DE69824483T2

DE69824483T2 - Form aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung zum Herstellen von Flaschen

Info

Publication number: DE69824483T2
Application number: DE69824483T
Authority: DE
Inventors: Martine Hallouis
Original assignee: Saint Gobain Emballage SA
Current assignee: Verallia France SA
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1998-05-19
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2018-05-20
Also published as: PT879796E; US5987926A; ES2222563T3; EP0879796A1; FR2763582B1; FR2763582A1; BR9801665A; EP0879796B1; DE69824483D1

Description

Die Erfindung betrifft Formen für die Herstellung von Glaserzeugnissen, beispielsweise von Flaschen.
Diese Produktion wird im Allgemeinen in zwei Hauptstufen durchgeführt. In der ersten Stufe wird der Glaskülbel bei einer Temperatur, die etwa 1 100°C erreichen kann, mit einer Vorform in Berührung gebracht, die im unteren Teil mit einer Ringform verbunden ist. Dabei ist es wichtig, dass der untere Teil des Külbels, der sich mit der Ringform in Berührung befindet, ausreichend gekühlt wird, damit er praktisch gemäß der für den Flaschenhals gewünschten endgültigen Form erstarrt. Im Gegensatz dazu muss der übrige Teil des Külbels heißer bleiben, ausreichend weich, um seine anschließende Formgebung zu ermöglichen.
Diese differenzierte Abkühlung des Külbels kann durch ein äußeres Abkühlungsmittel wie das Aufblasen von Druckluft, das auf die Seiten der Ringform angewendet wird, oder durch den Einsatz unterschiedlicher Materialien für die Ringform und die Vorform erreicht werden. Wenn das Material der Ringform eine höhere Wärmeleitfähigkeit (oder Wärmeausbreitungsvermögen) besitzt, so entzieht es dem entsprechenden Teil des Külbels eine größere Wärmemenge, wodurch dieser Teil eine niedrigere Temperatur als der Rest des Külbels annimmt.
Die Flaschen werden im Allgemeinen, bevor sie in die endgültige Form gebracht werden, in der zweiten Hauptstufe in Fertigformen umgedreht. Diese müssen eine größere Wärmemenge als die Vorformen aufnehmen, da die Flaschen dort lokal Temperaturen erreichen, die niedriger als die Erstarrungstemperatur des Glases sind.
Alle zuvor beschriebenen Formen werden häufig aus Gusseisen hergestellt. Dieses ist jedoch nicht völlig zufrieden stellend. Das Aussehen seiner Oberfläche ist grob. Noch störender ist seine Neigung zur Rissbildung durch thermische Ermüdung.
Bronze ist auch zur Herstellung von Formen verwendet worden (siehe beispielsweise US-A-4 732), wobei sie jedoch gegenüber Korrosion und Oxidation sehr empfindlich ist. Aus diesem Grund wurde der Einsatz von Marinebronze vorgesehen, die im Allgemeinen etwa 9 bis 10% Al, 4 bis 5% Fe und 4 bis 5% Ni enthält, wobei der Rest im Wesentlichen aus Cu und üblichen Verunreinigungen besteht – alle diese Prozentangaben sind Gewichtsprozente, wie auch im Rest der Beschreibung. Marinebronze hat die zusammentreffenden Vorteile einer guten Korrosionsbeständigkeit, keiner Rissbildung unter den Wärmeschockbedingungen, die bei der Herstellung von Flaschen auftreten, und eines sehr feinen Oberflächengefüges.
Jedoch ist bei Verwendung von Formen, die im Erfindungsumfang enthalten sind, oftmals vorgeschrieben, die Oberfläche einzufetten. Dieses Fett bildet durch Temperaturerhöhung Graphitablagerungen. Jedoch wird aufgrund der Tatsache, dass die Formen einem Wärmezyklus unterliegen, der mit einer Häufigkeit von 10 Zyklen/Minute und mit Temperaturen, die relativ hohe Werte erreichen, wechselt, wobei die Marinebronze eingeschlossen ist, eine Oberflächenoxidation mit Bildung von Hohlräumen und verschiedenen Aussehensfehlern, an welchen die Graphitablagerungen anhaften, beobachtet. Dies macht eine umso stärkere periodische Reinigung erforderlich. Daraus resultiert ein Verschleiß und somit eine Vergrößerung der Form in einem Maße, das umso größer ist, je mehr die Oberfläche oxidiert.
Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Form bereitzustellen, deren Material eine gute Formstabilität sicherstellt, und welche über einen längeren Zeitraum hinweg nutzbar ist, wobei das Nichtvorhandensein von Rissen durch thermische Ermüdung und das feine Aussehen der Oberfläche, die bereits mit Marinebronze erreicht worden sind, erhalten bleiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Form, die besonders gut an die Herstellung von Glaserzeugnissen, insbesondere Flaschen, angepasst ist, und wovon wenigstens ein Teil aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung hergestellt ist.
Die Erfindung besteht insbesondere in den Gehalten dieser Legierung an wirksamen Bestandteilen:

– insgesamt 0,02% bis zur Löslichkeitsgrenze, insbesondere 0,02 bis 1,0%, eines oder mehrerer Elemente, die aus Sc, Sr, Y, Zr und Hf ausgewählt sind, und/oder
– insgesamt 0,02% bis zur Löslichkeitsgrenze, insbesondere 0,02 bis 2,0%, eines oder mehrerer Lanthanoide.

