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Verfahren zur Reinigung von Metallen durch überführen ihrer Oberflächenschicht
in das reine Metall Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Metallen
durch Überführen ihrer Oberflächenschicht in das reine Metall und hat den Zweck,
angelagerten Rost, abgeschälte Blättchen, Kohlenstoffteilchen und schlackenartige
Unreinigkeiten hauptsächlich von der Oberfläche von Eisen und Stahl zu entfernen.
Sie ist insbesondere als Vorbehandlung für das Überziehen von Metallen anwendbar,
gleichgültig, ob dasselbe durch Galvanoplastik, Emaillieren, Anstreichen, Elektroplattieren
und ähnliches zu bewirken ist. Die Erfindung ist nicht ausschließlich auf eisenartige
Metalle beschränkt.
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Die Erfindung besteht darin, daß man die Metalloberfläche der Einwirkung
von Alkalimetall oder Erdalkalimetall in Abwesenheit von Wasser aussetzt. Im- besonderen
ist die Einwirkung der genannten Metalle im entstehenden Zustande in der Weise beabsichtigt,
daß man die Metalloberfläche kathodisch in der wasserfreien Schmelze von Verbindungen
der Alkali- oder Erdalkalimetalle behandelt.
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Es ist gefunden worden, daß Schmelzbäder der Hydroxyde dieser Metalle,
z. B. des Natriums und Kaliums, für die kathodische Behandlung besonders wirksam
sind. Die Schmelztemperaturen dieser Verbindungen (3i5 bis 36o° C) sind genügend
niedrig,- um eine schädliche Beeinflussung der Eigenschaften des zu reinigenden
Metalles zu vermeiden. Wo das Erhitzen des Metalles auf höhere Temperatur nicht
nachteilig ist, können höher schmelzende Verbindungen anstatt der Hydroxyde verwendet
werden. Sind indessen niedrigere Temperaturen ratsam, so erzielt man dies durch
Anwendung von bestimmten Salzen, wie Natriumnitrit (Schmelzpunkt213° C) entweder
allein oder im Gemisch mit Hydroxyd. Durch Vermischen von unterschiedlichen Natrium-
und Kaliumsalzen können entsprechend weite Grenzen der Schmelzpunkte erreicht werden.
Zweckmäßig soll die Temperatur wenigstens iSo° C betragen. Die Stromdichte kann
ebenfalls innerhalb weiter Grenzen wechseln, doch muß stets die Behandlungsdauer
dem Enderfolg angepaßt sein. Bei Verwendung von geschmolzenem Chlorcalcium muß die
Anode aus einem gegen Chlor- widerstandsfähigen Stoff bestehen.
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Das Verfahren ist besonders zweckmäßig für das Reinigen von Drähten
vor dem Galvanisieren. 'Beispielsweise werden die Drähte durch einen flachen Trog
von geeigneter Bemessung geführt, der zweckmäßig aus vernickeltem Stahl besteht.
Der Trog wird erhitzt, um die Alkaliverbindung, z: B. Atznätron, in geschmolzenem
Zustande zu halten. Die Anoden bestehen aus Nickel. Die Arbeitstemperatur wird über
dem Schmelzpunkt des Ätznatrons gehalten, zweckmäßig bei 4.50° C. Die Stromdichte
muß der Menge des zu reduzierenden Oxyds auf der Oberflache
des
Metalles angepaBt sein: In den meisten Fällen. genügt .eine,solche von zooo eis
110o Amp./m2, wobei zo_ bis 15 Sekunden. Tauchzeit ausreichend sind.
