DE2733075A1

DE2733075A1 - Verfahren zum ueberziehen eines drahtfoermigen gegenstandes mit einem thermisch schmelzbaren material

Info

Publication number: DE2733075A1
Application number: DE19772733075
Authority: DE
Inventors: Michel Kornmann; Marcel Nussbaum; Juergen Rexer
Original assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Current assignee: Battelle Memorial Institute Inc
Priority date: 1976-07-20
Filing date: 1977-07-19
Publication date: 1978-04-13
Also published as: BE856939A; CH616351A5; IT1114640B; CA1107577A; SE434472B; SE7708323L; US4169426A; DE2733075C2

Description

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PATENTANWÄLTE D-1 BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE ββ D-B MÜNCHEN 33 ■ WIDENMAYERSTRASSE 40 BERLIN: DIPL.-IN<«. R. MÜLLKR-BORNKR BATTELLE MEMORIAL INSTITUTE _{MÜNCHEN! DIPL}._INe.H_AN..H._INRieHw.r DIPL.-ΙΝΘ. KKKCHARO KÖRNER

Berlin, den 19. Juli 1977

Verfahren zum überziehen eines drahtförmigen Gegenstandes

mit einem thermisch schmelzbaren Material

(entspr. Schweiz, Nr. 9265/76 voa 20. Juli 1976)

19 Selten Beschreibung
7 Patentansprüche 2 Blatt Zeichnungen

Chr/. -27 200 809815/0533

BERLIN: TEL EFON (O 30) 8 31 30 88 MÜNCHEN: TELEFON (080) 39BBBS KABEL: PROPINDUS · TELEX O184OB7 KABEL: PROPINDUS · TELEX 0B94944

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum überziehen eines drahtförmigen Gegenstandes mit einem thermisch schmelzbaren Material sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert allgemein auf einer Technik des Überziehens durch kontinuierliches Eintauchen (bekannt als "freeze coating"), welche darin besteht, daß der zu überziehende Gegenstand schnell durch ein mit einer Mündung versehenes Bad hindurchgezogen wird, das mit einem Material in geschmolzenem Zustand gefüllt ist, welches sich beim Kontakt mit dem kalten, hindurchgeführten Gegenstand verfestigt.

Es ist bereits eine Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen, die auf einer derartigen Technik basieren, bekannt. So gibt es beispielsweise ein Verfahren zum überziehen von sehr dünnen Siliziumfasern mit Aluminium, welches darin besteht, daß die Fasern in vertikaler Richtung - von oben nach unten durch einen senkrechten, am Ende einer Mündung angebrachten Spalt gezogen werden, wobei das geschmolzene Aluminium mittels der Mündung kontinuierlich den Außenkanten des Spaltes in der Weise zugeführt wird, daß es sich auf der Faser bei deren Passieren ablagert. Die Faser ist übrigens beim Verlassen der Mündung von einer nur wenig oxidierenden Atmosphäre umgeben, um die Bildung einer Oxidschicht auf dem so erhaltenen Überzug zu verhindern. Bei diesem Verfahren, bei dem die Faser von oben nach unten geführt wird, ergibt sich jedoch der große Nachteil einer unregelmäßigen und zu reichlichen Ablagerung des Aluminiums außerhalb der Mündung, in der Weise, daß es sich als schwierig erweist, die Qualität und Gleichmäßigkeit des erhaltenen Überzugs zu steuern. Ein derartiges Verfahren scheint auch ausschließlich auf die Ablagerung von Aluminiumschichten beschränkt zu sein, da die Verwendung anderer Materialien, welche not-

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wendigerweise flüssiger sind, nicht in ausreichender Weise ein Entweichen des flüssigen Materials aus der Mündung verhindern.

Weiterhin ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Ummanteln eines Stahlbandes mit Aluminium bekannt, welches darin besteht, daß ein vorher entfettetes und/oder angeätztes Stahlband in vertikaler Richtung von unten nach oben (mit einer maximalen Hindurchführungs-Geschwindigkeit in der Größenordnung von 10 m/min) einen Spalt einer Zuführungsmündung aus feuerfestem Material passiert, welche mit flüssigem Aluminium gefüllt ist. Die Geschwindigkeit, mit der das Band hindurchgeführt wird, ist so gewählt, daß die Verweildauer des Bandes in der Mündung zwischen 3/100 und 1 Sekunde liegt. Diese relativ lange Zeit der Verweildauer ermöglicht es, lediglich die Bildung einer fragilen Schicht aus intermetallischen Verbindungen, sowie ein Ausglühen des Substrates zu begrenzen, aber nicht vollständig zu verhindern. Das Verfahren ist darüber hinaus auf das überziehen von Bändern kleiner Dicke beschränkt, wobei die maximal mögliche Dicke in der Größenordnung von 0,5 mm liegt. Das Fehlen einer neutralen Atmosphäre am Ausgang der Mündung wirft weiterhin Probleme bezüglich der Zentrierung des Überzugs auf dem Band auf.

