DE4212486A1 - Verfahren zur Vorbehandlung von Bauteilen oder Werkstücken aus Stahl für das Emaillieren - Google Patents
Verfahren zur Vorbehandlung von Bauteilen oder Werkstücken aus Stahl für das EmaillierenInfo
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- C23C—COATING 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
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Description
Stahlbleche zur Herstellung von Bauteilen und Werkstücken,
die mit einer Emailbeschichtung versehen werden sollen,
werden vom Walzwerk zwecks Vermeidung einer Korrosion mit
einem Schutzöl versehen und an den Bearbeiter (Emaillierer)
geliefert. Sie können je nach Verwendungszweck verschieden
dick und in Abhängigkeit von der Bearbeitungsmethode von
unterschiedlicher Beschaffenheit sein. Das zu emaillierende
Bauteil oder Werkstück bedarf vor dem Emaillieren einer
Vorbehandlung, um das Korrosionsschutzöl und andere Befet
tungsrückstände sowie anhaftende Verunreinigungen zu ent
fernen und um hierdurch insbesondere eine Benetzung des
wäßrigen Emailschlickers sicherzustellen. Bei der bekannten
chemischen Vorbehandlung werden die zu emaillierenden Bau
teile oder Werkstücke einem Beizverfahren unterworfen, um
ein blankes Blech zu erhalten. Die Beizverfahren sind in
Abhängigkeit von der Stahlblechbeschaffenheit unterschied
lich und bedürfen der Einhaltung genau vorgeschriebener Be
handlungsparameter. Insbesondere die Behandlung vor dem
Emaillieren verlangt eine genau einzuhaltende Behandlung in
Entfettungs-, Spül-, Beiz-, Nickel- und Passivierungsbäder.
Damit keine Oxydation in Form grober Rostteile entsteht,
müssen die blanken Bauteile bzw. Werkstücke unmittelbar
nach der Vorbehandlung emailliert werden. Grundlage dieser
Vorbehandlungsmethode ist, daß nach dem Entfetten durch ei
nen Beizvorgang eine weitere Oberflächenbehandlung statt
findet, durch welche Oxydationsteile entfernt und blanke
Oberflächen geschaffen werden sollen.
Die vorbekannten Behandlungszeiten sind nachteiligerweise
sehr aufwendig und erfordern eine relativ lange Behand
lungszeit von mehr als einer Stunde. Außerdem belasten die
Vorbehandlungsbäder die Umwelt und bedürfen einer Entsor
gung.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Vorbehandlung von Bauteilen oder Werkstücken
aus Stahl für das Emaillieren zu entwickeln, durch welche
die Vorbehandlungszeit wesentlich verkürzt, die Umweltver
träglichkeit verbessert und das Verfahren erheblich verein
facht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Bauteile oder Werkstücke unter Normalatmosphäre in einem
Glüh- oder Brennofen in Abhängigkeit von der Werkstoffsorte
mit einer Temperatur zwischen 300°C und 820°C auf die Dauer
von 1 bis 15 Minuten behandelt wird.
Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Verfahren wird zu
nächst in vorteilhafter Weise das am Bauteil bzw. Werkstück
anhaftende Korrosionsschutzöl und Befettungsmittel abge
dampft. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin zu se
hen, daß auf der zu emaillierenden Oberfläche eine Eisen
oxidschicht gebildet wird, die je nach Temperatur- und Be
handlungszeit aus unterschiedlichen Eisenoxidmodifikationen
bestehen kann. Diese Oxidoberfläche weist eine, von der
Rauheit der Feinblechoberfläche unabhängige, die Emaillie
rung fördernde Oberflächenstruktur (Ra- und Spitzenwerte)
auf. Bei der Erfindung wird, entgegen der vorbekannten Vor
behandlung, bei der eine blanke Blechfläche geschaffen wird,
eine gezielte Oxydation durch Glühen in bestimmten Tempera
turbereichen und bestimmten Glühzeiten vorgenommen, wobei
diese erfindungsgemäße Behandlung nicht zu einem für das
Emaillieren gefährlichen Rosten führt, sondern oxidierende
Bestandteile bildet, die für eine wesentlich verbesserte
Haftung des Emailschlickers und des aufgebrannten Emails
Sorge tragen.