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Bei Anwendung von Ätznatron besteht 'K= sonders bei höheren Temperaturen
eine 9.e*--wisse Neigung zum Entstehen einer bräun-* lichen Färbung an dem Metall
beim Herausnehmen aus der Schmelze. Diese Erscheinung scheint darauf zu beruhen,.
daß das auf der Metalloberfläche befindliche Natriummetall sich mit dem Ätznatron
nach dem Schema 2 Na + a Na OH = 2 Nag O +H2 umsetzt. Das so gebildete Natriumoxyd
wirkt auf das Eisen in Gegenwart der Luft nach dem Schema 2 Na, 0
-#- 2 Fe + 3 02 =:2 Nag Fe 04 unter Bildung von Natriumferrit ein. Um diese unerwünschte
Färbung - zu vermeiden, können unterschiedliche Mittel verwendet werden. Da die
oxydierende Wirkung bei niedrigerer Temperatur geringer ist, so empfiehlt es sich,
denjenigen Teil der Schmelze, an welchem die Gegenstände herausgenommen werden,
bei niedrigerer Tempera:'tür zu halten. Ferner kann die Färbung durch Überleiten
des Gegenstandes in eine inerte Atmosphäre, z. B. Generatorgas oder Dampf, in welcher
derselbe bis zur Abkühlung verbleibt, unterbunden werden. Es ist ebenfalls zweckmäßig,
den Gegenstand oder die Schmelze unmittelbar vor dein Herausnehmen des ersteren
hin und her zu bewegen, damit die erstgenannte Umsetzung sich unterhalb der Oberfläche
des Schmelzbades abspielt. Ein weitereä wirksames Mittel besteht in der Verminderung
der Stromdichte bis auf einen sehr geringen Betrag während einiger Sekunden, bevor
der Gegenstand herausgenommen wird.
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Nach dem Verlassen des Schmelzbades wird der Überschuß des geschmolzenen
Salzes - durch Abwischen, Schütteln usw. entfernt, worauf die zurückgebliebend Schicht
in einem Wasserbad abgewaschen wird. Es ist vorteilhaft, - das Waschen nach dem
Gegenstromverfahren auszuführen, wodurch konzentrierte SaIzlösungen erhalten werden;
die man verdampfen und das trockene Salz nach dem Umschmelzen in die elektrolytische
Zelle zurückführen kann.
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Das Verfahren kann ferner für die Wärmebehandlung von Metallgegenständen
gleichzeitig'mit deren Reinigung verwendet- werden. In solchen Fällen ist es, erforderlich,
die Zusammensetzung der Schmelze dem Zweck anzupassen. Ätznatron ist z. B. für Stahlgegenstände
bei Behandlungstemperaturen oberhalb 72o.° C ungeeignet, , ,da alsdann Natriumdämpfe
entwickelt werden. Für höhere Temperaturen als die genannte empfiehlt sich dagegen
ein Gemisch von Natriumcarbonat und ._ Chlorkalium je zur Hälfte. Auch andere Salze
oder Salzgemische sind zu verwenden.
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Das Verfahren ist außerordentlich wirksam '.für die Entfernung von
organischen Stoffen ':ahne vorheriges Entfetten. Es ist vorteilhaft, an den Gegenständen
Anodenstrom anzulegen, bevor derselbe als Kathode zu wirken hat, wodurch die Oxydation
des Kohlenstoffes beschleunigt und die Reinigung in kürzerer Zeit ermöglicht wird.
Wird der Gegenstand nach der käthodischen Behandlung als Anode vor dem Herausnehmen
aus der Schmelze `eingeschaltet, so bildet sich ein zäher, festhaftender dunkelbrauner
oder schwärzlicher Überzug auf demselben, welcher schützende Eigenschaften besitzt,
wie sie z. B. durch Phosphatüberzüge auf Stahl erzielbar sind. Dieser Überzug ist
besonders vorteilhaft, wenn das Metall nachträglich angestrichen oder gefirnißt
werden soll.