Es gibt außerdem noch eine Anzahl anderer Verfahren und Vorrichtungen zum überziehen von Bändern oder Drähten. Die mit diesen Verfahren oder Vorrichtungen möglichen Uberzugsgeschwindigkeiten sind jedoch beschränkt, wobei die maximale erreichbare Geschwindigkeit in der Größenordnung von 10 m/min liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der obengenannten Nachteile bei großem Mengendurchsatz gleichmäßige und fehlerfreie überzüge zu erzeugen.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der drahtförmige Gegenstand in axialer Richtung vertikal von unten nach oben quer durch ein Gehäuse hindurchgeführt wird, welches mit dem Material in geschmolzenem Zustand gefüllt ist, mittels senkrecht übereinander liegender öffnungen, die aneinander gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses vorgesehen sind, wobei die Geschwindigkeit des Hindurchführens des drahtförmigen Gegenstandes in der Weise geregelt ist, daß die Verweildauer jedes Längenelementes des drahtförmigen Gegenstandes in dem geschmolzenen Material kleiner als 5 · 10 s ist.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich aus durch ein Gehäuse, bei dem in einander gegenüberliegenden Bereichen zwei vertikal aufeinander ausgerichtete Offnungen vorgesehen sind, wobei eine untere öffnung einen Querschnitt aufweist, der genau demjenigen des drahtförmigen Gegenstandes entspricht und eine obere öffnung einen Querschnitt, der größer ist als derjenige des drahtförmigen Gegenstands, und dessen Kanten mit einem Material versehen sind, welches durch das geschmolzene Material nicht benetzt wird.

Mittel zum Füllen des Gehäuses mit dem geschmolzenen Material sowie

Mitteln zum axialen Hindurchführen des drahtförmigen Gegenstands mit großer Geschwindigkeit in vertikaler Richtung von unten nach oben quer durch das Gehäuse.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend näher beschrieben, wobei ein AusfUhrungsbeispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in der Zeichnung dargestellt ist.

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Es	zeigen:
Fig	. 1
Fig	. 2

eine schematische Gesamtansicht des Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, eine vergrößerte Darstellung eines Details gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 die Darstellung eines Funktionsverlaufs, welches sich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung zunutze macht.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung enthält eine Abwickelspule 1, von welcher der zu umhüllende Draht 2 kontinuierlich mit großer Geschwindigkeit abgewickelt wird, um über verschiedene Behandlungseinrichtungen, die im Folgenden näher beschrieben werden, auf eine Speicherrolle 3 zu gelangen, welche mit einem Antrieb 4 versehen ist, auf die der umhüllte Draht wieder aufgewickelt wird. Der von der Rolle 1 gezogene Draht 2 passiert zunächst eine erste Führungsrolle 5, um dann in eine Vorbehandlungseinrichtung P zu gelangen, welche die Reinigung des Drahtes 2 sicherstellt, bevor er umhüllt wird. In vorteilhafter Weise besteht die Vorbehandlungseinrichtung P aus einer Anzahl von Entfettungs- und/oder chemischen Reinigungsbädern, beispielsweise wie im Folgenden aus einem ersten alkalischen Entfettungsbad 6, einem zweiten Trichloräthylen-Entfettungsbad 7 und einem dritten Säure-Reinigungsbad 8, gefolgt von einem Spülbad 9 und einem Flußmittelbad 10, sowie abschließend einem Trockentunnel 11. Das Flußmittelbad 10 besteht aus einer wäßrigen Lösung eines Flußmittels, wie beispielsweise einer Mischung der Salze NH₄Cl und ZnCl₂ (im Falle der Verzinkung) oder jedem anderen Flußmittel, wobei die Konzentration des Flußmittels in vorteilhafter Weise kleiner ist als 0,4 g/l. Bevorzugt ist für die größte Zahl der vorkommenden Fälle eine Konzentration, die kleiner ist als 0,1 g/l.

