DE2521105A1

DE2521105A1 - Zinkhaltiges trennmittel sowie verfahren zur herstellung von blechblaehkoerpern

Info

Publication number: DE2521105A1
Application number: DE19752521105
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Akiyoshi; Tomiyoshi Kanai; Takeshi Katohgi
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1974-05-13
Filing date: 1975-05-13
Publication date: 1975-11-27
Also published as: JPS547509B2; FR2270983B1; GB1460138A; US3994753A; IT1035704B; FR2270983A1; DE2521105B2; JPS50144638A; DE2521105C3

Description

Patentanwalt

Dip/.-Chem F. Schrumpf 12.3.1975

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Showa Aluminium Kabushiki Kaisha Osaka / Japan

Zinkhaltiges Trennmittel sowie Verfahren zur Herstellung von Blech-Blähkörpern

Die Erfindung betrifft ein zinkhaltiges Trennmittel zur Ausbildung einer Korrosions-Schutzschicht auf der Innenfläche von Aluminium-Blähblechen bzw. daraus gebildeten Körpern, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Blech-Blähkörpern unter Verwendung eines derartigen Trennmittels.

Der Ausdruck "Blechblähkörper" wird hier und im nachstehenden für solche Werkstücke, insbesondere Rohre oder Rohrbündel, verwendet, die hergestellt worden sind, indem zwei oder mehr Bleche aus Aluminium oder Aluminium-Legierung durch Preßschweißen miteinander verbunden werden, wobei ein Trennmittel sandwichartig in dem gewünschten Muster zwischen ihnen lokal angeordnet ist, worauf die unverschweißten Bereiche durch Beaufschlagung mit einem Druckfluid zu der gewünschten Form aufgebläht v/erden. Das noch nicht aufgeblähte Werkstück wird als "Blähblech" bezeichnet.

Verfahren zur Herstellung derartiger Blechblähkörper und hierfür benötigte Trennmittel sind an sich bekannt. Meist bestehen letztere hauptsächlich aus kolloidalem Graphit oder aus Titandioxid (US-PS 3 385 716) . Das Trennmittel sollte nach dem Aufblähen des Bleches durch Säubern entfernt werden, was sich jedoch nur schwierig vollständig erreichen lässt. Graphit, ein starkes kathodisches Depoliarisationsmittel, verursacht in Kontakt mit Aluminium bei Gegenwart von Wasser

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elektrochemische Korrosion, so daß die Verwendung eines Trennmittels- des erstgenannten Typs die Gefahr einer Korrosion der Hohlraum-Innenfläche mit sich bringt. Trennmittel des zweiten Typs enthalten nun zwar eine elektrochemisch neutrale Substanz, die diesen Nachteil nicht hat, sind aber den ersteren in ihrer Wirkung, das Verschweißen zu verhindern, unterlegen und verursachen deshalb oft Schwierigkeiten beim Aufblähvorgang.

Aluminium-Blechblähkörper haben bereits zahlreiche Anwendungen bei Wärmeaustauschern gefunden. Wenn sie als Kühlschrankverdampfer o.dgl. verwendet werden, in denen sie von Gas durchströmt werden, unterliegen die Hohlraum-Innenflächen einer Korrosion. Bei ihrem Einsatz als Radiatoren, Badeofen und ähnlichen Haushaltsgeräten sowie Wassererhitzern, die die Sonnenenergie ausnutzen, also Bauteilen, die Wasser mit einem Gehalt an gelöstem Kupfer, Eisen oder anderen Schwermetallen leiten, wird unvermeidlich Korrosion und Lochbildung stattfinden, weil das Elektrodenpotential von Aluminium niedriger ist als das dieser Metalle.

In Anbetracht dieser Probleme wurde bereits ein Verfahren zur Erzeugung von Aluminium-Blechblähkörpern entwickelt, deren Hohlraum-Innenfläche mit einer Korrosionsschutzschicht versehen ist (DT-PS 2 015 373). Nach diesem bekannten Verfahren wird ein Trennmittel, welches feinteiliges Zink enthält, zur Ausbildung der Korrosionsschutzschicht auf der Hohlraum-Innenfläche benutzt. Da jedoch das Trennmittel auch Graphit enthält, ergibt sich wiederum die Schwierigkeit, den Graphit nach dem Aufblähen sorgfältig zu entfernen, um die durch ihn bedingte Korrosion zu vermeiden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein zinkhaltiges, jedoch graphitfreies Trennmittel zu schaffen, das den Arbeitsablauf bei der Herstellung der Blechblähkörper nicht beeinträchtigt, und eine zuverlässige Korrosionsschutzschicht auf der Innenfläche aus- ' bildet.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Trennmittel gelöst,, welches außer dem feinteiligen Zink in einer Flüssigkeit Bornitrid und Bentonit enthält.