Die erfindungsgemäße Behandlung ist in vorteilhafter Weise
an die verschiedenen Emailtypen und verwendeten Stahlbleche
anpaßbar. Je nach der Stahlblechsorte und der Dicke des
Stahlblechs kann die Glühtemperatur und die Glühzeit ange
paßt werden. Bei dünnen Blechen ist entsprechend eine kür
zere Behandlungszeit vorzusehen, während die Glühtemperatur
im wesentlichen von der Stahlsorte abhängt. Die durch die
thermische Vorbehandlung entstandene Oxidschicht auf der zu
emaillierenden Oberfläche gewährleistet bei der Beschich
tung mit dem wäßrigen Emailschlicker eine gute Benetzung. Da
die Eisenoxidschicht vor dem Auftragen des Emails gebildet
wird, wird eine nachteilige Eisenoxidbildung infolge ver
schiedener Emailfrittenkomponenten vermieden. Nach dem
Trocknen des Emailschlickers beeinflußt die Eisenoxid
schicht während des Brennprozesses beim Emaillieren die Be
netzungsfähigkeit des flüssigen Emails aufgrund eines ge
ringeren Benetzungswinkels positiv. Der Benetzungswinkel
des flüssigen Emails auf einer blanken Stahloberfläche be
trägt 55°, während dieser auf einer gesättigten Eisenoxid
schicht nur ca. 2° beträgt. Da beim Brennprozeß eine anders
strukturierte Oxidschicht vorliegt, wird das Fließverhalten
des flüssigen Emails beeinflußt. Es entstehen daher glatte
Emailoberflächen. Die Eisenoxidschicht wird dann während
des Brennvorganges zum Emaillieren vom flüssigen Email
vollständig aufgelöst. Mit der erfindungsgemäßen thermischen
Vorbehandlung kann somit gezielt eine für die Emailhaftung
wichtige Haftoxidschicht an der Grenzfläche der zu behan
delnden Oberfläche und Email erzeugt werden. Diese thermi
sche Vorbehandlung beeinflußt daher, anders als die bekann
te chemische Vorbehandlung, auch den Brennprozeß.
Die erfindungsgemäße thermische Vorbehandlung hat weiterhin
den Vorteil, daß die zu emaillierende Oberfläche der Werk
stoffsorte angepaßt werden kann. Das Emaillieren von unter
schiedlichen Stählen hat gezeigt, daß neben Eisen auch an
dere Bestandteile der Oberfläche oxidiert werden. Durch den
freien Zutritt von Sauerstoff beim Glühen ist auch mit ei
ner Reduzierung des Kohlenstoffs auf der Oberfläche und in
oberflächennahen Bereichen zu CO2 zu rechnen. Auch bei
Titan-legierten Stählen (IF-Stählen) kommt es durch diese
thermische Behandlung zu einer haftungsfördernden Oxid
schichtausbildung beim Emaillieren. Wird eine Behand
lungstemperatur gewählt, die über dem Erweichungsbereich des
Emails liegt, ist von einer anderen Oxidzusammensetzung auf
der Substratoberfläche auszugehen. Während bei der herkömm
lichen Emaillierung die Oxidschichtbildung mit beginnender
Verflüssigung des Emails bei ca. 450 bis 550°C endet, zei
gen sich bei einer erfindungsgemäßen Vorbehandlung auf der
zu emaillierenden Oberfläche in Abhängigkeit von der Tempe
ratur und Glühzeit Oxidschichten von gelber bis grauer Fär
bung. Je nach Oxidationstemperatur können dabei Wüstit
(FeO), Magnetit (Fe3O4) und Hämatit (Fe2O3) entstehen. Die
se Oxidzusammensetzung ist bei der herkömmlichen Emaillie
rung nicht zu erreichen.
Vorzugsweise liegt die Behandlungstemperatur zwischen 400°C
und 600°C und die Behandlungsdauer beträgt zwischen 1 und 5
Minuten.
Versuche haben im Bereich der vorgenannten Parameter eine
besonders gute Emailhaftung bestätigt. Dies wird anhand der
3 folgenden Beispiele aufgezeigt:
1 mm dicke, planebene Stahlfeinbleche aus EK-Material
(Stahlblech für konventionelles Emaillieren) wurden bei
Temperaturen zwischen 300°C und 800°C ohne weitere Behand
lung zwischen 1 und 8 Minuten in einer normalen Ofenatmos
phäre geglüht. Anschließend wurden die Proben mit einem
Emailschlicker (einem Grundemail der Firma Ferro Nr. 1800 R
"Ready to use") beschichtet und bei 820°C gebrannt. Alle
Probestücke hatten nach dem Brennen eine fehlerfreie und
glatte Emailoberfläche. Fischschuppen oder andere Emailfeh
ler konnten auch nach einer Auslagerung der Proben (24
Stunden bei 100°C) nicht nachgewiesen werden.
In der Tabelle 1 sind die verwendeten Glühtemperaturen,
Glühzeiten eingetragen. Die Emailhaftungskennzahl, die nach
dem Fallhammertest (9,81 J) ermittelt wurde, ist in der
letzten Spalte angegeben. Hierbei bedeutet Emailhaftungs
kennzahl 1 ein sehr gutes Haftvermögen und die Kennzahl 5
keine Haftung.
Die Versuche zeigen, daß bei einem 1 mm dicken Stahlblech
(EK-Material) gute Ergebnisse ab 400°C mit einer Glühzeit
von 5-8 mm erzielt wird. Für diesen Werkstoff liegt die
obere geeignete Glühtemperatur bei 600°C. Bei diesem Proben
zeigte sich, daß in dem Temperaturbereich von 450-600°C
eine Glühzeit von 1 min ausreicht.