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Der gereinigte und getrocknete Draht 2 passiert daraufhin Umlenkrollen 12a, 12b und 12 c, bevor er von unten in einen Schmelzofen 13 gelangt. Der Schmelzofen 13 enthält einen vertikalen Tiegel 14, der beispielsweise aus Formguß besteht und mit Heizelementen 15 versehen ist, welche an eine elektrische Energiequelle 16 angeschlossen sind. An der Außenwand des Tiegels 14 springt ein Mündungsteil 17 vor, welches aus einem röhrenförmigen Teil mit rundem oder rechteckigem Querschnitt besteht, das an seinem freien Ende 17a verschlossen ist. Es kann beispielsweise aus Aluminiumoxidoder Magnesiumguß bestehen. Der Tiegel 14 und der Mündungsteil 17 sind mit einem Material 18 angefüllt, welches den Draht 2 umhüllen soll. An der Außenwand des Mündungsteils 17 sind zwei einander diametral gegenüberliegende, auf der gleichen vertikalen Achse angeordnete öffnungen vorgesehen, wobei eine untere öffnung 19 mit einem verschiebbar angeordneten, senkrechten Rohr 20 aus feuerfestem Material versehen ist, dessen innerer Querschnitt exakt dem Querschnitt des nackten Drahtes 2 entspricht. In einer oberen öffnung 21 ist eine runde Hülse 22 befestigt, welche koaxial zu der Öffnung 21 ausgerichtet ist. Die runde Hülse 22 besteht aus einem durch das flüssige Material 18 nicht schmelzbaren Material und es weist vorteilhafterweise einen Innendurchmesser auf, welcher ungefähr zwei-oder dreimal größer ist als derjenige des Drahtes 2. Das Mündungsteil 17 ist außerdem mit einer Zonenheizung versehen, welche beispielsweise aus Windungen für Hochfrequenz besteht, die,mit einer Hochfrequenz-Quelle 25 verbunden ist und unter Mitwirkung einer Regeleinrichtung 26 in bekannter Weise geregelt wird, wobei der Eingang der Regeleinrichtung 26 mit einem Thermoelement 27 verbunden ist, welches in unmittelbarer Nähe des Drahtes 2 in das Innere des Mündungsteils 17 hineinragt, und dessen Ausgang mit einem Steueranschluß der Hochfrequenz-Quelle 25 verbunden ist.

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Die Umlenkrolle 12c und das Mündungsteil 17 sind so aufeinander ausgerichtet, daß der Draht 2 frei mit großer Geschwindigkeit in vertikaler Richtung von unten nach oben durch das Mündungsteil 17 hindurchgelangen kann, wobei der Draht 2 in das Mündungsteil 17 durch die untere öffnung 19 und das verschiebbare Rohr 20 eintritt und dasselbe durch die obere öffnung 21 und die runde Hülse verläßt, bevor es mittels einer Umlenkrolle 28 (über dem Mündungsteil 17 angeordnet) in Richtung auf die Speicherrolle 3 gelenkt wird, wo er wieder aufgewickelt wird. Am Ausgang des Mündungsteils 17 befindet sich eine Schutzvorrichtung für den Draht, welche aus einem röhrenförmigen Element 13 besteht, welches senkrecht um den herausrayenden Teil dor runden Hülse 20 angeordnet ist und stetig mit einem Schutzgas, wie beispielsweise Argon oder Stickstoff von geringem Druck gefüllt wird (die Versorgung ist in der Zeichnung symbolisch durch den Pfeil 32 angedeutet). Schließlich wird die nach dem Mündungsteil 17 angeordnete Umlenkrolle permanent gekühlt, wie es beispielsweise durch eine Düse 29 geschehen kann, welcher ein Gasstrom unter Druck oder komprimierte Luft zugeführt wird (in der Zeichnung ist die Gasversorgung schematisch durch den Pfeil 30 angedeutet).

Die Vorbehandlung des Drahtes vor seiner Umhüllung haben zum Ziel, eine geeignete Oberfläche des Frahtes sicherzustellen, die von allen Fett- und/oder Oxidspuren frei ist, in der Weise, daß, wenn schließlich der Draht in das Mündungsteil eintritt, eine gute Benetzung des Drahtes mit dem Umhüllungsmaterial eintritt, wobei die Grenzfläche Draht-Umhüllung sowie die Haftfähigkeit so gut wie möglich sein sollen. Insbesondere dient die Behandlung mit Flußmittel dazu, sowohl den Draht vor dem Eintreten in das Mündungsteil vor Oxidation zu schützen als auch die darauffolgende Benetzung des Drahtes im Inneren des Mündungsteils zu verbessern.

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Das abschließende Passieren des Mündungsteils 17, welches mit dem Material 18 gefüllt ist, durch den kalten Draht 2 mit Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 400 m/min und mehr hat eine Verfestigung des Materials 18 auf dem kalten Draht 2 zur Folge, in der Weise, daß der Draht das Mündungsteil mit einer Schicht ummantelt verläßt, deren Dicke durch das Material 18 bestimmt wird. Der genaue Mechanismus der Bildung dieser Schicht ist relativ komplex, es kann aber angenommen werden, daß die Schicht sich aus drei übereinander gelagerten Teilschichten zusammensetzt, welche durch unterschiedliche Phänomene gebildet werden:

Eine innere Schicht wird durch Diffusion des flüssigen Materials in das Substrat gebildet (die Dicke ist im allgemeinen bei den gebräuchlichen Bedingungen zu gering, als daß sie mittels eines optischen Mikroskopes festgestellt werden könnte).

