DE3039731A1

DE3039731A1 - Korrosionsbestaendiges stahlerzeugnis und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3039731A1
Application number: DE19803039731
Authority: DE
Inventors: Bruno Cappella Maggiore Trevisco Nadal
Original assignee: IRCA SpA Industria Resistenze Corazzate e Affini
Current assignee: IRCA SpA Industria Resistenze Corazzate e Affini
Priority date: 1980-03-12
Filing date: 1980-10-21
Publication date: 1981-09-24
Also published as: ES496290A0; IT1129633B; ES8206663A1; ES8202372A1; GB2076432A; IT8020536A0; FR2478131A1; ES506865A0

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Passivieren, d.h. Korrosionsbeständigmachen von Stahl, und betrifft gleichfalls die dadurch erhaltenen Erzeugnisse.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Schutz von Stahlerzeugnissen vor Korrosionserscheinungen in wässrigem Milieu, in welchem oxidierende S lze, wie Perborate, Hypochlorite und dergleichen und/oder Chorionen vorliegen. '

Es ist bekannt, daß im derartigen Milieu schwerwiegende Korrosionserscheinungen auftreten können. Zur Überwindung dieser Erscheinung werden nichtrostende Chrom-Mckel-Stähle oder Stahlerzeugnisse oder Stahlerzeugnisse mit vernickelten oder chromplattierten Oberflächen weithin verwendet.

Diese bekannten Maßnahmen vermögen jedoch lediglich die Lebensdauer der geweiligen metallischen Erzeugnisse zu verlängern und die Korrosionsbeständigkeit gegenüber den genannten korrodierenden Medien zu erhöhen. Tatsächlich befriedigen konnten diese bekannten Maßnahmen nicht.

Unter derart korrosiven Bedingungen laufen örtliche Korrosionserscheinungen ab, welche im Falle von aus austenitischem nichtrostendem Stahl hergestellten Erzeugnissen zumeist in denjenigen Zonen auftreten, welche dem Einwirken von Spannungen ausgesetzt sind (Spannungskorrosion). Ferner treten diese Korrosionserscheinungen auf als Folge von Aktiv-Passiv-Paaren (Grübchen- und Lochfraßkorrosion).

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Bei Erzeugnissen mit "beschichteter Oberfläche (beispielsweise nickelplattierten Erzeugnissen) treten die ernsteren Korrosionserscheinungen dort auf, wo Kratzer, Bisse und Verletzungen der Beschichtung vorliegen. In derart fehlerbehafteten Punkten oder Zonea, wo diese örtlichen Korrosionserscheinungen entstehen können, wird der Stahlgrundwerkstoff mit erhöhter Geschwindigkeit korrodiert und rasch unbrauchbar gemacht.

Die Erfindung schafft ein Verfahren, mit dessen Hilfe Stahlerzeugnisse unempfindlich gegen Korrosionsangriff gemacht werden, wobei insbesondere Stahlerzeugnisse passiviert werden können, die in chlorierten und/oder stark oxidierenden Umgebungen verwendet werden. Die erreichte Passivität oder Korrosionsbeständigkeit dauert selbst dann an, wenn örtliche Oberflächenfehler, wie Einschlüsse, Grübchenbildung, Pissuren, Beanspruchungsdeformationen und dergleichen auftreten.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein korrosionsbeständiges Stahlerzeugnis geschaffen, welches einen Stahlkörper umfaßt, dessen Oberfläche mit einer aus einer Kupfer-Nickel-Legierung bestehenden Schutzschicht bedeckt ist.

Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Passivierung von Stahlerzeugnissen geschaffenworden, welches die folgenden Schritte umfaßt: Auf der Oberfläche eines Stahlkörpers werden zwei metallische Schichten aufgebracht, von denen die eine aus Kupfer und die andere aus Nickel besteht, worauf das Erzeugnis durch Glühen bei einer Temperatur von 950 bis ΛΛ50 C in einer reduzierenden Gasatmosphäre derart einer Wärmebehandlung unterzogen wird, daß auf der Oberfläche des Erzeugnisses eine aus einer Kupfer-Nickel-Legierung bestehende Schutzschicht erhalten wird.