Dabei wurde überraschenderweise festgestellt, dass bei einer Verwendung dieser Form, wie sie zu Beginn vorgesehen und weiter oben beschrieben worden ist, die aus dem Fett stammenden Graphitablagerungen wenig an den Wänden der Form anhaften und davon leicht zu entfernen sind, selbst unter sehr milden Reinigungsbedingungen. Nach Entfernung dieser Ablagerungen werden viel weniger Hohlräume, Erhebungen und Unregelmäßigkeiten der Oberfläche im Allgemeinen und mit kleineren Abmessungen als bei bekannten Formen beobachtet. Dies erklärt sich dadurch, dass die Ablagerungen nicht an der Oberfläche der Form anhaften. Außerdem erleiden die Wände der Form eine deutlich geringere Erosion, selbstverständlich unter gleichen Reinigungsbedingungen. Im Großen und Ganzen ist von den Erfindern festgestellt worden, dass unter den realen Bedingungen einer Flaschenproduktion eine mindestens 30%ige Verlängerung der Lebensdauer der Formen erreicht wird. So wird nicht nur der Verschmutzungsgrad der Formen, der ihren Ausbau für die Reinigung erfordert, später erreicht, sondern auch der Verschleiß der Formen vollzieht sich langsamer, wodurch sie erst später verworfen werden müssen. Die erfindungsgemäße Form hat eine höhere Korrosionsbeständigkeit.
Entsprechend zwei speziellen erfindungsgemäßen Ausführungsformen betragen die Gehalte an wirksamen Elementen 0,1 bis 0,5% Y, bzw. eines oder mehrerer Lanthanoide, jedes mit einem Anteil von 0,01 bis 0,8%, und insbesondere:

– 0,05 bis 0,7% Ce,
– 0,04 bis 0,4% La,
– 0,02 bis 0,4% Nd und
– 0,005 bis 0,05% Pr.

Vorzugsweise betragen die Gehalte der Legierung, die wenigstens einen Teil der erfindungsgemäßen Form bildet:

– 5 bis 15% Al,
– 2 bis 7% oder 12 bis 18% Ni,
– 2 bis 7% oder höchsten 1% Fe unter der Bedingung, dass in letzterem Fall der Ni-Gehalt 12 bis 18% beträgt,
– 0,05 bis 1,5% oder insbesondere 0,02 bis 0,8% Si,
– 0,02 bis 2% oder insbesondere 0,6 bis 1,4% Mn,
– höchstens 0,25% oder 6 bis 12% Zn unter der Bedingung, dass in letzterem Fall der Fe-Gehalt höchstens 1% beträgt, und
– der Rest im Wesentlichen aus Cu, den oben genannten wirksamen Elementen und den üblichen Verunreinigungen besteht.

Zwei Legierungsarten haben sich bei der Entwicklung der Erfindung als besonders bemerkenswert erwiesen.
Die erste Art ist gekennzeichnet durch folgende Gehalte:

– 8 bis 11% Al,
– 3,5 bis 5,5% Ni,
– 3,5 bis 5,5% Fe.

Die Legierungen der zweiten Art, die besonders für die Herstellung von Ringformen geeignet sind, enthalten:

– 8 bis 11% Al,
– 14 bis 16% Ni,
– höchstens 1% Fe und gegebenenfalls
– 8 bis 10% Zn.