Eine mittlere Schicht, die sich durch Verfestigung des flüssigen Materials 18, das in Kontakt mit dem kalten Draht ist, im Mündungsteil selbst bildet.

Eine äußere Schicht, welche durch das flüssige Material 18 infolge von Viskosität um die vorhergehenden Schichten herum erzeugt wird, wobei die Verfestigung nach dem Verlassen des Mündungsteils auftritt. Die Dicke hängt vom Grad der Viskosität des flüssigen Materials ab (die Dicke ist, bezogen auf diejenige der vorhergehenden Schicht verhältnismäßig gering, wenn das flüssige Material ein Metall ist, während die Dicke relativ groß ist, wenn das flüssige Material thermoplastisch ist).

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Der Innenquerschnitt des Mündungsteils ist so gewählt, daß es die Zufuhr einer solchen Menge flüssigen Materials ermöglicht, wie für das Verfahren notwendig ist.

Die Verweildauer für irgendeinen Punkt des Drahtes 2 in dem Mündungsteil 17 ist sehr kurz (in der Größenordnung von 10 bis 5 10 s). Der überzug des Drahtes durch Verfestigung der flüssigen Materie, die in Kontakt mit dem Draht ist, kann nur stattfinden, wenn sich ein solcher Kontakt während dieses kurzen Zeitraums aufbaut. Es ist daher von grundsätzlicher Bedeutung, daß sich eine gute Benetzung des Drahtes während dieses kurzen Zeitintervalls ausbildet. Es soll daran erinnntert werden, daß es die Vorbehandlung des Drahtes ist, welche die Haftfähigkeit bestimmt, da sie im großen Maße von dem reinen Zustand des Drahtes abhängt. Um eine gute Abdeckung des Drahtes zu erreichen, ist es auch notwendig, daß die Flußmittelschicht, die den Draht beim Eintreten in das Mündungsteil bedeckt, so dünn wie möglich ist, in der Weise, daß diese Schicht während der kurzen Verweildauer in dem Mündungsteil vollkommen abgebaut wird. Das ist der Grund, weshalb während der Vorbehandlung ein Flußmittelbad sehr geringer Konzentration (kleiner als 0,5 g/l) verwendet wird. Diese ist geringer als diejenigen, welche bei den bekannten Techniken zum überziehen von Drähten, die mit wesentlich kleineren Durchzugsgeschwindigkeiten arbeiten, verwendet werden. Es ist festgestellt worden, daß die Benetzung auch durch das Vorhandensein einer Oberfläche geringer Rauhigkeit gefördert wird, in der Weise, daß es möglich ist, den Vorbehandlungsvorgang dadurch zu verbessern, daß ein mechanischer Poliervorgang hinzugefügt wird. Es kommt außerdem noch begünstigend hinzu, daß wegen der Konzeption des Mündungsteils keine Oxidschicht an der Oberfläche des flüssigen Materials die Benetzung behindert, wie es im Gegensatz dazu bei den bekannten, mit geringer Geschwindigkeit arbeitenden Überzugstech-

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niken der Fall ist, bei denen man gezwungen ist, eine Abdeckung des Bades aus Flußmittel zu benutzen.

Das Vorhandensein der runden Hülse 22 aus durch das flüssige Material 18 nicht schmelzbarem Material am Ausgang des Mündungsteils 17 hat zum Ziele, eine große Stabilität des Verfahrens dadurch sicherzustellen, daß ein Heraustreten des flüssigen Materials 18 aus der oberen öffnung 21 des Mündungsteils 17 verhindert wird. Die Bewegung des Drahtes hat zwar die Tendenz, das Material mitzunehmen, die Kapillarkräfte und die Schwerkraft halten den Meniskus jedoch in dem Mündungsteil (die Form der Oberfläche der Flüssigkeit in der oberen öffnung 21 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die Wirkungen der Kapillar- und der Schwerkraft sind in der Figur schematisch durch Pfeile 34 angedeutet). Das flüssige Material könnte jedoch trotzdem aus dem Mündungsteil heraustreten, wenn die runde Hülse 22 durch das flüssige Material benetzbar wäre. In diesem Fall würde sich die Kapillarkraft zu der durch den Draht ausgeübten Antriebskraft hinzu addieren.

Der Innendurchmesser der ringförmigen Hülse der zwei- oder dreimal so groß wie der Drahtdurchmesser ist, stellt einen Kompromiß dar zwischen einerseits der Notwendigkeit, eine hinreichend große öffnung zu haben, um sicherzustellen, daß der Draht beim Vibrieren nicht die Kanten des Mündungsteils berühren kann, und andererseits der Notwendigkeit, eine genügend kleine Oberfläche zu haben, um eine gewisse Stabilität des Meniskus sicherzustellen und das Heraustreten der Flüssigkeit zu verhindern. Das nicht schmelzbare Material, aus dem diese runde Hülse 22 besteht, ermöglicht es, mit einem geringen Oberdruck in dem Mündungsteil zu arbeiten, so daß komplexe Regeleinrichtungen zur Einstellung des Badniveaus entbehrlich sind.

