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Verfahren zur Vorbereitung von Eisenblechen zur Anfertigung von Behältern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorb°reitung von Eisenblechen, die zur
Anfertigung gelöteter Behälter bestimmt sind.
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Es ist allgemein üblich, Dosen, kleine himer und ähnliche Erzeugnisse
aus verzinnten Eisenblechen herzustellen. Das Zinn dient einem doppelten Zweck,
da es nicht nur besonders widerstandsfähig ist gegen die Einwirkung von Bestandteilen
vieler- darin verpackter Waren, sondern da es auch eine ausgezeichnete Grundlage
für die Vornahme der erforderlichen Lötop2rationen abgibt.
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In einzelnen Fällen, wo ein besonderer Schutz notwendig ist, werden
die verzinnten Bleche vor ihrer Verarbeitung mit einem Anstrich versehen. Der Farbauftrag
oder die Farbüberzüge werden gewöhnlich in einem Walzverfahren hergestellt. Zinnstreifen
werden dabei ohne Überzug gelassen an denjenigen Stellen, wo gelötete Verbindungen
oder Nähte vorgesehen sind.
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Die zunehmende Verknappung des Zinns hat zu einer einschneidenden
Beschränkung der Verwendung dieses Metalls auf dem Gebiete der Herstellung von Behältern
geführt. Eine große Anzahl von Untersuchungen hat sich mit dem Problem einer anderen
Behandlung des Grundmetalls befaßt. Es ist gefunden worden, daß gewisse, auf chemischem
Wege hergestellte Überzüge; wenn ihre Eigenschaften angepaßt sind, in vielen Fällen
mit sehr befriedigendem Ergebnis an Stelle von Zinn Verwendung finden können. Ein
Erfordernis, welchem diese Überzüge
genügen müssen, ist, daß sie
der Beanspruchung bei der Umformung des Blechs zu Behältern gewachsen sein müssen,
wie weiter unten näher ausgeführt werden wird. Ein anderer wichtiger Punkt ist der,
daß der Überzug in solcher Weise angebracht sein muß, daß die späteren Lötoperationen
dadurch nicht beeinträchtigt werden.
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Eiserne Oberflächen gelten unter gewöhnlichen Umständen als unmittelbar
lötbar, aber bei der fabrikmäßigen Herstellung von Behältern, wo außerordentlich
rasches Löten erforderlich ist, um eine möglichst große Produktion zu bewältigen,
bieten eiserne Oberflächen ernste Schwierigkeiten hinsichtlich der gewünschten Schnelligkeit
des Herstellungsprozesses. Das Vorhandensein eines chemisch hergestellten Überzugs
auf der Eisenoberfläche erhöht noch die Schwierigkeiten.
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Es wurde nun gefunden, daß Zinn oder ein anderes Metall, beispielsweise
Lot selbst, das leichter lötbar ist als Eisenmetall, in vorherbestimmten Formen
auf dem Eisenblech aufgebracht werden kann und daß dann das nunmehr aus mehreren
Metallen bestehende Blech einer chemischen Lösung zur Herstellung eines Überzuges
ausgesetzt werden kann, wobei die eisernen Teile der Oberflächen einen Überzug erhalten,
ohne daß dabei die Lötfähigkeit der darauf aufgebrachten Streifen u. a. Formen von
nichteisenhaltigem Metall beeinträchtigt wird.
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Die Form des aufgelegten Metalls ist gewöhnlich die von Streifen.
Bei kleinen Blechen befinden sie sich nur an den Kanten, während sie bei größeren
Blechen in einer Reihe von Streifen nach Maßgabe der vorgesehenen Lötstellen über
die Oberfläche verteilt sein können. Im letzteren Fall ist die-Breite der Streifen
gewöhnlich breiter, als es für die Lötarbeit erforderlich ist, und die Streifen
werden in der Mitte der Länge nach durchgeschnitten, wenn das Blech nach den Maßen
des Behälters zugeschnitten wird.
