DE2537623C3 - Verfahren zum Herstellen von beschichteten Metallrohren - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von beschichteten MetallrohrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von hochfesten mit Schutzschichten aus einem anderen
Metall versehenen Metallrohren.
Das Auftragen von metallischen Schutzschichten auf die Innenseite von langen Metallrohren ist bisher im
befriedigendem Maße nur durch Eintauchen in ein flüssiges Bad des Überzugmaterials möglich. Dieses
Verfahren, welches vor allem für die Verzinkung von Stahlrohren Anwendung findet, ist nur für gering
beanspruchte Teile geeignet Ein entsprechendes Verfahren zur Innenbeschichtung von hochfesten und
korrosionsbeständigen Rohren bzw. Zylindern ist bisher nicht bekannt
Die Herstellung von hochbeanspruchten rotationssymmetrischen Werkstücken wird z. B. entsprechend
der DE-PS 19 38 403 mittels eines Fließdrückverfahrens vorgenommen, die dem während des Ablaufes des
Fließdrückens bei Wärmebehandlung als eine Austenitformhärtung durchgeführt wird. Die mit diesen oder
ähnlichen Verfahren hergestellten Rohre sollen eingesetzt werden z. B. für Schleudertrommeln von Gaszentrifugen
oder für Raketenbrennkammern. Für gewisse Extremfälle sind sie jedoch nicht korrosionsbeständig
genug.
Es wurde nun gefunden, daß ein mit einem anderen Metall, z. B. Aluminium, Nickel, Kadmium oder Titan
beschichtetes Stahlblech, das durch Drücken oder Rollen verfestigt und evtl. noch anschließend oxidiert
und/oder verdichtet wurde, einen Werkstoff ergibt, der wesentlich korrosionsbeständiger als das unbehandelte
Stahlblech ist Die Anwendung dieses Verfahrens auf die Fertigung von innenbeschichteten Rohren stößt jedoch
auf erhebliche Schwierigkeiten. Das Aufbringen einer gleichmäßigen Metallschicht auf die inneren Mantelflächen
von Stahlrohren ist sowohl galvanisch als auch durch Aufdampfen im Hochvakuum nur bei verhältnismäßig
kurzen Rohren und ab einem bestimmten Rohrdurchmesser möglich. Beim galvanischen Beschichten
ist es nahezu unmöglich, innerhalb eines verhältnismäßig langen Rohres von kleinem Durchmes-
lu ser überall eine die Schichtdicke bestimmende gleichmäßige
Stromdichte zu erzeugen. Auch bei der Verwendung von Hilfsanoden ist die erforüerliche
gleichmäßige Schichtdicke nicht zu erreichen. Bei einer
Innenbeschichtung von langen Rohren mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser durch Aufdampfen im
Hochvakuum ist es ebenfalls nicht möglich, über die gesamte Rohrlänge hinweg eine vollkommen gleichmäßige
Verteilung des aufzudampfenden Materials zu erzielen.
Hier setzt nun die Erfindung ein, deren Aufgabe die Schaffung von hochfesten, verhältnismäßig langen
Rohren mit einer absolut korrosionsbeständigen Beschichtung auch der Innenflächen ist
2> eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Oberflächen eines verhältnismäßig
kurzen Metallrohres, ganz oder teilweise, die Schutzschicht mit einem üblichen Verfahren aufgebracht und
danach das Metallrohr durch Fließdrücken gelängt wird.
μ Es ist nur für die Gesamtkombination des Hauptanspruchs
Schutz begehrt
Nach Weiterbildungen gemäß der Unteransprüche der Erfindung wird die Schutzschicht entweder durch
Aufdampfen im Hochvakuum oder auf galvanischem
r> Wege aufgebracht. Das erfindungsgemäße Verfahren
hat den Vorteil, daß die bei der Innenbeschichtung längerer Rohre entstehenden Schwierigkeiten vermieden
werden. Es ist durch Versuche nachgewiesen und gut zu realisieren, auf die Innenfläche von kürzeren
Metallrohren verhältnismäßig dicke Schichten eines anderen Metalls aufzubringen und diese beschichteten
Rohre anschließend durch Fließdrücken auf die gewünschte Länge zu bringen, wobei Vielfachlängen
des Ausgangsrohres möglich sind. Die erforderliche
ir< Dicke von Rohr und Schutzschicht ist dabei durch den
Fertigungsablauf bestimmbar. Das Fließdrücken bewirkt außerdem eine Verdichtung der duktilen, aus dem
aufgetragenen Metall bestehenden Schutzschicht.
