DE2521105C3

DE2521105C3 - Zinkhaltiges Trennmittel sowie Verfahren zur Herstellung von Blechblähkörpern

Info

Publication number: DE2521105C3
Application number: DE2521105A
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: 1978-06-08
Also published as: US3994753A; JPS547509B2; GB1460138A; FR2270983B1; DE2521105B2; JPS50144638A; DE2521105A1; FR2270983A1; IT1035704B

Description

Zink in einer Flüssigkeit Bornitrid und Bentonit enthält.

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

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

Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Trennmittel t0 bis 40% Bornitrid, 1,0 bis 2,5% Bentonit, 20 bis 25% feinteiliges Zink und als Rest Flüssigkeit, insbesondere Wasser. Weiterhin kann es 0,5 bis 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 Aluminium-Zink-Legierung bildet. Diese Korrosionsschutzschicht unterliegt der Opferkorrosion und verhindert dadurch die Entstehung von Löchern in der Hohlraumwandung.

Die Erfindung ist im nachstehenden an Hand der Zeichnung beschrieben.

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. Voi 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 Aluminiuri-Zink-Legierung ausbildet.

Das Bornitrid verhindert die Vcrsehweißung 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 Schmiervenmögen und der thermischen Stabilität seiner Komponente abgeschätzt werden. Das Preßschweißen, nämlich Warmwalzen, wird beietwa500° C durchgeführt, und hierfür zeigt Fig. 1 an, daß Bornitrid thermisch am stabilsten ist und den

ίο niedrigsten Reibungskoeffizienten besitzt. Daraus geht hervor, daß Bornitrid ein ausgezeichnetes Trennmittel ergibt. Wie bereits gesagt, beträgt die einzusetzende Menge Bornitrid 2 bis 50%. Liegt der Bornitridgehalt unter 2,0%, läßt sich die Verschweißung

¹S 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 bis 40% zugesetzt.

Das Bentonit dient dazu, die Hydrophilität von Bornitrid zu verbessern. Die zu verwendende Menge Bentonit beträgt 0,2 bis 10%, vorzugsweise 1,0 bis 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 Borniirides, 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 bis 50% und ist abhängig von der Dicke des Aluminiumbleches, der Dicke und der Zn-Oberflächenkonzentration 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-Oberflächenkonzentration erzeugen, die keine ausreichende Korrosionsfestigkeit mehr erbringen wird. Die Verwendung von mehr als 50% Zink läßt die Zn-Oberflächenkonzentration 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 20 bis 25%. Die aus der Diffusion des Zinks resultierende Korrosionsschutzschicht ist besonders dann von Nutzen, wenn die Aluminium-Zink-Legierung eine Schichtdicke von etwa 5 bis 20%, vorzugsweise 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 unterhalt) 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 £'<( die angewandte Erhitzungstemperatur abzustimmen ist, betragt vorzugsweise I bis fi Stunden, wenn die Erwärmung in der Atmosphäre eines Ofens durchgeführt wird. Kürzere Erhitzungs/eiten als

1 Stunde reichen nicht aus, um eine homogene Zn-Obcrflächcnkonzcntration 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 bis 20% eines organischen Lösungsmittels, wie Methylalkohol, Äthylalkohol, Isopropylalkohol oder Aceton begünstigt das Trocknen des aufgedruckten Trennmittel.

Um die Haftung des Trennmittel auf dem Aluminiumblech zu verbessern, enthält es vorzugsweise 0,5 bis 7,0, insbesondere 1,0 bis 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 hohen Reibungskoeffizienten und ein geringes Trennvermögen, 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 bis 30%, lediglich als üblichen Füllstoff hinzuzusetzen.

Beispiel 1

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Blech wurde ein Trennmittel 1 aus 33,0% Bornitrid, 1,5% Bentonit, 23,0% feinteiligem Zink, 3,0% Wasserglas und Rest Wasser zur Ausbildung einer Korrosionsschutzschicht in der gewünschten lokalen Anordnung auf ein Blech 2 aufgedruckt, das aus Al 100 Aluminium-Legierung bestand und 3,75 mm dick, 900 mm breit und 500 mm lang war. Der Druck erfolgte durch ein Sieb mit K)O 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 warmgewalzt (Reduktion 63%) und anschließend kaltgewalzt (Reduktion 30%), um die Bleche 2 und 3 durch Preßschweißen miteinander zu vereinigen. Nach 15rninütigem 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 leicht 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 500° C erwärmt. Dabei entstand eine 80 μ dicke Korrosionsschutzschicht 6 aus einer Aluminium-Zink-Legierung auf der Innenseite des Rohres 5. Die Zn-Oberflächenkonzentiation der Schicht betrug 1,3%.

Beispiel 2

Ein Aluminium-Blechblähkörper wurde in de gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedocl bestand das Trennmittel aus 14,0% Bornitrid, 13,09?

Titanoxid, 6,0% Bentonit, 22,0% feinteiligem Zink 2,0% Wasserglas und Rest Wasser. Ferner wurder die verbundenen Bleche zwischen dem Heißwalzer

ίο und dem Kaltwalzen 2 Stunden auf 500° C erwärmt um das Zink in dem Trennmittel über den Bereich zu verteilen, der die Innenwandung des Rohres zu bil den hat. Die Zn-Oberflächen-Konzentration der ent standenen Kon osionsschutzschicht aus einer Alumi-

'5 nium-Zink-Legierung betrug 1,0%, und ihre Dicke 100 μ.

Beispiel 3

Ein Aluminium-Blechblähkörpcr wurde in dei gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, jedoch bestand das Trennmittel aus 20,0% Bornitrid, 18,09?

