DE2656825C3

DE2656825C3 - Galvanisch neutrales Schweißstoppmittel

Info

Publication number: DE2656825C3
Application number: DE2656825A
Authority: DE
Inventors: Verne L. East Alton Ill. Middleton (V.St.A.)
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1975-12-15
Filing date: 1976-12-15
Publication date: 1979-12-20
Also published as: NO144790B; FR2335302A1; JPS5273145A; NO144790C; IT1069598B; FR2335302B1; DE2656825A1; ES454218A1; AU2049376A; IN143237B; CA1081904A; NO764244L; DE2656825B2; JPS5911397B2; BR7608338A; GB1552366A

Description

Die Erfindung betrifft ein galvanisch neutrales Schweißstoppmittel auf Titandioxidbasis in wäßriger Suspension. ■">

Derartige Schweißstoppmittel werden zur Schaffung schweißfreier Zonen bei der Metallverarbeitung verwendet.

Beim Kalt- oder Heißautogenschweißen zweier Metalle (Druck- oder Walzschweißen) können anschlie- ⁴^ ßende Verarbeitungsschritte erforderlich sein, die die Schaffung schweißfreier Zonen erfordern. Diese schweißfreien Zonen werden im allgemeinen dadurch geschaffen, daß man zwischen die Metalle ein Schweißstoppmittel einbringt. ⁱ⁽⁾

Nach dem Schweißen können die nicht verschweißten Teile mit Hilfe eines unter Druck stehenden Fluids einem Innendruck ausgesetzt werden, um die Metalle in den nicht verschweißten Bereichen voneinander zu lösen. Dieses Verfahren erlaubt z. B. eine einfache ■" Herstellung von Wärmeaustauschern, die in einem integrierten Metallblech Innenpassagen aufweisen.

Als Schweißstoppmittel wurde bisher größtenteils schichtförmiger Graphit verwendet Dieses Material wird üblicherweise mit Hilfe einer Siebtechnik (Seiden- ^w> oder Nylonsieb) in dem gewünschten Muster auf die Metalloberfläche aufgebracht. Diese Verfahrensweise bedingt jedoch bestimmte physikalische Eigenschaften des Schweißstoppmittels. Die Morphologie und Krislallstruktur des Mittels müssen eine leichte Extrusion **> durch die Öffnungen des Seiden- oder Nylonsiebs unter der Scherwirkung eines manuell angewandten Gummiquetschers ermöglichen. Außerdem muß das Mittel auf dem Metall ausreichend haften, damit es sich beim Entfernen des Siebs nicht mit diesem abhebt und unbeschichtetes Metall in den Musterbereichen zurückläßt Ferner muß sich die Schicht des Schweißstoppmiltels gleichmäßig abscheiden, die gewünschten Oberflächenbereiche vollständig bedecken. Ecken ausfüllen und geradlinige Kanten ergeben, wo dies erforderlich ist Die auf das Metall aufgebrachte Stoppmittelschicht darf auch beim Trocknen bei niedriger Temperatur nicht abspringen oder Risse bilden. Beim Erhitzen auf erhöhte Temperaturen in einem Ofen vor dem anschließenden Verbinden und Verarbeiten muß sich das Schweißstoppmittel unter Walzreduktionsdruck so verhalten, daß eine vollständige Bedeckung aufrechterhalten und eine optimale Schweißunterbrechung in der bedeckten Zwischenfläche erzielt wird.

Schweißstoppmittel auf Graphitbasis erfüllen weitgehend diese Anforderungen. Für manche Anwendungsbereiche von Verbundmaterialien mit schweißfreien Zonen ist es jedoch zusätzlich erforderlich, ein Schweißstoppmittel einzusetzen, das sich in wäßrigen Medien gegenüber Aluminium und Kupfer galvanisch neutral verhält Graphit ist jedoch im Hinblick auf die Korrosion insbesondere in Gegenwart von Wasser ein wenig brauchbarer Bestandteil von Schweißstoppmitteln. Graphit ist nämiich ein starker kathodischer Depolarisator und beschleunigt unter wäßrigen Bedingungen in Gegenwart von Aluminium und Kupfer elektrochemische Prozesse, die eine lochfraßähnliche Korrosion bewirken. Trotz spezieller Säuberungsicchniken ist derzeit keine praktische Methode bekannt, sämtliche Spuren von Graphit-Schweißstoppmitteln aus integral-geschweißten Materialien zu entfernen.

In der DE-AS 15 08 342 ist ein Schweißstoppmittel beschrieben, das sich insbesondere für Aluminium und Aluminiumlegierungen eignet. Dieses Mittel enthält 5 bis 60 Gewichtsprozent TiO?, 03 bis 5.0 Gewichtsprozent Bentonit, 0,10 bis 4 Gewichtsprozent Magnesium-Montmorillonit und Rest Wasser. Ferner kann das bekannte Schweißstoppmittel zusätzlich 0,1 bis 10 Gewichtsprozent S1O2 enthalten.