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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, eine aus einer Nickelschicht oder eine Kupferschicht bestehende Beschichtung aufzubringen, wobei die Eeihenfolge der beiden Schichten beliebig ist. Das Aufbringen dieser beiden Schichten kann mittels jeder geeigneten Arbeitsweise zum Aufbringen von Metallen, wie durch eine elektrochemische oder eine chemische Methode, mittels einer Sauerstoff-Acetylenflamme, Metallisation, mittels Plasma und dergleichen aufgebracht werdai.

Der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zu behandelnde Stahlkörper kann jeglichem Stahltyp angehören, also Kohlenstoffstählen, legierten oder Compound-Stählen, nichtrostenden Stählen, Sonder- und Edelstahlen, und dergleichen.

Die insgesamt vorhandene Dicke der beiden vorstehend erwähnten Schichten kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Erfordernissen schwanken zwischen einer Mindestschichtdicke von 1/um bis zu etwa 50/um und mehr. Die relative Dicke der beiden Schichten, d.h. der Kupferschicht und der Nickelschicht kann gleichfalls in Abhängigkeit von jeweiligen Bedürfnissen schwanken, wobei beispielsweise eine Schichtdicke von 1 bis 15/um für die Kupferschicht als geeignet anzusehen ist.

Nach dem Aufbringen der beiden vorstehend erwähnten Schichten erfolgt eine Wärmebehandlung in Form einer Ofenglühung bei einer Temperatur von etwa 950 bis etwa 1150 C in reduzierender Atmosphäre. Diese Atmosphäre kann aus reinem Wasserstoff oder vorzugsweise aus einer Mischung aus Wasserstoff und Stickstoff oder Argon bestehen, wobei diese Mischungen einen Mindestwasserstoffanteil von 10% aufweisen sollten.

Als !Folge der Wärmebehandlung werden die beiden die Beschichtung bildenen Schichten miteinander legiert, was bedeutet, daß eine

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Legierung sowohl aus den beiden Metallschichten als auch aus den beiden Schichten und dem Grundwerkstoff, d.h. dem behandelten Stahl, gebildet wird. - Die Zusammensetzung der erzielten Legierung schwankt in Abhängigkeit von der Dicke der Beschichtung und schwankt gleichfalls in Abhängigkeit von der Reihenfolge, in welcher die beiden Schichten aufgebracht wurden. Dieser ersten Wärmebehandlung kann erforderlichenfalls eine zweite Wärmebehandlung bei einer höheren Wärmebehandlung folgen, wobei diese zweite Wärmebehandlung in einer Sauerstoff oder Wasserdampf oder Kohlendioxid oder andere geeignete Oxidationsmittel enthaltenden Atmosphäre erfolgen, um der Legierungsschicht eine bestimmte Farbe oder unterschiedliche Färbungen zugeben.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher zunächst die Nickelschicht und sodann die Kupferschicht aufgebracht wird, wird am Ende der Wärmebehandlung eine äußere, aus einer kupferreichen Legierung vom Cupronickel-Typ sowie eine innere Beschichtungsschicht zwischen der Außenschicht und dem Stahlsubstrat erhalten, wobei diese innere Schicht aus einer nickelreichen Legierung, d.h. einer Legierung vom Monel-Typ erhalten wird. Außerdem führt die Wärmebehandlung zur Bildung einer Übergangsschicht auf der Stahloberfläche, wobei diese Übergangsschicht sich in direktem Gegensatz zu der ersten Beschichtungsschicht, im vorliegenden Beispiel Nickel, befindet, was eine Folge der Eindiffusion von Nickel in das Stahlsubstrat sowie der Ausbildung einer nickelreichen Stahllegierung ist. Das in diesem Fall erzielte Erzeugnis zeigt eine Beschichtung in Form einer legierten Schicht, deren galvanisches Potential (in den vorstehend erwähnten korrosiven oxidierenden Umgebungen) schwankt von positiven äußeren Werten in der Außenfläche der gebildeten Beschichtung zu weniger positiven inneren Werten,

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wobei diese Schwankung kontinuierlich ist und es der Beschichtung gestattet, edle Materialien zum passivierbaren Material, also dem Stahl-Grundwerkstoff zu bringen, wodurch es gelingt, letzteren anodisch gegen Korrosion zu schützen.