Vorzugsweise enthält das Trennmittel 2-50 Teile Bornitrid, 0,2 - 10 Teile Bentonit und 5-50 Teile Zink.

Bei diesen Angaben handelt es sich hier und iin folgenden um Gewichtsteile. Da die Zusammensetzung vorzugsweise auf 100 Teile Gesamtmenge bezogen ist, wird auch hierfür Gewichtsprozent bzw. % gesetzt.

Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Trennmittel 10 - 40 % Bornitrid, 1,0 - 2,5 % Bentonit, 20 - 25 % feinteiliges Zink und als Rest Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Weiterhin kann es 0,5 - 7 % Wasserglas enthalten. Als Füllstoff können Talkum, Titanoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Kaolin, Aluminiumoxid und/oder Aluminiumhydroxid zugesetzt sein.

Da das erfindungsgemäße Trennmittel keinen Graphit enthält, besteht nicht wie sonst die Gefahr einer Korrosionsbildung auf der Hohlraum-Innenfläche, wenn das Trennmittel auf dieser verbleibt. Die Bestandteile des Trennmittels verhindern überdies zuverlässig das Verbinden der nicht zu verschweißenden Flächenbereiche, wie weiter unten beschrieben werden wird. Auch kann das feinteilige Zink, das in dem Trennmittel enthalten ist, durch Erhitzen wirksam über die Hohlraum-Innenfläche verteilt oder verbreitet werden, so daß es auf dieser eine ausgezeichnete Korrosionsschutzschicht aus einer Alurainium-Zink-Legierung bildet. Diese Korrosionsschutzschicht unterliegt der Opferkorrosion und verhindert dadurch die Entstehung von Löchern in der Hohlraumwandung.

Die Erfindung ist im nachstehenden anhand der Zeichnung beschrieben.

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Fig.'1 zeigt Kurven des atmosphärischen Reibungskoeffizienten von Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid und Talkum in Abhängigkeit von der Temperatur.

Fig. 2 ist eine perspektivische, zum Teil geschnittene Ansicht zweier Aluminiumbleche vor dem Preßschweißen.

Fig. 3 ist eine zum Teil geschnittene perspektivische Ansicht eines Blechblähkörpers.

Das erfindungsgemäße Trennmittel wird wie folgt zur Herstellung von Aluminium-Blechblähkörpern mit einer Korrosionsschutzschicht auf der Hohlraum-Innenfläche verwendet:

Das Trennmittel wird in einem vorherbestimmten Muster zwischen wenigstens zwei Blechen aus Aluminium oder Aluminium-Legierung (ausgenommen Aluminium-Zink-Legierungen) angeordnet. Die Bleche mit dem dazwischen liegenden Trennmittel werden dann durch Walzen miteinander verbunden. Anschließend wird ein unter hohem Druck stehendes Fluid in die unverbundenen Bereiche der miteinander verschweißten Bleche geleitet, um diese zu dem gewünschten Hohlkörper, insbesondere Rohr aufzublähen und die vorgesehenen Hohlräume zu bilden. Vor oder nach dieser Formgebung werden die Bleche erhitzt, so daß sich das in dem Trennmittel enthaltene Zink über die Innenflächen der Bleche ausbreitet und dadurch auf diesen Oberflächen eine Korrosionsschutzschicht aus einer Aluminium-Zink-Legierung ausbildet.