Aus der DE-PS 8 85 237 ist ein Schweißstoppmittel bekannt, bei dem als Lösungsmittel verschiedenwertige Alkohole vorgesehen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes, graphitfreies, galvanisch neutrales Schweißstoppmittel bereitzustellen.

Das erfindungsgemäße Schweißstoppmittel enthält 5 bis 60 Gewichtsprozent Titandioxid, 1 bis 15 Gewichtsprozent eines zweiwertigen oder mehrwertigen Alkohols, vorzugsweise Glycerin, und Rest Wasser.

Vorzugsweise enthält das Mittel zusätzlich 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Bentonit, 0,10 bis 4 Gewichtsprozent Magnesium-Montmorillonit und/oder 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Siliciumdioxid. Außerdem ist vorzugsweise ein Teil des Titandioxids durch Bornitrid ersetzt, wobei die Bornitridmenge 5 bis 75 Gewichtsprozent des Titandioxidgehalts ausmacht.

Das erhaltene Schweißstoppmittel ist galvanisch neutral und eignet sich insbesondere zur Erzeugung schweißfreier Zonen sowohl bei der Verarbeitung von Aluminium und dessen Legierungen als auch von Kupfer und dessen Legierungen. Das Schweißstoppmittel der Erfindung vermeidet auch zahlreiche Nachteile bekannter Schweißstoppmittel, z. B. ein Ausflocken oder Schmieren in anschließenden Verarbeitungsstufen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zur Verhinderung des Einfrierens die Verdampfungsgeschwindigkeit

der Trägerflüssigkeit bzw, des Bindemittels verringert wird, wodurch das Schweißstoppmittel in dem Seidenoder Nylonsieb nicht austrocknet und dieses verstopft.

Das Schweißstoppmittel wird gewöhnlich mit Hilfe einer Quetschwalze auf einem Seiden- oder Nylonsieb in einer dünnen Oberzugsschicht auf die Metalloberfläche aufgebracht. Als Trägerflüssigkeit wird üblicherweise Wasser verwendet. Das Seiden- oder Nylonsieb wird in der Praxis mehrmals verwendet, und die Verdampfungsgeschwindigkeit der Trägerflüssigkeit ist recht hoch. Das Verdampfen oder »Einfrieren« des Schweißstoppmittels hat zur Folge, daß dieses in dem Sieb eintrocknet und den weiteren Durchtritt von Schweißstoppmittel verhindert. Das Auftragen muß daher unterbrochen werden, um das Sieb zu reinigen, wodurch nicht nur Arbeitszeit verlorengeht, sondern gegebenenfalls auch Werkstücke verworfen werden müssen.

Es wurde nun gefunden, daß durch Zusatz von 2- oder mehrwertigen Alkoholen zu den Schweißstoppmitteln die Verdampfungsgeschwindigkeit der Trägerflüssigkeit beträchtlich gesenkt werden kann, so daß die mit dem Einfrieren verbundenen Schwierigkeiten weitgehend vermieden werden.

Die hohe Schmierfähigkeit von 2- oder mehrwertigen Alkoholen verbessert auch die Verarbeitbarkeit beim Siebdruck, da der Reibungswiderstand der Auftragwalze wesentlich abnimmt Die 2- oder mehrwertigen Alkohole stabilisieren auch das Schweißstoppmittel, so daß die Produktionsverluste insbesondere durch Abschälen minimal gehalten werden. Beim Abschälen ist die Bindekraft an der Kante einer oder mehrerer Rohrdurchtrittsöffnungen nicbt slark genug, um dem Aufblasdruck standzuhalten, so daß sich die Schichten abschälen. Das Ausmaß dieser Erschein- ng variiert von einer Platte zur anderen. Eine Ursache für dieses η Abschälen ist in der mechanischen Instabilität von Schweißstoppmitteln zu sehen, die ein Schmieren und/oder Abblättern des Schweißstoppmusters bei der Verarbeitung im Anschluß an den Siebdruck ermöglicht

Es hat sich gezeigt, daß das Einfrierproblem bei den graphitfreien Schweißstoppmitteln der US-PSen 33 85 716 und 34 63 676 stärker ausgeprägt ist als bei Schweißstoppmitteln auf Graphitbasis. Außerdem wirkt die Titandioxidkomponente der Schweißstoppmittel reibend und kann daher die Siebe beschädigen, v, Demgegenüber wird in den Schweißstoppmitteln der Erfindung die Reibwirkung des Titandioxids durch die als Schmiermittel wirkenden 2- oder mehrwertigen Alkohole wesentlich gemildert.