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Jede Möglichkeit des Entweichens von flüssigem Material 18 durch die untere öffnung 19 des Mündungsteils wird durch den inneren Teil des verschiebbar angeordneten Rohrs 20 verhindert, dessen öffnung 19 genau dem Draht angepaßt ist. Das verschiebbare Rohr 20 hat einerseits, wenn es bis zur oberen öffnung 21 hineingeschoben ist, die Aufgabe, den Draht völlig vom Bad aus flüssigem Material zu isolieren, wodurch die Manipulation des Drahtes bei seiner Einführung erleichtert ist. Andererseits dient es in mehr oder weniger abgesenktem Zustand dazu, die Eintauchlänge des Drahtes in das Bad aus flüssigem Material zu variieren, wodurch die Verweildauer im Bad verändert wird. Es ist auch möglich, am Eingang des Mündungsteils ein neutrales Gas oder ein Vakuum in der Weise vorzusehen, daß jedes Risiko einer Oxidbildung auf dem Draht vermieden ist.

Das Vorhandensein einer geregelten Zonenheizung um das Mündungsteil herum dient dazu, eine konstante Temperatur des in dem Mündungsteils vorhandenen flüssigen Materials sicherzustellen. Eine derartige Vorrichtung verhindert einerseits jedes Risiko einer möglichen plötzlichen Verfestigung eines größeren Teils des im Mündungsteil vorhandenen flüssigen Materials, was durch den konstanten Hitzeentzug durch den Draht möglich ist, und andererseits die Einstellung einer reproduzierbaren Dicke der Uberzugsschicht, welche sich in Abhängigkeit von der Badtemperatur verändert. Die Benutzung einer Hochfrequenz-Heizung ist vorteilhaft, da sie äußerst schnell reagieren kann. Eine derartige Heizung ist nicht bei allen Anwendungsfällen notwendig. Sie kann gegebenenfalls auch durch andere Heizmittel ersetzt werden.

Das Vorhandensein einer chemisch neutralen Atmosphäre (Pfeil 32) in der Umgebung des Drahtes am Ausgang des Mündungsteils ist wichtig, um eine merkliche Oxidation der Meniskusoberfläche zu verhindern, welches zu einer Verände-

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rung der Verfahrenseigenschaften führen könnte. Der Schutz ist übrigens auch für verschiedene Paarungen, wie beispiel weise Aluminium-Eisen, notwendig im Hinblick auf eine Zen trierung des Drahtes hinsichtlich seiner Ummantelung, d.h., daß der Draht an seinem gesamten Umfang gleichmäßig mit einem Überzug bedeckt sein muß.

Die schnelle Abkühlung des überzogenen Drahtes hinter dem Mündungsteil 17 beim Passieren der aus Kupfer bestehenden Umlenkrolle 28 bei gleichzeitiger Abkühlung durch eine Luftdüse 29 hat zum Ziele, daß die Gesamtzeit, während der der Draht einer thermischen Belastung ausgesetzt ist, zu einem Minimum gemacht wird. Die Gesamtzeit der Erwärmung beträgt seit dem Eintritt eines DrahtstUckes in das Mündungsteil weniger als 10~ s, so daß die Eigenschaften des Drah tes, insbesondere seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Zugbelastungen, während des Behandlungsvorgangs praktisch nicht merkbar verändert werden.

Nach dem Umhüllungsvorgang kann der Draht gegebenenfalls verschiedenen thermischen Behandlungen unterworfen werden, welche dazu dienen können, verschiedene Eigenschaften des Substrats, der Umhüllung und/oder der Grenzschicht zu verändern .

Die Dicke des erhaltenen Überzuges hängt von einer Anzahl von Parametern ab: der Anfangsdicke des Drahtes, der Rein heit und Rauhigkeit des Drahtes, der Geschwindigkeit des Hindurchführens, der Verweildauer im Bad (welche von der Geschwindigkeit des Hindurchführens und der Länge des Eintauchens abhängt), der Badtemperatur und der Anfangstempe ra tür des Drahtes. Es ist insbesondere beobachtet worden, daß die Dicke der erhaltenen Schicht zunächst zunimmt, ein Maximum überschreitet und schließlich in Abhängigkeit von der Verweildauer im Bad wieder abnimmt. Dieser Zusammen-

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hang ist in Fig. 3 dargestellt, wobei man die Veränderung der Dicke e der erhaltenen Schicht (ausgedrückt in um) in Abhängigkeit von der Verweildauer t des Drahtes im Bad für einen Inox-Stahldraht entnehmen kann, der durch ein Aluminiumbad mit einer Temperatur von 693°C geführt wird. Die Kurve A bezieht sich auf einen Draht von 0,2 mm Durchmesser und die Kurve B auf einen Draht von 0,5 nun Durchmesser.