Entsprechend vorteilhafter Weiterbildungen der
Entsprechend vorteilhafter Weiterbildungen der
r><> Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Metallrohr aus
Stahl und die Schutzschicht aus Aluminium, Nickel, Kadmium oder Titan bestehen und daß das Dickenverhältnis
der Rohrwandung zur Schutzschicht etwa 1 :0,01 bis 0,1 beträgt
ν·, Wegen der hochfesten Bauteile, die aus den nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohren gefertigt werden, wird bevorzugt auf hochwertige
Stahlrohre als Grundmaterial zurückgegriffen. Die Verwendung anderer Materialien, wie z. B. Aluminium-,
fco Kupfer- und Nickellegierungen, liegt jedoch auch im Bereich der Erfindung. Nach den bisherigen Untersuchungen
ist die Verwendung von Aluminium, Nickel, Kadmium oder Titan für die Schutzschicht am besten für
die Durchführung des Verfahrens geeignet, wobei die
<y> angegebenen Dickenverhältnisse der Rohrwandung zur
Schutzschicht gute Ergebnisse brachten. Die mit diesen Materialien aufgebrachten Schichten lösen sich beim
Fließdrücken nicht von dem Rohr ab und d<e
Schichtdicken verjüngen sich etwa in gleichen Verhältnissen. Die auftretende Verdichtung des Metallgefüges
kann dabei soweit gesteigert werden, daß die fließgedrückte Schutzschicht auch hochdicht ist
Bei einigen Anwendungsfällen ergeben sich besonders gegen Korrosion und abrasive Erosion schützende
Beschichtungen nach einer weiteren Ausführung der Erfindung dadurch, daß die Schutzschicht nach dem
Fließdrücken nachoxidiert und die Oxidschicht anschließend nachverdichtet wird. Weiterhin kann das erfin- ι ο
dungsgemäße Verfahren dadurch verbessert werden, daß auf das Metallrohr vor dem Auftragen der
Schutzschicht noch eine dünne Zwischenschicht aufgetragen wird. Wenn zur Erzielung einer hohen Festigkeit
oder zur besseren Durchführung des Fließdrückens is
Temperaturprozesse nötig sind, wird durch eine solche Zwischenschicht vermieden, daß dabei an der Grenzfläche
durch Reaktionen zwischen Grundmaterial und Schutzschicht unerwünschte intermetallische Verbindungen
oder spröde Phasen entstehen, die zu Schädigungen führen.
Die erfindungsgemäß hergestellten Rohre können für viele hochbeanspruchte Bauteile eingesetzt werden,
z. B. für Schleudertrommeln von Zentrifugen, Abschußrohre von Raketen, Behälter für agressive Stoffe. Dabei
sind Schichtdichten der Schutzschichten zwischen etwa 5 μπι und 100 μΐη möglich. Der Einsatz der verschiedenen
Materialien als Schutzschicht hängt selbstverständlich von der späteren Verwendung ab. Da sich die
Auftragung-von Aluminium und Kadmium auf Stahlrohre verhältnismäßig gut durchführen läßt und diese in
vielen Fällen eine gute Korrosionsbeständigkeit gewährleisten, wird man sie z. B. bei geringerer Wärmebeanspruchung
der fertigen Bauteile bevorzugen. Bei höher wärmebeanspruchten Bauteilen lassen sich als κ
Schutzschichten Nickel oder Titan einsetzen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Beispielen näher erläutert werden.
