DE4143015C2 - Stromrolle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrolle aus metallenem Werkstoff, wie sie z. B. beim galvanischen Beschichten von Metallbändern auch als Führungsrolle eingesetzt wird (DE-PS 35 10 592).

In zunehmendem Maße wird gewalztes Band in elektrolytischen Beschichtungsanlagen über die galvanische Abscheidung mit korrosionsbeständigen Schichten versehen. Ein typisches Beispiel hierzu ist die Verzinkung von Stahlblech für den Automobilbau. In diesen elektrolytischen Beschichtungsanlagen befinden sich Stromrollen, die als Kathoden geschaltet sind und in unmittelbarem Kontakt mit dem Metallband stehen. Prozeßbedingt werden die Stromrollen mit z. T. stark korrosiven Elektrolyten beaufschlagt.

Aufgrund der Einsatzbedingungen werden an Stromrollen folgende Forderungen gestellt:

• 1. gute elektrische Leitfähigkeit,
• 2. gute Wärmeleitfähigkeit,
• 3. hohe Verschleißfestigkeit und
• 4. gute Beständigkeit gegen elektrochemische Korrosion.

Die Forderungen zu 1. und 2. lassen nur die Verwendung metallener Materialien für die Stromrollen zu. So kommen gemäß DE-OS 32 21 033 Stromrollen mit einem Mantel aus Kupfer, Titan, Edelstahl oder Aluminium zum Einsatz.

Die Mäntel werden üblicherweise nach einem Gußverfahren oder in Umschmelzgüten mit nachfolgendem Schmiedeprozeß hergestellt.

Es sind auch Stromrollen bekannt geworden (JP 01-116 098 A in Patents Abstracts of Japan, C-624, Vol. 13/No. 339 und JP 01-294 891 A, JP 01-294 892 A in Patents Abstracts of Japan, C-688, Vol. 14/No. 77), die aus einem Stahlrohr bestehen und mit einem Nickelbasiswerkstoff beschichtet sind. Zwangsläufig im Stahlrohr vorhandene Gefügeunterschiede wirken sich auf die Gleichmäßigkeit der Leitfähigkeitseigenschaften negativ aus. Dies wiederum wirkt sich negativ auf die Strukturengleichmäßigkeit der auf dem Band abgeschiedenen Schicht aus. Die Abscheidung einer andersartigen Schicht auf einem Grundkörper verursacht Haftungsprobleme, die immer problematisch sind, weil es bei schlechter Haftung leicht zu Ablösungen oder Abplatzungen kommen kann. Insbesondere wenn die Wärmedehnung beider Materialien unterschiedlich ist, kommt es im praktischen Betrieb unter Beanspruchungsbedingungen zu zahlreichen Ausfällen.

Im praktischen Einsatz in modernen Beschichtungsanlagen hat sich gezeigt, daß insbesondere die Beständigkeit gegen elektrochemische Korrosion die Standzeit einer Stromrolle fast ausschließlich bestimmt.

In allen neueren Anlagen wird zum Erreichen höherer Schichtstärken und geringerer Prozeßzeiten eine Hochgeschwindigkeitsabscheidung durch hohe Stromdichten und hohe Säuregehalte im Elektrolyten erreicht. Dies führt bei den bisher im Einsatz befindlichen Stromrollen zu derart starkem korrosivem Angriff, daß im Bereich von Inhomogenitäten im Gefüge, wie z. B. Seigerungen, aufgrund höherer elektrochemischer Resistenz nach dem korrosiven und erosiven Abtrag auf der Oberfläche der Stromrolle erhabene Stellen stehen bleiben. Diese Inhomogenitäten sind aufgrund des Erstarrungsprozesses nicht in genügendem Maße auszuschließen. Die erhabenen Stellen führen zu Markierungen des beschichteten Bandes, die nicht zulässig sind. Dies kann nur dadurch vermieden werden, daß die Stromrolle öfter ausgebaut und nachgearbeitet bzw. bei Erreichen des anlagebedingten Enddurchmessers mit einem neuen Mantel versehen wird. Je nach Ausbildung der Inhomogenitäten ergeben sich nur Standzeiten von wenigen Tagen. Dies reduziert in nicht vertretbarem Maße die Anlagenverfügbarkeit und führt in Verbindung mit dem Nachbearbeitungsaufwand und Materialverbrauch zu unvertretbar hohen Kosten.