Da die unter Verwendung der Schweißstoppmittel w hergestellten Metallprodukte im allgemeinen für Kühlsysteme, Solarzellen oder ähnliche Systeme eingesetzt werden, ist die Sauberkeit im Inneren von großer Bedeutung. Insbesondere dürfen Zusätze oder Modifikalionsmitte! in den Mischungen keine unerwünschten ^r. > Rückstände bilden. Die erfindungsgemäß verwendeten 2- oder mehrwertigen Alkohole sind daher vorzugsweise wasserlöslich oder mit Wasser mischbar, da Wasser als Trägerflüssigkeit verwendet wird Die Alkoholkompönente verfingert Vorzugsweise auch die Verdamp- Mi fungsgeschwindigkeit des Wassers aus dem Schweißstoppmittel. Der hohe Siedepunkt der Alkoholkomponente (Glycerin siedet bei etwa 282°C) hat zur Folge, daß sie nach dem Trocknen des musterförmig beschichteten Metallblechs bei etwa 65,5"C (zum 6^r> Entfernen der Wasser-Trägerflüssigkeit) in der .Schweißstoppmasse zurückbleibt. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Mengen wirkt die Alkoholkomponente als Bindemittel für die Schweißstoppteilchen, so daß ein Abblättern und/oder Schmieren weitgehend' vermieden werden. Beim Aufheizen der Platte vor dem Walzen auf Temperaturen oberhalb 482°C verdampft die Alkoholkomponente rückstandsfrei aus dem Schweißstoppmittel, so daß das Mittel wieder seinen ursprünglichen Zustand vor der Modifikation einnimmt Hierdurch werden unerwünschte Rückstände vemieden.

Der erfindungsgemäß verwendete 2- oder mehrwertige Alkohol muß mit Wasser mischbar sein und einen Siedepunkt oberhalb dem Siedepunkt von Wasser, jedoch unterhalb 482°C aufweisen, d. h, der Siedepunkt liegt oberhalb 100" C. Der bevorzugte Alkohol ist Glycerin, jedoch können auch beliebige andere 2- oder mehrwertige Alkohole eingesetzt werden. Beispiele für geeignete mehrwertige Alkohole sind Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Trimethyloläthan und Trimethylolpropan. Beispiele für geeignete zweiwertige Alkohole sind Triäthylenglykol, Diäthylenglykol, Pentamethylenglykol, Butylenglykol, Propylenglykol und Äthylenglykol, wobei aliphatische und vorzugsweise niedere aliphatisch e 2- oder mehrwertige Alkohole sowie deren Derivate besonders bevorzugt sind.

Das als Hauptbestandteil des Mittels verwendete Titandioxid wird in einer Menge von 5 bis 60 Gewichtsprozent vorzugsweise 15 bis 40 Gewichtsprozent, eingesetzt Vorzugsweise wird ein in Wasser dispergierbares Titandioxid verwendet Das Titandioxid läßt sich hierbei in Wasser dispergieren und ergibt eine Paste, die im Siebdruck verarbeitet werden kann. Das Gemisch ist jedoch für diesen Zweck nicht besonders geeignet, da es schnell trocknet und deshalb das Sieb verstopft Außerdem springen Schweißstoppmuster, die aus Titandioxid-Wasser-Dispersionen hergestellt worden sind, während dem Trocknen und Vorheizen vor dem Verbinden ab.

Es wurde nun gefunden, daß bei Verwendung der Alkoholkomponente Titandioxid- Wasser- Dispersionen zufriedenstellend eingesetzt werden können, ohne daß die bisher üblichen Additive erforderlich sind. Vorzugsweise verwendet man jedoch eine oder mehrere zusätzliche Komponenten, um dem Schweißstoppmittel optimale Eigenschaften zu verleihen. Der bevorzugte Zusatz ist Bentonit, das dem Titandioxid vor Zugabe des Wassers trocken zugemischt wird. Bentonit wird in einer Menge von 04 bis 5%, vorzugsweise 1 bis 3% verwendet. Bentonit ist iin im wesentlichen hydrophiles Material, das als Füllstoff wirkt und das Abspringen der Schweißstoppmasse beim Trocknen und insbesondere unter Hitzeeinwirkung verhindert. Bei Verwendung von mehr als 5% Bentonit nimmt der Rißdruck der Schweißstoppmasse rasch zu, so daß die Schweißunterbrechungsfähigkeit beeinträchtigt wird.

Um die Plastizität des Schweißstoppmittels zu verbessern, setzt man vorzugsweise Magnesium-Montmorillonit in einer Menge von 0,10 bis 4 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,25 bis 1,5 Gewichtsprozent, zu. Das Material wirkt ähnlich wie Gelatine und Gummimaterialien als Geliermittel, ist jedoch anorganisch und enthält keinen Kohlenstoff, so daß es nicht dem mikrowellen Abbau unterliegt. Außerdem stabilisiert Magnesium-Montmorillonit den pH des Schweißstoppmittels während der Lagerung.