Es ist auch zu beobachten, daß die erzeugte Uberzugsdicke von dem Anfangsdurchmesser des Drahtes abhängt, jedoch abnimmt, wenn die Temperatur des Bades steigt und wenn der Draht erwärmt in das Bad eintritt. Durch Beeinflussung der verschiedenen Größen kann einen vorbestimmte Dicke des Überzugs erzeugt werden, wobei der überstrichene Bereich der erzielbaren Uberzugsstärke größer ist als derjenige, der mit den bekannten Verfahren erreichbar ist.

Um Umhüllungen mit relativ großer Schichtdicke zu erhalten, ist es möglich, den Draht nacheinander mehrere Male durch das selbe Mündungsteil passieren zu lassen, andererseits kann auch eine Einrichtung vorgesehen werden, welche eine Mehrzahl von Mündungsteilen aufweist, durch welche der selbe Draht nacheinander hindurchtritt, wobei der Durchmesser der öffnungen, die nacheinander vom Draht passiert werden, entsprechend zunehmen muß.

In bestimmten Fällen, wenn die äußere, durch die Viskosität erzeugte Schichtdicke für die beabsichtigte Anwendung zu groß ist, insbesondere, wenn ein thermoplastisches Material mit großer Viskosität verwendet wird, kann am Ausgang des Mündungsteils ein Diaphragma zur Begrenzung der Dicke mit einem Innenteil vorgesehen werden, welches der gewünschten Dicke entspricht.

Es wurde festgestellt, daß die Struktur der erhaltenen

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Schicht von der Geschwindigkeit des Drahtes im Mündungsteil abhängt, wobei die Verfestigungsstruktur zunächst sehr klein ist und eine geringere Segregation bei größeren Durchführungsgeschwindigkeiten aufweist.

Die beschriebene Vorrichtung kann beispielsweise die folgenden Abmessungen aufweisen: der Schmelzofen hat einen Rauminhalt von 1,5 1 und der Querschnitt des Mündungsteils hat einen Innendurchmesser von 12 mm, welcher gleichzeitig die maximale Eintauchlänge darstellt. Mit einer derartigen Vorrichtung können Drähte mit Durchmessern in der Größenordnung von Millimetern und mit Hindurchführungsgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 400 m/min überzogen werden.

Die unterschiedlichsten Arten von drahtförmigen Gegenständen sind geeignet, mit einer nach dem erfindungsgenäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung ummantelt zu werden. Sie können aus Metall, wie beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer, Titan, Nickel, Niob, Molybdän oder Legierungen dieser Metalle bestehen. Es können aber auch nichtmetallische Materialien verwendet werden. Als Überzüge kommen ebenfalls eine Vielzahl von Materialien in Betracht: solche aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, Zink, Zinn, Kupfer. Nickel, Vanadium oder Legierungen dieser Metalle. Nichtmetallische überzüge können aus thermoplastischem Material, aus Glas etc. bestehen. Es kann beispielsweise auch daran gedacht werden, supraleitende überzüge auf den Drähten auf der Basis von Niob oder Molybdän anzubringen. Für besondere Anwendungen können auch in dem Bad von flüssigem Material feste feine und dauerhafte Partikel, beispielsweise aus Aluminium, Siliziumcarbid, Diamant etc. vorgesehen sein, um mit Schleifmitteln ummantelte Drähte zu erhalten, welche besonders widerstandsfähig im Gebrauch sind.

Die kurzen Zeiten des Durchlaufs durch das Bad und der Ab-

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kühlung nach dem Bad, wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden, sind noch bei weiteren vorteilhaften Anwendungen von Nutzen. Die kurzen Zeiten bewirken beispielsweise praktisch keine Veränderungen des Substrates. Sie gestatten außerdem das überziehen von Materialien aus gehärtetem Kohlenstoffstahl, welche nach den bekannten Tauchverfahren nicht überzogen werden können ohne angelassen zu werden. Es können auch Überzüge an Materialien angebracht werden, welche thermodynamisch nicht stabil sind. So sind auch überzüge aus Legierungen mit großen Intervallen zwischen den Schmelzpunkten ohne fraktionelle Verfestigung zu erzeugen. Auch ist es möglich, wie beispielsweise im Falle der Paarungen Zinn-Alumnium oder Zinn-Zink, empfindliche intermetallische Verbindungen vom Typ Fe₃Al₅ oder Fe_Zn,- aufzubauen. Schließlich ist es möglich, einen Draht mit sehr niedrigem Schmelzpunkt mit einem Metall, das einen sehr hohen Schmelzpunkt aufweist, zu überziehen, wie beispielsweise eine Kupforschicht auf Aluminium.