Das Bornitrid verhindert die Verschv/eißung sehr gut. Fig. 1 zeigt die Trennwirkung von Graphit, Molybdändisulfid, Bornitrid und Talkum an der Atmosphäre bei verschiedenen Temperaturen. Der Reibungskoeffizient ist als Ordinate und die Temperatur -als Abszisse aufgetragen. Die Trennwirkung des Mittels kann aus dem Schmiervermögen und der thermischen Stabilität seiner Komponente abgeschätzt werden. Das Preßschweißen, nämlich Warmwalzen, wird bei etv/a 5OO°C durchgeführt, und hierfür zeigt Fig. 1 an, daß Bornitrid thermisch

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am stabilsten ist und den niedrigsten Reibungskoeffizienten besitzt. Daraus geht hervor, daß Bornitrid ein ausgezeichnetes Trennmittel ergibt. Wie bereits gesagt, beträgt die einzusetzende Menge Bornitrid 2 - 50 %. Liegt der Bornitridgehalt unter 2,0 %, lässt sich die Verschweißung nicht genügend verhindern, während bei einem Bornitridgehalt von mehr als 50 % das Trennmittel schwierig auf Aluminiumbleche aufzudrucken ist. Vorzugsweise wird Bornitrid in einer Menge von 10 - 40 % zugesetzt.

Das Bentonit dient dazu, die Hydrophilität von Bornitrid zu verbessern. Die zu verwendende Menge Bentonit beträgt 0,2 10 %, vorzugsweise 1,0 - 2,5 %. Wenn weniger als 0,2 % Bentonit eingesetzt werden, kann das aufgetragene Trennmittel beim Trocknen zerbröckeln oder absplittern, während ein Bentonit-Gehalt von mehr als 10,0 % die Wirkung des Bornitrides, die Verschweißung zu verhindern, beeinträchtigen kann.

Als feinteiliges Zink kommen außer reinem Zink und Zink-Legierungen mit einem Gehalt von wenigstens 90 % Zn auch Zinkverbindungen mit einer oder mehreren anderen Komponenten in Frage, die beim-Erwärmen verdampfen. Die einzusetzende Menge an feinteiligem Zink liegt im Bereich von 5 - 50 % und ist abhängig von der Dicke des Aluminiumbleches, der Dicke und der Zn-Oberflachenkonzentration der Zink-Diffusionsschicht sowie dem Verwendungszweck des herzustellenden Blechblähkörpers. Mit weniger als 5,0 % Zink lässt sich nur eine dünne Zink-Diffusionsschicht mit niedriger Zn-Oberflachenkonzentration erzeugen, die keine ausreichende Korrosionsfestigkeit mehr erbringen wird. Die Verwendung von mehr als 50 % Zink lässt die Zn-Oberflachenkonzentration auf einen Überschuß steigen, was ebenfalls zu einer frühen und schnellen Korrosion führt, so daß der angestrebte Korrosionsschutz nicht zu erreichen ist. Vorzugsweise verwendet man das feinteilige Zink in einer Menge von 2,0 - 25 %. Die aus der Diffusion des Zinks resultierende Korrosionsschutzschicht ist besonders dann von Nutzen, wenn

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die Aluminium-Zink-Legierung eine Schichtdicke von etv/a 5 - 20 %, vorzugsv/eise etwa 10 %, der Dicke von einem der miteinander verschweißten Aluminiumbleche hat. Die Dicke der Korrosionsschutzschicht lässt sich durch Kontrolle der Erhitzungstemperatur und -zeit zur Verteilung oder Diffundierung des Zinks variieren. Die Erhitzungstemperatur sollte im Bereich von 200 C bis unterhalb des Schmelzpunktes des Aluminiums liegen. Temperaturen unter 200 C sind praktisch nicht von Nutzen, da die Diffusion des Zinks dann nur langsam abläuft und eine befriedigende Zinkdiffusionsschicht nicht erreichbar ist. Die Erwärmung auf den Schmelzpunkt von Aluminium oder darüber verbietet sich von selbst. Die Erhitzungszeit, die auf die angewandte Erhitzungstemperatur abzustimmen ist, beträgt vorzugsweise 1 bis 6 Stunden, wenn die Erwärmung in der Atmosphäre eines Ofens durchgeführt wird. Kürzere Erhitzungszeiten als 1 Stunde reichen nicht aus, um eine homogene Zn-Oberflächenkonzentration zu gewährleisten. Auch findet die Diffusion ungleichmäßig statt. Eine längere Erhitzung als 6 Stunden wird kaum bessere Resultate als sonst erbringen und ist deshalb unwirtschaftlich.

Als Flüssigkeit wird allgemein Wasser verwendet. Die Zugabe von 2 - 20 % eines organischen Lösungsmittels, wie Methylalkohol, Äthylalkohol, Iospropylalkohol oder Aceton begünstigt das Trocknen des aufgedruckten Trennmittels.