Die Magnesium-Montmorillonitkomponente des erfindungsgemäßen Schweißstoppmittels wird vorzugsweise in Form eines vorgemischten Gels hergestellt, das die gewünschte Menge Magnesium-Montmorillonit und

j! im übrigen Wasser enthält und in einem Hoehleisuings-

f. rührer gemischt wird. Die trockene, vorgemischte

■q: Titandioxid-Bentonit-Komponente wird dann zu dem

I Gel gegeben oder aber man vermischt das Gel mit der

U Titandioxid-Bentonit-Komponente in einem Hochlei-

I? stungsrührer. Gegebenenfalls kann auch weiteres

% Wasser zugegeben werden.

I Bei der Entwicklung optimaler Schweißstoppmittel

|ϊ hat sich gezeigt, daß es auf Grund der Ausflockungsnei-

P: gung von Titandioxid außerordentlich schwierig ist,

;ί insbesondere beim trockenen Mischen der Bestandteile

^!> gleichförmige Materialansätze zu erhalten. Es wurde

Γ nun gefunden, daß dutch Zusatz geringer Mengen an

Siliciumdioxid, insbesondere kolloidaler Kieselsäure, zu den trockenen Bestandteilen eine homogenere Mischung erhalten wird, die ein gleichmäßigeres Verhalten des Schweißstoppmittels gewährleistet Im allgemeinen :: werden 0,10 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1

gj bis 1 Gewichtsprozent, Siliciumdioxid, verwendet

',:, Das Schweißstoppmittel der Erfindung kann gegebe-

£ nenfalls auch andere Zusätze enthalten. z. B. Talk,

' Kaolin, Magnesiumoxid und Ammoniak.

;J Das Schweißstoppmittel der Erfindung weist vor-

£ zugsweise eine scheinbare Viskosität von 32 000 bis

; 50 000 mPa - s bei 22^° C auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Teil des Titandioxids durch Bornitrid ersetzt. Die Bornitridmenge beträgt hierbei 5 bis 75 Gewichtsprozent, vorzugsweise 20 bis 60 Gewichtsprozent, des Titandioxidge-

halts. Größere Mengen ergeben keine nennenswert verbesserten Eigenschaften und sind in Anbetracht des· Preises für Bornitrid unwirtschaftlich. Bornitrid ist ein ausgezeichnetes Schmiermittel bei hohen Temperaturen, wodurch die Fließeigenschaften bei der Verarbeitung verbessert werden.

Beispiel

Ein Schweißstoppmittel wird dadurch hergestellt, daß man 3 g Magnesium-Montmorillonit, 6 g Bentonit,

is 283,5 g Titandioxid und 600 ml Wasser miteinander vermischt Das Gemisch wird mit 5 Volumenprozent Glycerin versetzt Das erhaltene Schweißstoppmittel wird bei einer Charge von etwa 2000 gebundenen Aluminiumblechen angewandt Hierbei beträgt der Gesamtausschuß nur etwa 03%. Ähnlich gute Ergebnisse werden erhalten, wenn man 141,75 g Titandioxid durch 141,75 g Bornitrid ersetzt. Ohne Verwendung von Glycerin beträgt der Ausschuß gewöhnlich 1 bis 1,5% und oft bis zu 5%.

Claims

1 Patentansprüche;

1. Galvanisch neutrales Schweißstoppmittel auf Titandioxidbasis in wäßriger Suspension, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 60 Gewichtspro- s zent Titandioxid, 1 bis 15 Gewichtsprozent eines zwei- oder mehrwertigen Alkohols, Rest Wasser, enthält.

2. Schweißstoppmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,5 bis 5 Gewichtsprozent "> Bentonit enthält

3. Schweißstoppmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,1 bis 4 Gewichtsprozent Magnesium-Montmorillonit enthält

4. Schweißstoppmittel nach einem der Ansprü- '⁵ ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß 5 bis 75 Gewichtsprozent des Titandioxids durch Bornitrid ersetzt sind.

5. Schweißstoppmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4_r dadurch gekennzeichnet, daß es Glycerin ^n enthält

6. Schweißstoppmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Siliciumdioxid enthält

7. Schweißstoppmittel nach einem der Ansprü- ■?> ehe 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es einen wasserlöslichen Alkohol mit einem Siedepunkt oberhalb dem Siedepunkt von Wasser, jedoch unterhalb 482° C, enthält.

8. Schweißstoppmittel nach einem der Ansprüche » 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Viskosität von 32 000 bis 50 00OmPa-S bei 22,2° C aufweist.