Es ist eine Vielzahl von Anwendungen denkbar: kathodische Schutzanoden (überzüge aus Zn, Al oder Mb auf einem Eisendraht) , Schweißelektroden (Inox-Eisen mit Kupfer überzogen), emaillierte Drähte für Motorwicklungen, Drahtverstärkungen für Reifen; Schleifdrähte für Sägen etc..

Beispiel 1: überziehen eines Kohlenstoffeisens mit Zink

Durch die oben beschriebene Einrichtung wird kontinuierlich ein Federdraht (0,7% Kohlenstoff), der auf einen Durchmesser von 0,5 mm ausgezogen ist, mit einer Geschwindigkeit von 450 m/min hindurchgeführt.

Vor dem Durchlaufen des Mündungsteils wird der Draht der folgenden Vorbehandlung unterworfen: alkalische Entfettung, gefolgt von einer Spülung und einer Säurebehandlung mit HCl, gefolgt von einer Spülung und einer Flußmittelbehand-

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lung sowie einer Trocknung. Die Flußmittelbehandlung wird in einem wäßrigen Bad einer Mischung der Salze NH₄Cl und ZnCl, ini Verhältnis von 1:9 durchgeführt, wobei die Konzentration der Mischung 0,1 g/l beträgt.

Anschließend durchläuft der Draht das Mündungsteil, welches aus im Handel unter der Bezeichnung Armco erhältlichem Eisen besteht, und mit geschmolzenem Zink gefüllt ist, welches bei einer Temperatur bei 425°C gehalten wird. Das Mündungsteil mit rundem Querschnitt weist einen Innendurchmesser von 10 mm auf und die runde Hülse, welche den Ausgang des Mündungsteils bildet und vom Draht passiert wird, besteht aus Aluminium. Am Ausgang des Mündungsteils ist der Draht von einer Stickstoffatmosphäre umgeben.

Der so überzogene Eisendraht weist eine Zinkschicht mit einer Dicke von 30 μ auf, die glatt und glänzend ist. Die Grenzschicht Eisen-Umhüllung ist vollständig frei von intermetallischen Verbindungen. Ein praktischer Wickeltest auf einem Dorn zeigt, daß der Durchmesser gleichmäßig dreimal so groß ist wie der Drahtdurchmesser und daß eine gute Anhaftung des Zinkes auf dem Eisendraht besteht. Die Zugfestigkeit vor der Ummantelung beträgt 51 kg und nach der Ummantelung 54 kg. Der ummantelte Draht weist beispielsweise einen guten Korrosionswiderstand unter Spannung auf.

Beispiel la

Es wird ein Draht benutzt, welcher dem vorhergehenden entspricht aber weich ist anstatt hart gezogen zu sein. Es werden die selben Verfahrensschritte ausgeführt wie im Beispiel 1. Nach der Umhüllung wird der Draht einer thermischen Behandlung von einigen Minuten bei 320⁰C unterworfen, um die Anhaftung zwischen Draht und Umhüllung noch zu verbessern. Anschließend werden Zugversuche unternommen. Diese Versuche ermöglichen eine Verringerung des Querschnitts des

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Drahtes auf ungefähr 80%, ohne jede Beeinträchtigung der Ummantelung.

Beispiel 2: Überziehen eines Drahtes aus rostfreiem Stahl mit Aluminium

Ein Draht aus rostfreiem austenitischem Stahl (18% Cr und 8% Ni) mit einem Durchmesser von 0,1 mm wird wie im Vorangehenden mit einer Geschwindigkeit von 450 m/min gezogen und einer Vorbehandlung unterworfen, welche den vorhergehenden Beispielen entspricht. Der Inox-Draht durchläuft daraufhin das Mündungsteil aus Formguß, welches mit deschmolzenem Aluminium (99,99% Al) mit einer Temperatur von 690⁰C gefüllt ist. Das Mündungsteil mit rundem Querschnitt weist einen Innendurchmesser von 12 mm auf und die runde Hülse am Ausgang des Mündungsteils besteht aus Aluminium. Der Draht ist am Ausgang des Mündungsteils von einer Stickstof fatmosphäre umgeben.

Die Dicke der auf dem Draht abgelagerten Schicht beträgt 30 μ. Die Grenzschicht Eisen-Aluminium ist frei von intermetallischen Verbindungen und die Aluminiumschicht weist eine gute Haftfähigkeit auf. Die mechanischen Eigenschaften des Drahtes bleiben unverändert.

Beispiel 3; Oberziehen eines Drahtes aus austenitischem rostfreiem Stahl mit einer Zinklegierung

Ein Draht aus austenitischem rostfreien Stahl (18/8) mit einem Durchmesser von 1 mm durchläuft mit einer Geschwindigkeit von 450 m/min ein Mündungsteil, das demjenigen des ersten Beispiels entspricht und mit einer Zinklegierung (0,1% Al), gehalten auf 430°C gefüllt ist.