Dabei ist festzustellen, dass Wärmeleitfähigkeit und -ausbreitungsvermögen der erfindungsgemäßen Legierungen relativ hoch sind, insbesondere im Vergleich mit dem üblicherweise eingesetzten Gusseisen. Somit ist in dem Maße, in welchem die Erstarrung des Glases in der Ringform und in der Fertigform erwünscht ist, die Erfindung besonders für diese zwei Formtypen und insbesondere für letztere sowohl für Kokillen als auch für den Boden der Fertigform geeignet.
Der Aufbau einer Vorform aus einer erfindungsgemäßen Legierung erfordert eine Anpassung der Synchronisation der Durchlaufstufen durch die Vorformen und die Fertigformen. Dabei ist die Durchlaufzeit durch die Vorform zu verkürzen, um eine Erstarrung des Glases zu vermeiden.
Unter diesen Bedingungen kann das Synchronisationsproblem gelöst werden, indem korrelierend die Zeit des Durchlaufs durch die Fertigform durch Verwendung eines Materials mit einer noch höheren Wärmeleitfähigkeit oder auch, indem zwei Fertigformen auf eine Vorform verwendet werden, verkürzt wird. Die Vorformen (Kokillen und Boden) sind deshalb auch ein erfindungsgemäßer Gegenstand.
Was das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Formen betrifft, so ist von den Erfindern festgestellt worden, dass ein Gießen auf einen Kühler vorteilhafterweise ein feinkörniges Gefüge ergibt, das den Wärmezyklen am besten widersteht und die Unveränderlichkeit des Metalls gewährleistet. Es hindert einen jedoch nichts daran, Bauteile aus der erfindungsgemäß verwendbaren Legierung durch Gießen in Sandformen, gegebenenfalls mit einem Kühler, und Strangguss herzustellen.
Das folgende Beispiel erläutert die Erfindung.
Beispiel
Es wurden Legierungen hergestellt, deren in Gewichtsprozenten angegebene Gehalte in der folgenden Tabelle aufgeführt sind. Die als übliche Verunreinigungen enthaltenen Elemente mit kleinen Anteilen sind nicht angegeben. Tabelle 1

-: unbedeutend niedriger Gehalt

Aus diesen Legierungen wurden Bleche hergestellt und unter verschiedenen Atmosphären 24 h lang bei 500°C Korrosionsversuchen unterworfen:

a) eine Atmosphäre, die 200 ppm HCl enthielt und
b) eine Atmosphäre mit 1 500 ppm SO₂.

Der Vergleich der Legierungen 1, 4 und 5 zeigt, dass ein mittlerer Y-Gehalt von 0,3% eine geringere Korrosion ergibt.
Der Vergleich der Legierungen 1, 6 und 7 zeigt, dass ein mittlerer Si-Gehalt von 0,5% bevorzugt ist.
Es wurden einerseits Fertigformen aus den Legierungen 1, 3 und 8 und andererseits eine Ringform aus der Legierung 2 hergestellt.
Unter den üblichen Bedingungen einer Flaschenproduktion waren die Formen korrosionsbeständiger, sodass in allen Fällen ihre Lebensdauer um mindestens 30% verlängert wurde.

Claims

Form für die Herstellung von Glaserzeugnissen, bei welcher wenigstens ein Teil der Innenfläche aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass diese gewichtsmäßig – insgesamt 0,02% bis zur Löslichkeitsgrenze eines oder mehrerer Elemente, die aus Sc, Sr, Y, Zr und Hf ausgewählt sind, und/oder – insgesamt 0,02% bis zur Löslichkeitsgrenze eines oder mehrerer Lanthanoide, – 5 bis 15% Al, – 2 bis 7% oder 12 bis 18% Ni, – 2 bis 7% oder höchstens 1% Fe, wobei in letzterem Fall der Ni-Gehalt 12 bis 18% beträgt, – 0,05 bis 1,5% Si, – 0,02 bis 2% Mn und – höchstens 0,25% oder 6 bis 12% Zn, wobei in letzterem Fall der Fe-Gehalt höchstens 1% beträgt, enthält und – der Rest im Wesentlichen aus Cu und den üblichen Verunreinigungen besteht.
Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung gewichtsmäßig – insgesamt 0,02 bis 1,0% eines oder mehrerer Elemente, die aus Sc, Sr, Y, Zr und Hf ausgewählt sind, und/oder – insgesamt 0,02 bis 2,0% eines oder mehrerer Lanthanoide enthält.
Form nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,1 bis 0,5 Gew.-% Y enthält.
Form nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung mehrere Lanthanoide mit einem Anteil von jeweils 0,01 bis 0,8 Gew.-% enthält.
Form nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung gewichtsmäßig – 0,05 bis 0,7% Ce, – 0,04 bis 0,4% La, – 0,02 bis 0,4% Nd und – 0,005 bis 0,05% Pr enthält.
Form nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,2 bis 0,8 Gew.-% Si enthält.
Form nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 0,6 bis 1,4 Gew.-% Mn enthält.
Form nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung gewichtsmäßig – 8 b i s 11% Al – 3,5 bis 5,5% Ni und – 3,5 bis 5,5% Fe enthält.
Form nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung gewichtsmäßig – 8 bis 11% Al – 14 bis 16% Ni und – höchstens 1% Fe enthält.
Form nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung 8 bis 10 Gew.-% Zn enthält.
Teil der Innenfläche einer Form nach einem der Ansprüche 1 bis 12, der aus einer Kupfer-Aluminium-Legierung besteht, die gewichtsmäßig – insgesamt 0,02 bis 3,0% eines oder mehrerer Elemente, die aus Sc, Sr, Y, Zr und Hf ausgewählt sind, und/oder – insgesamt 0,02 bis 4,0% eines oder mehrerer Lanthanoide enthält, wobei der Teil zu einer Kokille oder einem Boden einer Vorform, Fertigform oder Ringform gehört.