Ein Rohr aus hochfestem Maraging-Stahl von 150 mm Durchmesser, einer Wandstärke von 1,8 mm
und 300 mm Länge wird mit einer Zwischenschicht von 5 μιη Titan und einer Schutzschicht von ΙΟΟμίτι
Aluminium versehen. Die Beschichtung erfolgt durch Aufdampfen im Hochvakuum bei Drücken von 10~6 bis
10-* Torr. Anschließend wird das beschichtete Rohr mit einem üblichen Fließdrückverfahren auf eine Länge von
1500 mm und eine Wandstärke von 035 mm gebracht,
wobei sich die Dicke der Schatzschicht, etwa im gleichen Verhältnis wie die Dicke des Rohres, auf 22 μπι
ermäßigt. Die Zwischenschicht von Titan, die sich,
ebenfalls etwa im genannten Verhältnis, auf ca, 2 μπι
ermäßigt, verhindert die Bildung einer intermetallischen Verbindung zwischen Eisen und Aluminium bei der
Warmauslagerung, so daß die Struktur und Festigkeit des Stahlrohres erhalten bleibt Falls erforderlich, wird
die Aluminium-Schutzschicht des Rohres noch in einem Eloxalbad anodisch oxidiert, wobei die Außenflächen
des Rohres abgedeckt werden können. Die entstandene etwa 10 μιη starke Eloxalschicht kann anschließend in
destilliertem Wasser von 95— 1000C verdichtet werden.
Diese Behandlung erzeugt eine Härte von etwa 400kp/mm2 der Schutzschicht und bietet optimalen
Schutz gegen chemische und mechanische Korrosion.
Ein Stahlrohr entsprechend dem Beispiel 1 wird in bekannter Weise vorbehandelt und danach in einem
zusatzfreien Nickelsulfamatbad mit einer 120 μπι
starken Nickelschicht überzogen. Bei Badbedingungen von pH 4, 50° C Badtemperatur und einer kathodischen
Stromdichte von 6 A/dm2 werden dehnbare Überzüge mit einer Vickershärte von 167 kp/mm2 sowie einem
Schwefelgehalt von maximal 0,005% erhalten. Durch Fließdrücken des beschichteten Rohres entsprechend
Beispiel 1 wird die Dicke des Nickelüberzuges auf 26 μπι
verringert Zur Erhöhung der chemischen und mechanischen Korrosionsbeständigkeit wird das Rohr nun auf
der Innenseite mit einer 20 μπι starken Hartchromschicht
überzogen. Zu diesem Zweck wird ein gebräuchlicher Chromsäureelektrolyt mit einer Chromsäurekonzentration
von 250 g/l C1O2 und einem Fremdsäuregehalt von 1 Vo bezogen auf die Chromsäurekonzentration
verwendet Es wird bei kathodischen Stromdichten von 45 A/dm2 und einer Badtemperatur
von 55°C gearbeitet Die Hartchromschicht weist eine Härte von 1200 kp/mm2 nach Vickers auf. Infolge ihres
feinmaschigen Rißwerkes bietet sie im Zusammenspiel mit der darunter befindlichen Nickelschicht optimalen
Korrosionsschutz.
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen von hochfesten mit Schutzschichten aus einem anderen Metall versehenen
Metallrohren, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche eines verhältnismäßig
kurzen Metallrohres, ganz oder teilweise, die Schutzschicht mit einem üblichen Verfahren aufgebracht
und danach das Metallrohr durch Fließdrükken gelängt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schutzschicht durch Aufdampfen im Hochvakuum aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht auf galvanischem
Wege aufgebracht wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr aus Stahl und
die Schutzschicht aus Aluminium, Nickel, Kadmium oder Titan bestehen.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dickenverhältnis der
Rohrwandung zur Schutzschicht etwa 1 :0,01 bis 0,1 beträgt
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht nach dem
Fließdrücken nachoxidiert und die Oxidschicht anschließend verdichtet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß auf das Metallrohr vor dem Auftragen der Schutzschicht noch eine dünne Zwischenschicht
aufgetragen wird.
Priority Applications (7)
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Also Published As
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