Soll ED-Material (Stahlblech für direktes Emaillieren) er
findungsgemäß vorbehandelt und mit Grundemail emailliert
werden, so ist zur Erreichung einer guten Emailhaftung eine
höhere Brenntemperatur von beispielsweise 850°C erforder
lich. Bei den in Tabelle 2 wiedergegebenen Versuchen wurden
1 mm dicke ebene Feinblechproben aus ED-Material zwischen
300 und 800°C auf eine Glühzeit zwischen 1 und 5 min in nor
maler Ofenatmosphäre geglüht. Das Brennen erfolgte bei
850°C. Bei allen Proben ergab sich eine fehlerfreie und
glatte Emailoberfläche. Emailfehler konnten nicht nachge
wiesen werden.
Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die Emailliereigenschaf
ten von Proben, die im Bereich von 400 bis 600°C vorbehan
delt wurden, eine gute Emailhaftung aufwiesen.
Auch das Emaillieren von IF-Stahloberflächen (Ti-legiert)
ist mit einer erfindungsgemäßen thermischen Vorbehandlung
ohne weitere Vorbehandlungsgänge durchzuführen. Die
IF-Stahloberfläche wurde bei 600, 700 und 800°C auf die Dauer
von 1-3 min voroxidiert. Das Einbrennen der Emaillierung
erfolgte mit einem speziellen Email (Grundemail der Fa.
Ferro Nr. XR-145-8), wie es auch für Werkstücke bzw. Bau
teile verwendet wird, die vorher auf übliche Weise durch
Beizen usw. chemisch vorbehandelt wurden. Bei einer Brenn
temperatur von 850°C wurde eine gute Emailhaftung festge
stellt. Die emaillierten Proben zeigten insbesondere bei
einer Glühtemperatur von 700°C auf die Dauer von 1-3 min
gute Emailhaftungskennwerte von 1-2. Fischschuppen und
sonstige Emailfehler waren auch nach der Auslagerung der
Proben (24 Stunden bei 100°C), auf der ca. 120 µm dicken
Emailschicht nicht sichtbar.
Gleichgute Ergebnisse werden auch erzielt, wenn dickere
Stahlbleche bis etwa 5 mm erfindungsgemäß vorbehandelt wer
den. Je dicker das Stahlblech, desto länger ist die Glüh
zeit zu wählen. Sorge zu tragen ist weiterhin dafür, daß
die beim Glühen gebildete Oxidschicht während des Brennpro
zesses von dem flüssigen Email aufgelöst werden kann, um
die bezweckte Emailhaftung sicher zu stellen. Weiterhin ist
davon auszugehen, daß bei entkohlten Stahlblechsorten eine
verbesserte Emailhaftung durch eine Erhöhung der Brenntem
peratur von 820°C auf 850°C erzielt wird.
Claims (3)
1. Verfahren zur Vorbehandlung von Bauteilen oder Werkstüc
ken aus Stahl für das Emaillieren, dadurch gekennzeich
net, daß die Bauteile oder Werkstücke unter Normalatmos
phäre in einem Glüh- oder Brennofen in Abhängigkeit von
der Werkstoffsorte mit einer Temperatur zwischen 300°C
und 820°C auf die Dauer von 1-15 min behandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Behandlungstemperatur zwischen 400°C und 600°C liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Behandlungsdauer zwischen 1 und 5 min be
trägt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924212486 DE4212486C2 (de) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | Verfahren zum Vorbehandeln von Bauteilen oder Werkstücken aus Stahl und zum anschließenden Emaillieren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19924212486 DE4212486C2 (de) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | Verfahren zum Vorbehandeln von Bauteilen oder Werkstücken aus Stahl und zum anschließenden Emaillieren |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4212486A1 true DE4212486A1 (de) | 1993-10-21 |
DE4212486C2 DE4212486C2 (de) | 1994-02-03 |
Family
ID=6456804
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19924212486 Expired - Fee Related DE4212486C2 (de) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | Verfahren zum Vorbehandeln von Bauteilen oder Werkstücken aus Stahl und zum anschließenden Emaillieren |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4212486C2 (de) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB644581A (en) * | 1946-01-08 | 1950-10-11 | Traitements Applic Et Rech S T | A new and improved process and apparatus for preparing metal articles for a coating operation |
-
1992
- 1992-04-14 DE DE19924212486 patent/DE4212486C2/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB644581A (en) * | 1946-01-08 | 1950-10-11 | Traitements Applic Et Rech S T | A new and improved process and apparatus for preparing metal articles for a coating operation |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Z.: Mitt. d. Ver. dtsch. Emailfachleute e.V., (1991), 37-43 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4212486C2 (de) | 1994-02-03 |
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