DE3201641A1 - "verfahren zur herstellung eines rohrheizkoerpers" - Google Patents

"verfahren zur herstellung eines rohrheizkoerpers"

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DE3201641A1
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nickel
chromium
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DE19823201641
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Ingo Dipl.-Ing. Dr.mont. 5020 Salzburg Bleckmann
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ELPAG AG CHUR
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ELPAG AG CHUR
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/28Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using solids, e.g. powders, pastes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
    • H05B3/42Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible
    • H05B3/48Heating elements having the shape of rods or tubes non-flexible heating conductor embedded in insulating material

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Description

  • Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers, bei dem auf das Mantelrohr aus Chrom-Nickel-Stahl eine Nickelschicht aufgebracht wird, die dann bei Temperaturen über 9000 C in die Oberflächenschicht des Mantelrohres eindiffundiert wird.
  • Ein Verfahren dieser Art ist aus der DE-AS 16 21 451 bekannt. Rostfreier Edelstahl mit einem Nickelgehalt von 8 - 12 % und einem Chromgehalt von 8 - 25 % ist an sich gegen die meisten Korrosionsangriffe beständig. Trotzdem zeigt sich ein Ausfall durch Spannungsrißkorrosion oder durch Lochfraß, wenn der Rohrheizkörper in einem chlorionenhaltigen Wasser betrieben wird. Derartige Ausfälle können auch ein erhebliches Gefahrenmoment darstellen, da Wasser, z. B. bei Waschmaschinen, in den Rohrheizkörper eindringen und über die Heizwendel das Gerät an Spannung kommen kann. Durch das erwähnte "Nickeldiffusionsverfahren" wurde die Lebensdauer der Rohrheizkörper wesentlich erhöht. Chromnickelstähle mit einem Nickelgehalt von über 40 % sind gegen Spannungsrißkorrosion im allgemeinen immun. Derartige hochlegierte Stähle scheiden jedoch aus Kostengründen für Mantelrohre von Rohrheizkörpern aus. Durch das "Nickeldiffusionsverfahren" wird nun eine entsprechend hochlegierte Oberflächenzone geschaffen, die den Rohrheizkörper gegen Spannungsrißkorrosion und Lochfraß schützt. Verschiedene Effekte sind jedoch nicht nur durch die höhere Legierung erklärbar. Die Diffusionszone stellt ein Übergangsgebilde dar, bei dem die Legie rungszusammensetzung ständig wechselt,und zwar von einer überwiegend aus Nickel bestehenden Schicht, in welche Chrom beim Diffusionsglühen eingewandert ist, über Zwischenschichten, in denen der Nickelgehalt ständig abnimmt, bis in entsprechender Tiefe dann nur noch die Legierung des Mantelrohres vorliegt. Dementsprechend ändern sich auch die Potentiale und gegebenenfalls Kristallstrukturen in den Schichten. Eine mögliche Erklärung für die Beständigkeit der bekannten Rohrheizkörper gegen Spannungsrißkorrosion besteht darin, daß mikroskopisch einsetzende Spannungsrisse nicht "weiterlaufen" können, d.h. irgendwann stoßen sie auf eine Legierungszusammensetzung, die keine Tendenz zum Spannungsriß mehr zeigt.
  • Ein Problem, das insbesondere bei Waschmaschinen durch die Verwendung umweltfreundlicher Waschmittel auftritt, ist der verstärkte Kalkansatz. Bei einer Kalkschicht entsprechender Stärke steigt die Tempe-0 ratur des Rohrheizkörpers z.B. bis auf 800 C an. Dementsprechend verzundert die Nickelschicht und es kann wiederum zum Korrosionsangriff kommen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, durch das die Lebensdauer der Rohrheizkörper noch weiter verbessert werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Patentanspruchs.
  • Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß bei dem Diffusionsglühen einerseits das Nickel in die Oberflächenschicht eindiffundiert, daß jedoch andererseits Chrom aus der Oberflächenschicht in die aufgetragene Nickelschicht einwandert. Dies hat zur Folge, daß die Diffusionsschicht einen etwas geringeren Chromanteil besitzt im Vergleich zur Grundlegierung des Mantelrohres. Durch das neue Verfahren ergibt sich eine Chromanreicherung in der bzw. in den Nickelschichten, die die Verzunderungsbeständigkeit der Nickelschicht(en) um mehr als das 15fache erhöht.
  • Dies wirkt sich auf die Korrosionsbeständigkeit ebenfalls sehr günstig aus, da der Abtrag der Nickelschichten durch Verzunderung bei dieser hohen Temperatur wesentlich verlangsamt wird. Diese sich aus Langzeitversuchen ergebende Erkenntnis ist insoweit überraschend, als herkömmliche Prüfverfahren keine Verbesserung zeigen. Es wird dies unter anderem auf den Umstand zurückgeführt, daß die herkömmlichen Kurzzeitprüfverfahren unter verschärften Bedingungen die tatsächliche Belastung des Rohrheizkörpers, insbesondere in einer Waschmaschine, nicht exakt simulieren können. Vor allem wird der oben beschriebene Vorgang der Oxidationswirkung unter einer Kalkschicht und der kleinere oder größere Abtrag der Nickelschicht bzw. der Diffusionszone nicht entsprechend simuliert.
  • Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden, wenn entsprechend den Merkmalen des Unteranspruches als Ausgangs legierung für das Mantelrohr eine C hr om -Nickel- Molybdän legierung verwendet wird.
  • Das Zusammenspiel der drei Komponenten Nickel, Chrom und Molybdän in den Diffusionsschichten ist noch weitgehend ungeklärt. Eine entsprechende Steigerung der Lebensdauer im praktischen Einsatz ist jedoch nachweisbar.
  • Das Diffusionsglühen kann in nichtoxidierender Atmosphäre - also unter einem Schutzgas - vorgenommen werden. Es kann jedoch auch eine oxidierende Atmosphäre verwendet werden. Obwohl beide Verfahrensweisen bei nickeldiffundierten Rohrheizkörpern bekannt sind, ergeben sich jedoch bei dem neuen Verfahren neuartige Aspekte. Bei Anwendung einer oxidierenden Atmosphäre ergeben sich ausgeprägte Farbumschläge zwischen grau - braunschwarz - grün, die Rückschlüsse auf den Chromauftrag, den Nickelauftrag und die Schichtstärken zulassen. Es kann jeweils empirisch erprobt werden, ob ein Rohrheizkörper mit einer bestimmten Färbung den zu stellenden Anforderungen genügt. Insbesondere die Chromabscheidung, d. h. die Zusammensetzung des Bades und die Verweildauer der Mantelrohre wird dann so eingestellt, daß die gewünschte Oberflächenfarbe erzielt wird. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache Kontrollmöglichkeit der Produktion.
  • Umgekehrt kann durch eine nichtoxidierende Atmosphäre, gegebenenfalls unter Zugabe leicht oxidierender Gase wie CO2, eine blanke Oberfläche angestrebt werden, wobei dann Verfärbungen - gegebenenfalls auch solche, die nur stellenweise auftreten - ein Anzeichen dafür liefern, daß die Schichtdicke ungenügend ist.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines Rohrheizkörpers, bei dem auf das Mantelrohr aus Chrom-Nickel-Stahl eine Nickelschicht aufgebracht wird, die dann bei Temperaturen über 9000 C in die Oberflächenschicht des Mantelrohres eindiffundiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß entweder in einem Arbeitsgang gleichzeitig mit dem Nickel Chrom aufgebracht wird oder daß alternierende Chrom- und Nickelschichten aufgebracht werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für das Mantelrohr ein Chrom -Nickel-Molybdän-Stahl verwendet wird.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch geke nnz e i c h n e t, daß das Eindiffundieren unter einer oxidierenden Atmosphäre erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromgehalt der Oberflächenschicht wenigstens schichtweise über 10 %, vorzugsweise bis 20 %, beträgt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung an oder etwas unterhalb der Oberfläche eine Zusammensetzung von Nickel etwa 18 %, Chrom bis 20 % Rest Fe besitzt.
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