Die Dicke der erhaltenen Zinkschicht beträgt 30 μ. An der Grenzfläche ist keine intermetallische Verbindung festzu-

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stellen. Die Haftfähigkeit der Schicht ist ausgezeichnet.

Beispiel 4: Überziehen eines Drahtes aus Kohlenstoffeisen mit Aluminium

Ein Eisendraht mit 0,7% Kohlenstoff und einem Durchmesser von 0,5 mm wird mit einer Geschwindigkeit von 450 m/min durch ein Mündungsteil gezogen, welches demjenigen von Beispiel 2 entspricht, wobei die Temperatur des Bades mit flüssigem Aluminium bei 690⁰C gehalten wird.

Es wird ein Draht mit einem überzug aus Aluminium mit einer Dicke von 50 μ erhalten, welcher eine gute Haftfähigkeit aufweist. Die Grenzfläche ist frei von intermetallischen Verbindungen.

Beispiel 5;

Die ausgeführten Schritte entsprechen denjenigen des Beispiels 2, der einzige Unterschied besteht darin, daß auf die Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff an Ausgang des Mündungsteils entfällt.

Es ergibt sich ein überzug mittelmäßiger Qualität, welcher nicht gleichmäßig auf dem Gesamtumfang des Drahtes verteilt ist.

Beispiel 6; überziehen eines Kupferdrahtes mit Nylon

Ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,6 mm wird mit einer Geschwindigkeit von 100 m/min durch ein Mündungsteil geführt, welches mit Nylon bei einer Temperatur von 300⁰C gefüllt ist.

Auf dem Kupferdraht ergibt sich ein Nylonüberzug von 50 μ

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Dicke, der gleichmäßig, anhaftend und isolierend ist. Ein derartiger Draht kann wie ein emaillierter Draht für Motorwicklungen verwendet werden.

Chr/« -27 200 809815/0533 Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum überziehen eines drahtförmigen Gegenstandes mit einem thermisch schmelzbaren Material, dadurch gekennzeichnet , daß der drahtförmige Gegenstand (2) in axialer Richtung vertikal von unten nach oben quer durch ein Gehäuse (Mündungsteil 17) hindurchgeführt wird, welches mit dem Material (18) in geschmolzenem Zustand gefüllt ist, mittels senkrecht übereinander liegender öffnungen (19, 21), die an einander gegenüberliegenden Wänden des Gehäuses (Tiegel 14) vorgesehen sind, wobei die Geschwindigkeit des Hindurchführens des drahtförmigen Gegenstandes (2) in der Weise geregelt ist, daß die Verweildauer jedes Längenelementes des drahtförmigen Gegenstandes (2) in dem geschmolzenen Material (18) kleiner als 5*10 s ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verweildauer des drahtförmigen Elementes (2) in dem geschmolzenen Material (18) durch Veränderung der Geschwindigkeit des Hindurchführens variiert wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Verweildauer durch Veränderung der Eintauchlänge variiert wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, geke nnzeichnet durch

ein Gehäuse (MUndungsteil 17), bei dem in einander gegenüberliegenden Bereichen zwei vertikal aufeinander ausgerich-

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tete Öffnungen (19, 21) vorgesehen sind, wobei eine untere Öffnung (19) einen Querschnitt aufweist, der genau demjenigen des drahtförmigen Gegenstandes (2) entspricht und eine obere Öffnung (21) einen Querschnitt, der größer ist als derjenige des drahtförmigen Gegenstandes (2) und dessen Kanten (runde Hülse 22) mit einem Material versehen sind, welches durch das geschmolzene Material (18) nicht benetzt wird,

Mittel zum Füllen des Gehäuses (17) mit dem geschmolzenen Material (18) sowie

Mitteln zum axialen Hindurchführen des drahtförmigen Gegenstandes (2) mit großer Geschwindigkeit in vertikaler Richtung von unten nach oben quer durch das Gehäuse (17).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß weiterhin eine mit dem Gehäuse (17) in Verbindung stehende Kammer (röhrenförmiges Element 3!) vorgesehen ist, welche mit der oberen Öffnung (21) des Gehäuses (17) in Verbindung steht, sowie Mittel zum Erzeugen einer neutralen Atmosphäre in der Kammer (31).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die untere Öffnung (19) in der Wand des Gehäuses (17) in der Weise angeordnet ist, daß sie in Bezug auf die obere Öffnung (21) in axialer Richtung verschiebbar ist, so daß sich eine variable Eintauchlänge des drahtförmigen Gegenstandes (2) in dem geschmolzenen Material (18) ergibt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet , daß die untere Öffnung (19) durch das

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Ende eines röhrenförmigen Elements (Rohr 20) gebildet wird, welches verschiebbar in dem Bereich der der oberen Öffnung (21) gegenüberliegenden Wand und koaxial zu dieser angeordnet ist.

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