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Zeigt die Oberfläche des Gegenstandes eine erhebliche Oxydmenge, so
entsteht gewöhnlich nach der Behandlung ein schwammartiger loser Niederschlag, der
durch mechanische Mittel, wie Abbürsten oder Abschrecken in Wasser in noch heißem
Zustande oder auch durch elektrolytische Reinigung mittels der dabei stattfindenden
Gasentwicklung an der Oberfläche, beseitigt werden kann. Zweckmäßig wird jedoch
der Gegenstand entweder in Ätznatron oder in Schwefelsäure als Anode eingeschaltet,
wodurch der schwammartige Niederschlag entfernt und die Oberfläche in einen inerten
Zustand übergeführt wird, der sich besonders zum Elektroplattieren eignet.
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Es ist zweckmäßig, die Beschaffenheit des Schmelzbades konstant oder
innerhalb- der gewünschten Grenzen zu halten. Ätznatron z. B. absorbiert aus der
umgebenden Luft Kohlendioxyd, wodurch die Schmelztemperatur des Bades erhöht wird.
Ist dies unerwünscht, so muß der Zutritt von Kohlendioxyd zu der Schmelzoberfläche
durch geeignete Abschlußdeckplatten verhindert werden.
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Während die kathodische Behandlung ein geeignetes Mittel zwecks Bildung
des Alkali-oder Erdalkalimetalles in entstehendem Zustande auf der Oberfläche des
Metallgegenstandes darstellt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Irgendein
Verfahren zum Heranbringen eines stark reduzierenden Metalles oder eines anderen
Elementes im entstehenden Zustande und in Abwesenheit von Wasser an die mehr oder
weniger oxydierte Oberfläche des eisenhaltigen Metalles kann zur Verwendung kommen.
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Ebensowenig soll die Erfindung auf den entstehenden Zustand des Metalles
beschränkt werden, da außerordentlich wirksame reinigende
Wirkung
verbunden mit wirksamer Reduktion von Eisenoxyden ebenfalls erreicht werden kann,
wenn man den eisenhaltigen Gegenstand, z. B. Draht, einfach der Einwirkung eines
Schmelzbades, bestehend aus einer Legierung von Blei und Natrium, unterwirft. Der
Natriumgehalt bildet zweckmäßig 5 °/o der Legierung und die Temperatur des Schmelzbades
beträgt etwa 45o° C. Die Reinigung beruht wahrscheinlich auf der Wirksamkeit des
elementaren in Blei gelösten Natriums.
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Es sind zwar zahlreiche Verfahren zur Reinigung von Metallen durch
Elektrolyse von wäßrigen Lösungen vorgeschlagen worden, bei welchen das zu reinigende
Metall als Kathode zur Verwendung kommt. Diese Verfahren unterscheiden sich von
dem vorliegenden dadurch, daß z. B. Alkalimetallhydroxyd als Elektrolyt in geschmolzenem
Zustande und nicht in gelöstem zur Verwendung kommt. Das Schmelzbad darf Lösungsmittel,
wie Wasser, keineswegs in einer Menge enthalten, die genügend ist, um sich mit dem
Alkalimetall in dem Maße zu verbinden, wie es an der Kathode frei gemacht wird.
Es ist naturgemäß nicht unbedingt nötig, daß auch Spuren von Wasser vermieden werden,
besonders wenn man große Stromdichten 'verwendet.
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Das beschriebene Verfahren liefert Erfolge, die sich vollkommen von
denjenigen nach dem üblichen Dekapierungsverfahren unterscheiden. Wird Stahl z.
B. mittels Schwefelsäure dekapiert, so haben Stoffe, wie Kohlenstoff, Silicium,
Schwefel usw., die Neigung, sich auf der Oberfläche zu konzentrieren, während gemäß
Erfindung diese Beimengungen vollkommen entfernt werden und reines Metall zurückbleibt.
Infolgedessen wird die Metalloberfläche gegen Korrosion wesentlich widerstandsfähiger,
als es bisher möglich war. Insbesondere ist die Metalloberfläche nicht dem sofortigen
Rosten wie sonst beim Dekapieren ausgesetzt.
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Die nach dem vorliegenden Verfahren gereinigten Oberflächen bleiben
als solche monatelang ohne Oxydation bestehen.