DE69303049T2 - Verfahren zur Herstellung von Bestrahlungspulver zum mechanischen Beschichten und Bestrahlungsverfahren zu seiner Anwendung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Bestrahlungspulver zum mechanischen Beschichten und Bestrahlungsverfahren zu seiner AnwendungInfo
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Materials zum mechanischen Plattieren sowie auf ein mechanisches Plattierungsverfahren, bei dem ein derartiges Plattierungsmaterial verwendet wird, um hierdurch einen Zinklegierungsfilm auf der Oberfläche eines metallischen Substrates, hauptsächlich Stahl, auszubilden.
- Das herkömmliche mechanische Plattierungsverfahren, welches einen Zinkfilm an der Oberfläche von metallischen Substraten oder Werkstücken durch Strahlen eines Bestrahlungsmaterials ausbildet, das Zinkpulver ist, ist als das Galvanisierungsverfahren bekannt. Die in dem Stand der Technik vorgeschlagenen Bestrahlungspulver werden in zwei Gruppen klassifiziert. Die eine Gruppe besteht aus der Mischung von Stahlsand und Zinkpulver (oder Zinkteilchen), wie in dem britischen Patent 10 41 620 offenbart, und die andere Gruppe besteht aus Zinklegierungsteilchen, von denen jedes einen Eisenkern aufweist, wie in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung (KOKOKU) Nr. 59-9312 offenbart. Das Bestrahlungspulver mit Eisenkernen ist überlegen, weil sämtliche Bestrahlungspulver teilnehmen können, um den Zinklegierungsfilm zu bilden. Gegenwärtig wird dieses Verfahren allgemein am meisten verwendet.
- Es gibt zwei Verfahren zum Herstellen von Zinklegierungspulvern mit Eisenkernen. Ein Verfahren besteht in einem Zinkschmelz-Verfahren, bei welchem Kerne einer Eisenlegierung (welche nicht nur reines Eisen, sondern ebenfalls eine Eisenlegierung mit einschließen, welche Ni, Cr, Mn usw. enthält) in eine Zinklegierungsschmelze eingetaucht werden (welche nicht nur reines Zink, sondern ferner eine Zinklegierung mit einschließt, welche Cu und Al enthält), um eine Zinklegierungsschicht um den Eisenlegierungskern herum auszubilden. Das andere Verfahren besteht in einem Zinkeindringverfahren, bei welchem Eisenlegierungsteilchen mit einem Zinklegierungsdampf behandelt werden. Bei beiden Verfahren wird die Zinklegierungsschicht, welche um den Eisenlegierungskern herum ausgebildet wird, aus mehreren unterschiedlichen Phasen zusammengesetzt. Am Innersten befindet sich die α (alpha)-Phase, welche eine feste Lösung aus Eisenlegierung und Zinklegierung ist, sodann gibt es die γ (gamma)-Phase, die δ (delta)-Phase sowie die (zeta)-Phase, welche metallische Verbundwerkstoffe aus Eisenlegierung und Zinklegierung sind, und sodann gibt es die η (eta)-Phase, welche eine Zinklegierungsphase ist. Die η (eta)-Phase ist in dem äußersten Bereich des Partikels angeordnet und sie ist sehr weich, mit einer Vicker's-Härte (Hv), die im Bereich von 30 - 60 rangiert.
- Die JP-A-12 83 388 offenbart ein Strahlmaterial, welches einen Eisenkern oder einen Eisenlegierungskern aufweist, der mit einer Zn-Legierungsschicht beschichtet ist, die aus 40 - 65 Gewichtsprozent Al besteht, wobei zum Gewichtsausgleich Zn und unvermeidliche Verunreinigungen durch eine Fe-Zn-Legierungsschicht vorgesehen sind.
- Die EP-A-10 70 240 offenbart ein Strahlmaterial, welches nicht weniger als 10 Gewichtsprozent eines Legierungspulvers aufweist, welches 2,5 - 50 Gewichtsprozent Eisen und nicht mehr als 5 Gewichtsprozent insgesamt von wenigstens einem der Elemente: Aluminium, Kupfer, Zinn, Magnesium und Silicium enthält, wobei zum Gewichtsausgleich Zink vorgesehen ist, während dieses Legierungspulver einen Teilchendurchmesser von im wesentlichen nicht größer als 0,4 mm sowie eine durchschnittliche Härte von 140 - 450 Hv aufweist, und wobei dieses Strahlmaterial bis zu 90 Gewichtsprozent Stahlsand aufweist.