Um die Haftung des Trennmittels auf dem Aluminiumblech zu verbessern, enthält es vorzugsweise 0,5 - 7,0, insbesondere 1,0 - 2,0 % Wasserglas. Die Verwendung von weniger als 0,5 % Wasserglas verbessert die Adhäsion nicht, während das Wasserglas in einer Menge von mehr als 7,0 % die Diffusion des Zinks stört.

Zur Fabrikation des Blechblähkörpers schließt man an das Warmwalzen eine Behandlung durch Kaltwalzen an. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat Talkum bei hohen Temperaturen einen

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hohen Reibungskoeffizienten und ein geringes Trennvermöger., wirkt bei gewöhnlicher Temperatur jedoch ebenso gut wie Bornitrid. Da Talkum weniger teuer als Bornitrid ist, kann es als Füllstoff zu dem Trennmittel hinzugesetzt werden, um beim Kaltwalzen wirksam ein Verschweißen zu verhindern. Es ist auch möglich, dem Trennmittel noch wenigstens einen der Stoffe Titanoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Kaolin, Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid in einer Gesamtmenge von 20 - 30 %, lediglich als üblichen Tüllstoff hinzuzusetzen,

Beispiel 1

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Blech wurde ein Trennmittel Ί aus 33,0 % Bornitrid, 1,5 % Bentonit, 23,0 % feinteiliger. Zink, 3,0 % Viasserglas und Rest Wasser zur Ausbildung einer Korrosionsschutzschicht in der gewünschten lokalen Anordnung auf ein Blech 2 aufgedruckt, das aus AIlOO Aluminium-Legierung bestand und 3,75 mm dick, 900 mm breit und 500 mm lang war. Der Druck erfolgte durch ein Sieb mit 100 Maschen. Ein anderes Blech 3 aus der gleichen Aluminium-Legierung und mit der gleichen Dicke wurde auf die bedruckte Oberfläche aufgelegt. Die Bleche wurden bei 470 C v/armgewalzt (Reduktion 63 %) und anschließend kaltgewalzt (Reduktion 30 %), um die Bleche 2 und 3 durch Preßschweißen miteinander zu vereinigen. Nach 15-minütigem Vergüten der verschweißten Bleche bei 420 C wurde Druckluft mit 120 Atmosphären zwischen die unverschweißten Bereiche eingepresst, um diese aufzublähen. Die nicht verschweißten Bereiche, nämlich die Teile, zwischen denen das Trennmittel 1 angeordnet war, trennten sich leichz voneinander, und es wurde ein zufriedenstellender Aluminium-Blechblähkörper 4 erhalten. Um das Zink in dem Trennmittel 1 über die Innenfläche des gebildeten Rohres 5 zu verteilen, wurde der Körper 4 eine Stunde auf 500⁰C erwärmt. Dabei entstand eine 80 μ dicke Korrosionsschutzschicht 6 aus einer Aluminium-Zink-Legierung auf der Innenseite des Rohres 5. Die Zn-Oberflächenkonzentration der Schicht betrug 1,3 %.

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Beispiel 2

Ein Aluminium-Blechblähkörper wurde in der gleichen Waise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch bestand das Trennmittel aus 14,0 % Bornitrid, 13,0 % Titanoxid, 6,0 % Bentonit, 22,0 % feinteiligem Zink, 2,0 % Wasserglas und Rest Wasser. Ferner wurden die verbundenen Bleche zwischen den Ileißwalzen und dem Kaltwalzen 2 Stunden auf 500 G erwärmt, um das Zink in den Trennnittel über den Bereich zu verteilen, der die Innenwandung des Rohres zu bilden hat. Die Zn-Oberfläche.i-Konzentration der entstandenen Korrosionsschutzschicht aus einer Aluminium-Zink-Legierung betrug 1,0 %, und ihre Dicke 100 μ.

Beispiel 3

Ein Aluminium-Blechblähkörper wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, jedoch bestand das Trennmittel aus 20,0 % Bornitrid, 13,0 % Titanoxid, 1 ,5 % Bentonit, 10,0 Ϊ, feinteiligem Zink, 2,0 % Wasserglas und Rest Wasser. Die Zn-Oberflächenkonzentration der entstandenen Korrosionsschutzschicht war 0",4 % und ihre Dicke 50 μ.