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Die Streifen aus Zinn oder anderem lötbaren Metall können auf verschiedene
Weise angebracht werden. Wenn das lötbare Metall auf nichtelektrolytischem Wege
aufgebracht wird, dann ist es nötig; entweder das überzogene Metall zu erhitzen
oder ein geeignetes Flußmittel anzuwenden, um gute Haftung und genügende Schnelligkeit
des Verfahrens zu erreichen. Das Flußmittel kann aufgetragen und auf den Raum der
beabsichtigten Nahtstellen beschränkt werden mit Hilfe von Bürsten, Wischer oder
Walzen. Das lötbare Metall kann auf die mit dem Flußmittel behandelten Stellen durch
automatische Lötgeräte aufgetragen werden. Beispielsweise können Walzen gebraucht
werden, die in ihrer Anzahl der gewünschten Zahl der Streifen entsprechen und die
dazu dienen, das Lötmetall aus einem flüssigen Bade auf das Eisenblech zu bringen,
das sich in paralleler Bewegung in Berührung mit ihrem oberen Rande befindet. Die
Breite der Oberfläche der Walzen kann verändert werden, um sie sowohl beim Aufbringen
des Flußmittels als auch bei der Auftragung des lötbaren Metalls verwenden zu können,
so daß Streifen von jeder gewünschten Breite hergestellt werden können.
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Wenn die Streifen auf elektrolytischem Wege aufgebracht werden, dann
können diejenigen Flächen, auf denen sie nicht gewünscht werden, abgedeck werden
und die Abdeckung vor dem Auftrag de; chemischen Überzugs beseitigt werden. Die
Ab. deckurig der erforderlichen Flächen kann durclbewegliche Teile eines elastischen
Materials erfolgen, wie Kautschuk, welche sich mit dem Metallblech zusammen durch
das Plattierbad bewegen und dem Bade nur diejenigen Teile freigeben, auf denen eine
Plattierung gewünscht wird. Die Einteilungen können so gemacht werden, daß die Plattierung
jeder gewünschten Anordnung von Streifen und die Kontrolle der Breite der einzelnen
Streifen gewährleistet ist.
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Es hat sich als wünschenswert herausgestellt, eine Legierung zwischen
dem Zinn und dem eisernen Grundmetall zu erhalten. Dies erleichtert offensichtlich
das nachfolgende Lötverfahren. In den Fällen, in denen das. Zinn durch Eintauchen
in eine Schmelze aufgebracht wird, tritt eine genügende Legierung ohne weiteres
ein, während bei dem elektrolytischen Verfahren keine nennenswerte Legierung eintritt.
Aus ' diesem Grunde ist es ratsam, zur Ermöglichung eines raschen Lötens das elektroplattierte
Zinn so weit zu erhitzen, daß eine genügende Legierungsbildung eintritt.
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Soweit Unreinlichkeiten auf der Eisenoberfläche schädlich sind für
die Bildung eines chemischen Überzugs, kann es nötig werden, die Bleche nach Beendigung
der nichtelektrolytischen Auftragung des lötbaren Metalls zu reinigen, um einen
übrig, gebliebenen Rest von Flußmitteln zu beseitigen.
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Die nächste Stufe bei der Herstellung des Erzeugnisses gemäß dem erfindungsgemäßen
' Verfahren besteht in der Aufbringung des Überzugs auf chemischem Wege. Wie vorher
angegeben, muß der hergestellte Überzug gewissen Erfordernissen genügen, damit er
die Herstellung von Dosen und ähnlichen Behältern aus den Beständen an flachen Blechen
möglich macht. Sie müssen genügend korrosionsbeständig sein, da sie wechselnder
Feuchtigkeit und Hitze ausgesetzt sein können, während sie vor ihrer Verarbeitung
gelagert werden, oder auch nach der Verarbeitung, bevor sie einen Farbauftrag erhalten.
Sie müssen einen guten Untergrund für den Farbauftrag geben, da viele Dosen nach
Erhalt eines chemischen Überzugs noch einen Anstrich erhalten. Es ist von äußerster
Wichtigkeit, daß die Farbe fest an der Oberfläche haftenbleibt, solange der Behälter
sich in Gebrauch befindet. Die chemische Überzugsbildung darf keine schädliche Wirkung
auf die Streifen aus Zinn oder anderem lötbarem Metall ausüben, weder durch übermäßiges
Abtragen des Metallstreifens noch durch Bedeckung mit dem Überzug. Wenn das letztere
der Fall ist, so stoßen die nachfolgenden Lötvorgänge auf Schwierigkeiten. Der Überzug
muß auch in der Lage sein,. die verschiedenen Operationen zu überstehen, welche
mit der Umwandlung der Bleche in Dosen und andere Behälter verbunden sind, ohne
daß die Verbindung mit dem darunter befindlichen Metall verlorengeht. Fern er muß
das Verfahren es ermöglichen, in einer möglichst kurzen Zeit einen vollständig zusammenhängenden
einheitlichen Überzug über der gesamten Eisenfläche zu bilden.