In einer alternativen Ausführungsform dieses Verfahrens, wobei der Stahlkörper zunächst mit einer Kupferschicht und sodann mit der Mckelschicht bedeckt wird, wird nach der Wärmebehandlung eine korrosionshämmende Beschichtung erhalten, die aus einer äußeren, aus einer nickelreichen Legierung bestehenden Schicht, also einer Legierung vom Monel-Typ, sowie einer inneren Legierungsschicht besteht, welche aus einer Legierung vom Cupronickel-Typ besteht. Die letztgenannte Legierungsschicht ist vergleichsweise kupferreich. Die Übergangszone zur Oberfläche des Stahlkörpers unter der Antikorrosionsbeschichtung wird in diesem IPaIl dadurch erhalten, daß Kupfer durch den Stahl diffundiert, so daß diese Übergangsschicht aus einer Kupfer-Stahl-Legierung besteht. In einem solchen Pail wird ein gegen Korrosion geschütztes Erzeugnis erhalten, dessen äußere Schicht aus einer Legierung vom Monel-Typ besteht. Dieses Erzeugnis besitzt eine gesteigerte Beständigkeit gegen korrosive Medien, während die Übergangszone auf der Stahloberfläche unter der Beschichtung einen Kupfergehalt aufweist, der oberhalb des normalen Kupfergehaltes liegt. Dieser Kupfergehalt führt zu einer gesteigerten Korrosionsbeständigkeit, wodurch ein wahrer anodischer Korrosionsschutz erzielt wird.

Somit wird mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein aus Stahl bestehendes Erzeugnis erhalten, welches eine hohe Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in oxidierender Umgebung sowie gegenüber Spannungskorrosion, Lochfraßkorrosion, Fissuren und dergleichen aufweist. Außerdem kann das Verfahrensprodukt

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erforderlichenfalls einen wirksamen anodischen Selbstschutz entwickeln, welcher eine lange Lebensdauer selbst dann sicherstellt, wenn örtliche Korrosionsvorgänge auftreten.

Die Erfindung schafft somit ein Verfahren zur Passivierung, d.h. zur Unanfälligmachung von aus Stahl bestehenden Erzeugnissen gegen Korrosion, bei welchem auf der Oberfläche des Stahlerzeugnisses zwei Schichten, nämlich eine Mickelschicht und eine Kupferschicht, aufgebracht werden und der beschichtete Gegenstand nachfolgend einer Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur in reduzierender Gasatmosphäre unterworfen wird. '

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Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DtPL-INQ

REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE H. KINKELDEY

DRf(S₁G

W. STOCKMAlR

K. SCHUMANN

_m On HER IW DIPL-PHYS

P. H. JAKOB

I.E.CA. S.p.A. Industrie ""--»»

Resistenze Corazzate ed Affini s. bezold

V.le Venezia

31020 SAW VENDEMIANO (Treviso)

Italien ⁸ munchen

MAXIMILIANSTRASSE

P 15 620 - 63/ai 21. Oktober 1980

Korrosionsbeständiges Stahlerzeugnis und Verfahren zu dessen Herstellung

PAT ENTANSPRÜCHE

1. Korrosionsbeständiges Stahlerzeugnis mit einem Stahlkörper, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche dieses Erzeugnisses mit einer aus einer Kupfer-Nickel-Legierung bestehenden Schutzschicht bedeckt ist.

