeschichtete 6051 Legierung.
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Der Böhmitfilm muss, um optimal wirksam zu sein, eine Dicke von 0,2-2
pm haben und vorzugsweise nach der Herstellung und der ilontage der Wärmeaustauschervorrichtung
aufgebracht werden. Derart bedeckt die Böhmitschicht alle Kratzer und Fehler, die
während der Montage gebildet werden können sowie alle ungeschützten Stellen des
Kernes, die vom Herstellungsverfahren herrühren können, Die Erfindung ist anhand
der Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert.
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In der Zeichnung ist der Endabschnitt eines Wärmetauscherrohres 1
dargestellt, das mit Rippen 2 zur Verbesserung des Wärmeübergangs bestückt ist.
Während die Innenseite des Wärmetauscherrohres von einem nichtaggressiven Medium
durchströmt wird, kennt: die Aussenseite des Wärmetauscherrohres und der Rippen
mit verunreinigtem Wasser in Berührung.
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endlicher Länge Wärmetauscherrohr 1/und Rippen'2 bestehen jeweils
aus einer kathodischen Kernschicht 4, die auf der Seite des aggressiven Mediums
mit einer anodischen Plattierschicht metallurgisch verbunden ist.
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Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel sind die Rippen aus
Blech-hergestellt, das beiderseits mit einer anodischen Plattierschicht versehen
war, während das Rohr.l vorzugsweise aus einem Blech hergestellt ist,-das nur auf
seiner Aussenseite mit einer anodischen Plattierschicht versehen i-st.
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Die im Beispiel dargestellten Schichten bestehen aus den vorher beschriebenen
Legierungen.
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Falls der Wärmeübergang' ausreichend hoch ist, kann das in der Zeichnung
abgebildete Rohr 1 auch ohne die Rippen 2 verwendet werden; im übrigen können aufs
demin-der--Zeichnung dargestellten ein-oder beidseitig beschichteten Material auch
andere Gegenstände hergestellt werden, wobei bei deren Verwendung, die beschichtete
Seite des Materials korrodierenden Einflüssen ausgesetzt werden kann, ohne Schaden
zu nehmen.