Titanoxid, 1,5% Bentonit, 10,0% feinteiligem Zink 2,0% Wasserglas und Rest Wasser. Die Zn-Oberflä chenkonzentration der entstandenen Korrosionsschutzschicht war 0,4% und ihre Dicke 50 μ.

Beispiel 4

Ein Aluminium-Blechblähkörper wurde in de gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, jedocl· bestand das Trennmittel aus 14,0% Bornitrid, 10,09? Titanoxid, 1,5% Bentonit, 30,0% feinteiligem Zink 2,0% Wasserglas und Rest Wasser. Die Zn-Oberflä chenkonzentration der entstandenen Korrosionsschutzschicht betrug 2,5% und ihre Dicke 2(X) μ.

Beispiel 5

Ein Aluminium-Blechblähkörper wurde in de gleichen Weise wie in Beispiel 2 hergestellt, jedoch bestand das Trennmittel aus 14,0% Bornitrid, 8,09?

Titanoxid, 10,0% Talkum, 1,5% Bentonit, 22,09? feinteiligem Zink, und die Restmenge wurde durch eine 20%ige Lösung von Äthylalkohol in Wasser ge bildet. Die Zn-Oberflächenkonzentration der gebildeten Korrosionsschutzschicht betrug 1,0% unc ihre Dicke 100 μ.

Die unverschweißten Teile der verbundenen Bleche nach den Beispielen 2 bis 5 ließen sich beim Aufblähen ebenfalls sehr leicht trennen.

Vergleichsbeispiel

Unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden zwei Aluminiumbleche durch Preßschweißer miteinander verbunden, wobei zwischen ihnen zui Ausbildung einer Korrosionsschutzschicht ein Trenn mittel sandwichförmig angeordnet war. Die Zusam mensetzung des Trennmittels betrug 33,0% Titanoxid, 1,5% Bentonit, 1,0% Magnesiummontmorillonit, 22,0% feinteiliges Zink und als Rest Wasser Obwohl Druckluft mit 120 Atmosphären zwischer den unverschweißten Bereichen eingepreßt wurde war es unmöglich, diese rohrförmig aufzublähen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zinkhaltiges Trennmittel zur Ausbildung einer Korrosionsschutzschicht auf der Innenfläche von Aluminium-Blähblechen bzw. daraus gebildeten Körpern, bestehend aus

a) feinteiligem Zink

b) Bornitrid

c) Bentonit und

d) Rest Lösungsmittel, gegebenenfalls

e) 0,5 bis 7 Teilen Wasserglas, und gegebenenfalls

f) Talkum, Titanoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Kaolin, Aluminiumoxid oder Aluminiumhydroxid als Füllstoff.

2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 2 bis 50 Teile Bornitrid. 0,2 bis 10 Teile Bentonit und 5 bis 50 Teile feinteiliges Zink sowie Wasser enthält.

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

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

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

6. Mittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 20 bis 30 Teile Füllstoffmenge enthält.

7. Verfahren zur Herstellung eines Blechblähkörpers mit einer Korrosionsschutzschicht auf der Hohlraum-Innenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Trennmittel, welches Bornitrid, Bentonit, feinteiliges Zink und Lösungsmittel enthält, in ein vorbestimmtes Muster zwischen wenigstens zwei Blechen aus Aluminium oder Aluminium-Legierung, ausgenommen Aluminium-Zink-Legierungen, einbringt, die Bleche, zwischen denen das Trennmittel angeordnet ist, 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 Korrosions-Schutzschicht aus Aluminium-Zink-Legierungauf diesen Oberflächen gebildet hat.

8. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Ausbildung der Korrosions-Schutzschicht die verschweißten Bleche, bevor man diese zu dem gewünschten Körper aufbläht, erhitzt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, 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.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bleche durch Warmwalzen und anschließendes Kaltwalzen verbindet und zwischen diesen beiden Arbeitsgängen erwiirmt. bis sich eine Korrosior.sschul/.schicht aus einer Aluminium-Zink-Legierung auf den Bereichen der Fläche gebildet hat, die die Hohlraum-InncnwuiKhmg des !eiligen Körpers ergehen.

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 ίο 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 ¹S unverschweißten Bereiche durch Beaufschlagung mit einem Druckfluid zu der gewünschten Form aufgebläht werden. Das noch nicht aufgeblähte Werkstück wird als »Blähblech« bezeichnet.

Verfahren zur Herstellung derartiger Blechbläh- *> körper und hierfür benötigte Trennmittel sind an sich bekannt. Meist bestehen letztere hauptsächlich aus kolloidalem Graphit oder aus Titandioxid (US-PS 3385716). Das Trennmittel sollte nach dem Aufblähen des Bleches durch Säubern entfernt werden, was sich jedoch nur schwierig vollständig erreichen läßt. Graphit, ein starkes kathodisches Depolarisationsmittel, verursacht in Kontakt mit Aluminium bei Gegenwart von Wasser 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 od. 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 Wasscrcrhitzern, die die Sonnenenergie ausnutzen, also Bauteilen, die Wasser mit einem Gehalt an gelöstem Kupfer, Eisen oder anderen Schwermetallen leiten, wir 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 2015373). 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 Auf-So blähen 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 Arbcitsablauf bei der Herstellung der Blechblähkörper nicht beeinträchtigt, und eine zuverlässige Kormsionsschutzschicht auf der Innenfläche ausbildet.

Diese Aufgabe wird eifindungsgemiiß durch ein Trennmittel gelöst, welches außer dem !einteiligen