2. Erzeugnis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Übergangszone zur Oberfläche des unter der Beschichtung liegenden Stahlkörpers, wobei diese Übergangszone aus Stahl und einer Hauptmenge an einer der beiden Komponenten der Legierung besteht.

3. Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Beschichtung einen Gehalt an Kupfer und Nickel aufweist, welcher über die Schichtdicke der Beschichtung veränderlich ist.

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TELEFON (OSO) 32 38 63 TELEX Ο5-33 38Ο TELEGRAMME MONAPAT

4. Erzeugnis nach .Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Beschichtung eine äußere Schicht aus der kupferreicheren Legierung und eine innere Schicht aus der nickelreicheren Legierung aufweist, wobei die Übergangsζone nickelreichen Stahl enthält.

5- Erzeugnis nach .Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Beschichtung eine äußere Schicht aus der nickelreicheren Legierung und eine innere Schicht aus der kupferreicheren Legierung enthält, wobei die Übergangszone kupferreichen Stahl enthält.

6. Erzeugnis nach einem der .Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß die Beschichtung eine Schichtdicke von 1 bis 50 /um aufweist.

7· Erzeugnis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet , daß der Stahlkörper wenigstens einen der folgenden Werkstoffe, Kohlenstoffstähle, legierte Stähle, nichtrostende Stähle und Sonderstähle enthält.

J3y Verfahren zum Herstellen eines korrosionsbeständigen

StahlerZeugnisses, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Oberfläche eines Stahlkörpers zwei Metallschichten aufgebracht werden, von denen die eine aus Kupfer und die andere aus nickel besteht, und daß das Erzeugnis durch Glühen bei 950 bis 1150⁰C in reduzierender Atmosphäre einer Wärmebehandlung unterzogen wird, derart, daß auf der Oberfläche des Erzeugnisses eine aus einer Kupfer-Mickel-Legierung bestehende Schutzschicht gebildet wird.

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9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η -

zeichn et , daß auf der von der Beschichtung

bedeckten Oberfläche des Stahlkörpers eine Übergangszone ausgebildet wird, welche Stahl enthält, der mit einer der beiden Legierungskomponenten angereichert ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9? dadurch gekennzeichnet , daß die Zusammensetzung der Legierung über die Schichtdicke der Beschichtung schwankt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß zunächst Nickel und sodann Kupfer aufeinander folgend aufgebracht wird und daß diese Beschichtung mit einer Außenschicht versehen wird, die eine kupferreichere Legierung enthält und daß eine innere Schicht vorgesehen wird, die eine nickelreichere Legierung enthält.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß zunächst Kupfer und anschließend Nickel aufgetragen wird und daß diese Beschichtung eine aus der nickelreicheren Legierung bestehende Außenschicht sowie eine aus der kupferreicheren Legierung bestehende Innenschicht aufweist.

13« Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Beschichtung mit einer Schichtdicke von 1 bis 50/um ausgebildet wird.

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14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Aufbringen der Metallschichten elektrochemisch oder chemisch oder unter Verwendung der Sauerstoff-Acetylen-Flammen-Metallisation, des Plasmasprühens oder Kombinationen dieser Verfahren erfolgt.

15· Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß als reduzierendes Gas Wasserstoff oder Mischungen aus Wasserstoff mit Stickstoff und Argon, welche wenigstens 10% Wasserstoff enthalten, verwendet werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15? dadurch gekennzeichnet , daß es auf Kohlenstoffstähle, legierte Stähle, nichtrostende Stähle oder Sonderstahle angewendet wird.

17· Verfahren zum Färben der mit Hilfe des Verfahrens nach den Ansprüchen 8 bis 15 erhaltenen Legierungsschicht, dadurch gekennzeichnet , daß nach der Wärmebehandlung in reduzierender Atmosphäre eine Behandlung auf identischer Temperatur, jedoch in oxidierender Atmosphäre in Anwesenheit von Sauerstoff oder Wasserstoff oder Kohlendioxid oder dergleichen durchgeführt wird.

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