Beispiel 4

Ein Aluninium-Blechblähkörper wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, jedoch bestand das Trennmittel aus 14,0 % Bornitrid, 10,0 % Titanoxid, 1,5 % Bentonit, 30,0 % feinteiligem Zink, 2,0 % Wasserglas und Rest Wasser. Die Zn-Oberflächenkonzentration der entstandenen Korrosionsschutzschicht betrug 2,5 % und ihre Dicke 200 y.

Beispiel 5 ■

Ein Aluminium-Blechblähkörper wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, jedoch bestand das Trenn-

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mittel aus 14,0 % Bornitrid, S₇O % Titanoxid, 10,0 £ Talkur., 1,5 % Bentonit, 22,0 % feinte!ligeiti Zink, und die Restrr.ar.ge wurde durch eine 20Sige Lösung von Äthylalkohol in Wasser gebildet. Die Zn-0berflächenkonzentration der gebildeten Korrosionsschutzschicht betrug 1,0 % und ihre Dicke '00 μ.

Beispielen 2-5 ließen sich beim Aufblähen ebenfalls sehr leicht trennen.

Vergleichsbeispiel

Unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden zwei Aluminiumbleche durch Preßschweißen miteinander verbunden, wobei zwischen ihnen zur Ausbildung einer Korrosionsschutzschicht ein Trennmittel sandwichförmig angeordnet war. Die Zusammensetzung des Trenniuittels betrug 33,0 % Titanoxid, 1,5 % Bentonit, 1 ,0 % Magnesiummontirtorillonit, 22,0 Z feinteiliges Zink und als Rest Wasser. Obwohl Druckluft mit 120 Atmosphären zwischen den unverschweißten Bereichen eingepreßt wurde, war es unmöglich, diese rohrförmig aufzublähen .

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Claims

Patentansprüche

1. Zinkhaltiges Trennmittel zur Ausbildung einer Korrosions-Schutzschicht auf der Innenfläche von Aluminium-Blähblecheii bzw. daraus gebildeten Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß es neben dem feinteiligen Zink in einer Flüssigkeit Bornitri und Bentonit enthält.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 2-50 Teile Bornitrid, 0,2 - 10 Teile Benton-t und 5-50 Teile feinteiliges Zink sowie Flüssigkeit enthält.

3. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 10 - 40 Teile Bornitrid enthält.

4. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 - 2,5 Teile Bentonit; enthält.

5. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 20 - 25 Teile feinteiliges Zink enthält.

5. Kittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin 0,5 - 7 Teile Wasserglas enthält.

7. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin wenigstens einen der Stoffe Talkum, Titanoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Kaolin, Aluminiumoxid und Aluminium hydroxid als Füllstoff enthält.

8. Mittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffmenge 20 - 30 Teile beträgt.

9·. Verfahren zur Herstellung eines Blechblähkörpers nit einer Korrosionsschutzschicht auf der Hohlraum-Innenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Trennmittel, welches Bornitrid, Bentonit, feinteiliges Zink und Lösungsmittel

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enthält, in einem vorherbestimmten Muster zwischen wenigstens zv/ei Blechen aus Aluminium oäer Aluminium-Legierung (ausgenommen Aluminium-Zink-Legierungen) einbringt, die Bleche, zwischen denen das Trennmittel angeordnet ist, insbesondere durch Preßschweißen miteinander verbindet, die nicht verbundenen Bereiche der verschweißten Bleche mit einem Fluid unter hohem Druck beaufschlagt und zu der gewünschten Form aufbläht, und die Bleche erhitzt, bis das in dem Trennmittel enthaltene Zink über die Hohlraum-Innenflächen verteilt ist und sich eine Xorrosions-Schutzschicht aus Aluminium-Zink-Legierung auf diesen Oberflächen gebildet hat.

10. Abgeändertes Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ausbildung der Korrosions-Schutzschicht durch Erhitzen der verschweißten Bleche bewirkt, bevor man diese zu dem gewünschten Körper aufbläht.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Trennmittel verwendet, welches 2-50 Teile Bornitrid, 0,2 - 10 Teile Bentonit, 5-50 Teile feinteiliges Zink sowie Wasser enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bleche durch Warmwalzen und anschließendes Xaltv/alzen verbindet und zwischen diesen beiden Arbeitsgängen erwärr.t, bis sich eine Korrosionsschutzschicht aus einer Aluniniur.i-Zink-Legierung auf den Bereichen der Fläche gebildet hat, die die Hohlraum-Innenwandung des fertigen Körpers ergeben.

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