- Wenn das somit erhaltene Bestrahlungspulver auf metallische Werkstücke gestraht wird, wird ein Zinklegierungsfilm auf der Oberfläche ausgebildet. Es wird angenommen, daß der Film ausgebildet wird, weil ein Teil der Zinklegierungsschicht des Bestrahlungspulvers zerstört wird, wenn das Bestrahlungspulver gegen die metallischen Werkstücke kollidiert und an der Oberfläche der metallischen Werkstücke bleibt. Dementsprechend ist die leicht zerstörbare Art der Zinklegierungsschicht des Bestrahlungspulvers ein bedeutender Faktor dafür, daß sich ein Zinklegierungsfilm an der Oberfläche von metallischen Werkstücken ausbildet. Auf der anderen Seite, wenn die Zinklegierungsphase zu weich ist, ist diese schwer zu zerstören und bildet sich der Zinklegierungsfilm nicht an den metallischen Werkstücken aus.
- Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Probleme gemäß dem Stand der Technik zu lösen.
- Die Erfinder haben herausgefunden, daß, wenn eine geeignete thermische Behandlung an dem Bestrahlungsmaterial (oder Bestrahlungspulver) ausgeführt wird, das mit einer Zinkle gierungsschicht beschichtet ist, welche den Eisenlegierungskern umgibt, die Härte der Zinklegierungsschicht erhöht werden kann. Zusätzlich kann die Struktur der Zinklegierungsschicht durch eine derartige thermische Behandlung gleichförmig werden. Der vorliegenden Erfindung liegen diese Feststellungen zugrunde.
- Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bestrahlungspulvers für ein mechanisches Plattieren vor, wobei das Verfahren das Bilden eines Pulvers umfaßt, das Zinklegierungsschichten auf Eisen- oder Eisenlegierungskernen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin den Schritt einer thermischen Behandlung des Pulvers umfaßt, um die Härte der Zinklegierung so zu steuern, daß die Härte in dem Bereich von 60 bis zu 370 Vicker's-Härte liegt.
- Das Bestrahlungspulver gemäß der vorliegenden Erfindung wird dadurch präpariert, daß eine thermische Behandlung an dem Bestrahlungspulver ausgeführt wird, welches durch Mischen von Eisenlegierungsteilchen von einer geeigneten Größe mit einer Zinklegierungsschmelze unter Rühren hergestellt wird. Zinklegierungen, die zum Erfüllen des Zweckes der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind solche, welche Zn und als ein Hauptelement 1 - 20 Gewichtsprozent von Fe oder Ni und ferner als geringfügige Elemente 1 - 15 Gewichtsprozent von anderen Substanzen enthalten, z.B. Al, Sn, Mg und Pb. Die Vicker's-Härte (Hv) der Zinklegierungsschicht des Bestrahlungspulvers gemäß der vorliegenden Erfindung wird so gesetzt, daß sie zwischen 60 und 370 ist. Dieser Härtebereich ist insbesondere für die Bildung eines Zinklegierungsfilms auf der Oberfläche von metallischen Werkstücken wünschens wert. Außerhalb dieses Hv-Bereiches kann der Zinklegierungsfilm nicht auf seinem höchstausreichenden Niveau ausgebildet werden. Der oben erläuterte Härtebereich kann durch die thermische Behandlung erzielt werden, die an dem Bestrahlungspulver bei einer Temperatur von 300 - 700º C für 5 - 30 Minuten ausgeführt wird.
- Mit Hilfe der wie oben beschriebenen Wärmebehandlung kann die Zinklegierungsschicht, die an dem Eisen- bzw. an dem Eisenlegierungskern ausgebildet wird, in der Stuktur gleichförmig werden und ihre Härte erhöhen. Aufgrund des synergistischen Effektes dieser zwei Faktoren wird däs Bestrahlungspulver leicht zerstört, wenn es mit der Oberfläche von metallischen Werkstücken kollidiert, und infolgedessen wird die Adhäsionseffizienz verstärkt. Auf der anderen Seite weist der resultierende Zinklegierungsfilm, der infolgedessen an der metallischen Oberfläche ausgebildet ist, ein hohes Niveau der Hv-Härte auf; infolgedessen kann die Zerstörung der Zinklegierungsschicht des Bestrahlungspulvers, welches sukzessive auf den ausgebildeten Zinklegierungsfilm aufgebracht wird, beschleunigt werden, so daß ein dickerer Zinklegierungsfilm an der Oberfläche der metallischen Werkstücke ausgebildet wird. Weil die Härte des somit ausgebildeten Zinklegierungsfilms hoch ist, wird ein hervorragendes Anhaften an die Oberfläche der metallischen Werkstücke erzielt. Gleichzeitig kann der Zinklegierungsfilm fest an der Oberfläche der metallischen Werkstücke bleiben.