Die DE-OS 32 21 033 enthält den Vorschlag, ständig einen Polierstein auf die Oberfläche der Stromrolle zu drücken, um sie schlichtend zu bearbeiten. Der dabei entstehende Abrieb gelangt aber auf die Bandoberfläche und verschmutzt sie bzw. wird u. U. sogar in die Bandoberfläche hineingedrückt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Herstellungsprozeß zu beschreiben, der das Auftreten von Inhomogenitäten im Gefüge an der Kontaktoberfläche der Stromrolle ausschließt. Unter Voraussetzung eines konstanten elektrochemischen Angriffs über die Kontaktlänge der Stromrolle mit dem zu beschichtenden Metallband soll bei gleichmäßiger Korrosion keine Markierung auf der Bandoberfläche entstehen. Ferner soll die Standzeit der Stromrolle erhöht werden. Dies soll geschehen unter Beibehaltung der beschriebenen Eigenschaften wie elektrischer Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit sowie Verschleißfestigkeit.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der selbsttragende Mantel der Stromrolle aus pulvermetallurgisch erzeugter Nickelbasislegierung besteht oder heißisostatisch in die Endform gepreßt ist. Dadurch gelingt es, gießtechnisch bedingte Gefügeinhomogenitäten auszuschließen, die zu dem erwähnten unerwünschten unterschiedlichen Abtrag an der Stromrollenoberfläche führen würden.

Die erfindungsgemäßen, aus verdüstem Nickelbasislegierungspulver durch heißisostatisches Pressen zu Formkörpern erzeugten Stromrollen haben einen gleichmäßigen und homogenen Gefügeaufbau, der einen gleichförmigen und langsameren Abtrag an der Oberfläche zur Folge hat. Dadurch werden Bandschäden vermieden und die Standzeit der Stromrolle erhöht.

Der Mantel einer Stromrolle wird bevorzugt aus einer Nickelbasislegierung mit folgenden chemischen Zusammensetzungen hergestellt:

Die Fertigung eines Stromrollenmantels vollzieht sich im wesentlichen in drei Schritten:

• 1. Pulverherstellung
• 2. Kapselherstellung
• 3. heißisostatisches Pressen

Zu 1. Pulverherstellung

In einer induktiv beheizten Pfanne wird die gewünschte Legierung aus den Einzelelementen oder Vorlegierungen erschmolzen. Durch eine Vakuumbehandlung werden unerwünschte Begleitelemente entfernt. Der Abstich aus der Pfanne erfolgt direkt durch den Boden in die Verdüsungskammer und wird beim Einlauf mit einem Schutzgas zerstäubt. Aufgrund der großen Oberfläche erstarrt die verdüste Schnecke in Form von kugeligen Körnern. Der Korndurchmesser liegt üblicherweise unter 0,5 mm. Jedes dieser Körner besteht exakt aus der eingestellten Legierung ohne störende Konzentrationsunterschiede von Korn zu Korn.

Zu 2. Kapselherstellung

Entsprechend der gewünschten Endform unter Berücksichtigung einer etwa 10%igen Schrumpfung beim nachfolgenden heißisostatischen Pressen wird eine Blechform erstellt. Diese Kapsel wird mit dem Pulver gefüllt, evakuiert und verschlossen.

Zu 3. Heißisostatisches Pressen

In einer heißisostatischen Presse wird die Kapsel mit einem Druck von etwa 1000 bar und einer der Legierung angepaßten hohen Temperatur beaufschlagt. Hierbei entsteht ein Werkstück mit vollkommen homogenem Gefüge, das von Seigerungen frei ist.

Nach dem Ablösen des Blechmantels erfolgt die mechanische Bearbeitung des Werkstücks auf die Endabmessungen der Stromrolle.

Claims (3)

1. Stromrolle aus metallenem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß ihr selbsttragender Mantel aus pulvermetallurgisch erzeugtem Nickelbasiswerkstoff besteht, der heißisostatisch in die Endform gepreßt ist.

2. Stromrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelbasiswerkstoff C max 0,015 Co max 2,0 Cr 14-18 Mo 14-17 Ti max 0,7 Fe max 3,0 Mn max 1,0 Si max 0,08 enthält.

3. Stromrolle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickelbasiswerkstoff C max 0,015 Co max 2,5 Cr 20,0-22,5 Mo 12,5-14,5 V max 0,35 W 2,5-3,5 Fe 2,0-6,0 Mn max 0,50 Si max 0,08 P max 0,025 S max 0,010 enthält.