- Es wird nunmehr eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung lediglich im Rahmen eines Bespiels beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen- Bezug genommen wird, in welchen zeigen:
- Fig. 1: eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Härte der Legierungsschicht und dem Betrag des Films, der durch das Bestrahlungspulver gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird;
- Fig. 2: eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Betrag des Strahlens und dem Betrag des Films, der durch das Bestrahlungspulver gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. gemäß dem Stand der Technik ausgebildet wird; und
- Fig. 3: eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Anzahl der Strahlungen und dem Betrag des Films, der durch das Bestrahlungspulver gemäß der vorliegenden Erfindung bzw. gemäß dem Stand der Technik ausgebildet wird.
- Eine Zinklegierungsschmelze mit 96,5 Gewichtsprozent von Zn und 3,5 Gewichtsprozent von Al wird auf der Temperatur von 500 + 5º C gehalten und mit Eisenlegierungsteilchen mit dem Durchmesser von 355 - 180 µm und mit 96,9 Gewichtsprozent von Fe, 1,0 Gewichtsprozent von C, 0,9 Gewichtsprozent von Si, 0,2 Gewichtsprozent von 0 (Verunreinigung) und 1,0 Gewichtsprozent von Mn mit einem Verhältnis von 1:1 gemischt und anschließend für 20 Minuten gerührt. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird die verfestigte Legierung einer Zerkleinerung unterworfen, um ein Bestrahlungspulver (oder ein Bestrahlungsmaterial) von einer Größe zwischen 710 und 250 pm zu erhalten. Eine thermische Behandlung wird an dem somit erhaltenen Bestrahlungspulver (oder dem Bestrahlungsmaterial) ausgeführt. Im einzelnen wird das Bestrahlungspulver auf eine Temperatur zwischen 300 und 700º C für zehn (10) Minuten entweder in einer inerten Atmosphäre oder in einer offenen Atmosphäre erwärmt, die eine geringe Menge an Sauerstoff enthält. Die Eigenschaft des Bestrahlungspulvers wird unter folgenden zwei Gesichtspunkten geprüft:
- (1) Beziehung zwischen der Behandlungstemperatur und der Härte der Zinklegierungsschicht.
- Jedes Teilchen des Bestrahlungspulvers, das bei der oben beschriebenen Temperatur und für die oben beschriebene Zeitperiode behandelt wurde, wurde in einem Acrylharz zementiert und die zementierte Probe wurde geschliffen, bis die Querschnittsabmessung fast dieselbe wie die Partikelgröße wurde. Nach dem Schleifen wurde die mittlere Vicker's-Härte (Hv) der Zinklegierungsschicht, die bei unterschiedlichen Wärmebehandlungstemperaturen erhalten wurde, mittels eines Mikrohärtetesters gemessen. Das Testergebnis ist in der unten stehenden Tabelle gezeigt. Wie sich aus der Tabelle ergibt, resultiert die höhere Behandlungstemperatur in einer höheren Hv-Härte. Tabelle Behandlungstemperatur (ºC) Durchschnittliche Hv-Härte
- (2) Beziehung zwischen der Hv-Härte der Zinklegierungsschicht des Bestrahlungspulvers und dem Betrag des gebildeten Filmes.
- Das mechanische Plattieren wurde unter den unten beschriebenen Bedingungen ausgeführt. Der Betrag des an der Oberfläche des Prüflings ausgebildeten Zinlegierungsfilms wurde gemes sen. Das Ergebnis ist in Fig. 1 gezeigt.
- Verwendete Ausrüstung: Luftgebläse (Druck = 5 Kg/cm²)
- Betrag des Strahlens: 500 g
- Strahlungsabstand: 145 mm
- Prüfling: S45C, 20 mm x 20 mm x 2,3 mm
- Messung des Betrages des ausgebildeten Filmes:
- Betrag des Films (mg/dm²) = (W1 - W2)/S, wobei hierin sind:
- W1: Gewicht des Prüflings nach dem mechanischen Plattieren
- W2: Trockengewicht des Prüflings nach dem Beseitigen des Films mit einer 20%igen NaOH-Lösung bei 80º C
- S: Oberflächenbereich des Prüflings
- Wie aus Fig. 1 ersichtlich, nimmt der Betrag des Films linear in Proportionalität zu dem Anwachsen der Hv-Härte in dem Bereich von 60 - 200 zu und nimmt sodann linear jenseits des Härtewertes von 200 ab. Hieraus wird verständlich, daß der Betrag des Films dadurch gesteuert werden kann, daß die Härte der Zinklegierungsschicht eingestellt wird. Es wird ferner verständlich, daß die mittlere Hv-Härte von etwa 200 die am meisten wünschenswerte ist, um den maximalen Betrag des Films zu erzielen.
- Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Betrag des Strahlens des Bestrahlungspulvers und dem Betrag des ausgebildeten Films. In diesem Falle wurde das Bestrahlungspulver mit der Hv-Härte von 200 verwendet. Dieses Bestrahlungspulver wurde dadurch erhalten, daß das Bestrahlungspulver, das wie oben beschrieben erhalten wurde, bei 500º C für zehn (10) Minuten behandelt wurde (oder erwärmt wurde), und das mechanische Plattieren wurde unter den oben (2) beschriebenen Bedingungen unter Verwendung des somit erhaltenen Bestrahlungspulvers ausgeführt. Zum Zwecke eines Vergleichs ist die Beziehung zwischen dem Betrag des Strahlens und dem Betrag des Films, der durch das Bestrahlungspulver ausgebildet wurde, an welchem keine thermische Behandlung ausgeführt wurde, in Fig. 2 als Stand der Technik ebenfalls gezeigt.
- Zusätzlich ist in Fig. 3 das Ergebnis gezeigt, das durch die Untersuchung der Beziehung zwischen der Anzahl der Strahlungen und dem Betrag des ausgebildeten Films erhalten wurde. Zum Zwecke eines Vergleiches ist die Beziehung zwischen der Anzahl der Strahlungen und dem Betrag des Films, der durch das Bestrahlungspulver gebildet wurde, an dem keine thermische Behandlung ausgeführt wurde, ebenfalls in Fig. 3 als Stand der Technik gezeigt.
- Wie aus Fig. 2 offensichtlich ist, nimmt der Betrag des Films in Proportionalität zu dem Anwachsen des Betrages des Strahlens des Bestrahlungspulvers gemäß der vorliegenden Erfindung zu. Jedoch befindet sich bei dem zum Stand der Technik gehörigen Bestrahlungspulver, an dem keine thermische Behandlung ausgeführt wurde, der Betrag des Films auf seinem Maximum, wenn etwa 3000 g des Bestrahlungspulvers verwendet werden, und somit würde der Betrag des Films nicht zunehmen, selbst wenn mehr als 3000 g des Bestrahlungs pulvers verwendet werden. Als Grund hierfür wird folgendes angenommen: Die Härte des Bestrahlungspulvers, an dem keine thermische Behandlung vorgenommen wurde (dies ist das Bestrahlungspulver gemäß dem Stand der Technik), ist gering und seine Struktur ist nicht gleichförmig; infolgedessen kann der Betrag des Films, der zu einer frühen Stufe des Strahlens ausgebildet wurde, in einem gewissen Maße proportional zu der Härte der Zinklegierungsschicht zunehmen. Jedoch nimmt das Wachstum des Films plötzlich ab, wenn es zu der Stufe kommt, bei welcher ein neuer Film an dem zuvor ausgebildeten Film ausgebildet wird. Dies ergibt sich deswegen, weil die Energie des Strahlens durch die weiche Zinklegierungsschicht des Bestrahlungspulvers, das keiner Wärmebehandlung unterworfen wurde, absorbiert wird; infolgedessen wird die Zinklegierungsschicht des Bestrahlungspulvers nicht zerstört und die Zunahme des Films, der an der Oberfläche der metallischen Werkstücke auszubilden ist, wird behindert.
- Weiterhin kann, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, der Betrag des Zinklegierungsfilms, der durch das Bestrahlungspulver gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, seinen maximalen Wert bei etwa der zehnten Bestrahlung erreichen, während der Betrag des Zinklegierungsfilms, der durch das Bestrahlungspulver gebildet wird, bei dem keine thermische Behandlung durchgeführt wurde, nach der fünften Bestrahlung abzunehmen beginnt. Diese Tatsache zeigt an, daß die Zinklegierungsschicht des Bestrahlungspulvers, an dem keine thermische Behandlung durchgeführt wurde, hinsichtlich der Struktur ärmer als diejenige mit thermischer Behandlung ist. Insbesondere kann bei dem Bestrahlungspulver, an dem keine thermische Behandlung vorgenommen wurde, die Zinklegierungsschicht von dem Eisenlegierungskern leicht getrennt werden, wenn das Pulver gestrahlt wird, weil bei einem derartigen Bestrahlungspulver der Eisenlegierungskern und die umgebende Zinklegierungsschicht nicht in ausreichendem Maße miteinander legiert werden können. Infolgedessen bricht der Eisenlegierungskern, der keine Zinklegierungsschicht aufweist, den gebildeten Zinklegierungsfilm, wobei der Betrag des ausgebildeten Filmes herabgesetzt wird.
- Mit Rücksicht auf die obige Beschreibung läßt sich leicht verstehen, daß ein dickerer Zinklegierungsfilm an der Oberfläche von metallischen Werkstücken bei Anwendung des Bestrahlungspulvers gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden kann. Mit anderen Worten, bei der Anwendung des Bestrahlungspulvers gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Anzahl der Strahlungen zum Ausbilden eines Zinklegierungsfilmes von einer erwünschten Stärke geringer sein und es ist ein kleinerer Betrag des Bestrahlungspulvers als beim Stand der Technik erforderlich. Der Zinklegierungsfilm, der an metallischen Werkstücken durch das Bestrahlungspulver gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet wird, ist hinsichtlich einer Abblätterungsnatur ("exfoliate nature") überlegen und seine Dauerhaftigkeit ist ebenfalls überragend.
Claims (8)
1. Ein Verfahren zum Herstellen eines Bestrahlungspulvers
für ein mechanisches Plattieren, wobei das Verfahren das
Bilden eines Pulvers umfaßt, das Zinklegierungsschichten
auf Eisen oder auf Eisenlegierungskernen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin den
Schritt einer thermischen Behandlung des Pulvers umfaßt,
um die Härte der Zinklegierung so zu steuern, daß die
Härte in dem Bereich zwischen 60 und 370 Vicker'sHärte
liegt.
2. Ein Verfahren, wie in Anspruch 1 definiert, bei welchem
der Schritt des Bildens eines Pulvers die folgenden
Schritte aufweist: Bilden einer Zinklegierungsschmelze,
Mischen von Eisen- oder Eisenlegierungspartikeln in die
genannte Zinklegierungsschmelze, Rühren der genannten
Mischung aus Zinklegierungsschmelze und Eisen- oder
Eisenlegierungspartikeln, Kühlen der gerührten Mischung
auf Raumtemperatur, um die genannte Mischung zu einer
festen Legierung zu verfestigen, Zerkleinern der
genannten festen Legierung, um ein Pulver zu bilden, welches
Zinklegierungsschichten auf Eisen oder auf Eisenlegie
rungskernen aufweist.
3. Ein Verfahren, wie in Anspruch 1 oder in Anspruch 2
definiert, bei welchem das genannte Pulver bei einer
Temperatur zwischen 300º C und 700º C thermisch behandelt
wird.
4. Ein Verfahren, wie in Anspruch 3 definiert, bei welchem
die Zinklegierungsschmelze 96,5 Gew.-% Zink und 3,5
Gew.-% Aluminium aufweist, wobei die
Eisenlegierungspartikel von einem Durchmesser von 180 bis 355 Mikrometer
sind und 96,9 Gew.-% Eisen, 1,0 Gew.-% Kohlenstoff, 0,9
Gew.-% Silicium, 1,0 Gew.-% Mangan und 0,2 Gew.-%
Verunreinigungen aufweisen, wobei die Eisenlegierungspartikel
mit einem Verhältnis von 1 : 1 in die genannte
Zinklegierungsschmelze hineingemischt werden, wobei die Mischung
aus Zinklegierungsschmelze und Eisenlegierungspartikeln
für 20 Minuten gerührt wird, wobei die feste Legierung zu
einer Pulvergröße zwischen 250 und 710 Mikrometer
zerkleinert wird und wobei in dem genannten Schritt der
thermischen Behandlung des Pulvers dieses Pulver bei der
genannten Temperatur für 5 bis 30 Minuten gehalten wird.
5. Ein Verfahren, wie in Anspruch 4 definiert, bei welchem
das genannte Pulver in einer inerten Atmosphäre erwärmt
wird.
6. Ein Verfahren, wie in Anspruch 4 definiert, bei welchem
das genannte Pulver in einer. offenen Atmosphäre erwärmt
wird, welche eine geringe Menge an Sauerstoff enthält.
7. Ein Verfahren, wie in Anspruch 4 definiert, bei welchem
die genannte Zinklegierungsschmelze auf im wesentlichen
500º C gehalten wird.
8. Ein mechanisches Plattierungsverfahren zum Bilden eines
Zinklegierungsfilms auf der Oberfläche eines zu
bearbeitenden Substrates, wobei dieses Verfahren das Strahlen
eines Bestrahlungspulvers umfaßt, das in Übereinsttmmung
mit dem in einem der vorhergehenden Ansprüche definierten
Verfahren hergestellt wurde.
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