Es
ist bekannt, daß sich durch verschiedene chemische Lösungen leicht Oxydüberzüge
auf Zinnflächen bilden. Viele Überzugslösungen, die organische Säuren enthalten,
sind auch geeignet, das Metall mit unlöslichen Zinnsalzen der verwendeten Säure
zu überziehen. Es hat sich auch herausgestellt, daß, wenn Zinn der Einwirkung gewisser
Phosphatierungslösungen ausgesetzt wird, wie sie jetzt in ausgedehntem Maße bei
der Behandlung von Metallen verwendet werden, sich eih deutlich erkennbarer Überzug
bildet. Dieser Übelstand wird dadurch verstärkt, daß die gewöhnlichen Phosphatlösungen
Überzüge hervorbringen, die viel zu schwer sind für die Behandlung von Metallen,
die nachverarbeitet werden sollen, insbesondere nach vorherigem Farbauftrag.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, durch das Phosphatüberzüge
hergestellt werden, die allen vorerwähnten Erfordernissen genügen. Das Verfahren
besteht darin, daß auf dem Eisenblech, entlang den Stellen, die bei der Herstellung
der Behälter gelötet werden sollen, Metall aufgebracht wird, das leichter lötbar
ist als die Eisenoberfläche, und daß dann die gesamte Blechoberfläche mit einer
chemischen Lösung behandelt wird, die die Lötfähigkeit des leichter lötbaren Metalls
nicht beeinträchtigt, jedoch auf den Blechteilen, die mit diesem lötbaren Metall
nicht bedeckt sind, ein gleichförmiger, zusammenhängender, fest haftender, nicht
staubender, farbbindender Überzug aufgebracht wird. Vorzugsweise werden hierzu solche
Lösungen verwendet, die keine längere Einwirkzeit als =o Sekunden . zur Überzugsbildung
Üenötigen, beispielsweise Phosphatlösungen, die als Beschleuniger Nitrat und Chlorat
enthalten. Hierbei ist darauf zu achten, daß der Beschleuniger die Lötfähigkeit
des lötfähigen Metalls nicht schädigt.
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Die Schichtbildung der Lösung kann durch wiederholtes Andrücken der
Lösung gegen das Metall während der Überzugsbildung beschleunigt werden, beispielsweise
durch wiederholte quetschende Wirkung von elastischen Walzen.
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Ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen der gewünschten Art schließt
eine Kombination von chemischen und mechanischen Vorgängen in sich, und es verdient
dann den Vorzug, wenn größtmögliche Beschleunigung bei der Herstellung des Überzugs
erwünscht ist.
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Das gereinigte Metall wird zwischen einer Reihe von Walzen bewegt,
die mit Wasser angefeuchtet werden, und von denen einige sich mit einer Oberflächengeschwindigkeit
bewegen; die sich nur wenig von der Geschwindigkeit des zu überziehenden Metalls
unterscheidet. Der Hergang dieser Operation ist nicht vollständig geklärt, aber
tatsächlich bewirkt er eine Gleichmäßigkeit des Überzugs und macht die Herstellung
eines guten Überzugs unabhängig von kleinen Schwankungen der chemischen Zusammensetzung
der zu seiner Herstellung verwendeten Lösung. Nach dieser Stufe bewegt sich das
Metall durch eine Reihe von Kautschukwalzen, deren Oberflächengeschwindigkeit die
gleiche ist, wie die des sich zwischen ihnen bewegenden Metalls, wobei die Phosphatierungslösung
auf das Metall während dieser Bewegung derart einwirkt; daß in dieser Stufe das
Metall wiederholt dem Druck elastischer Walzen unter Einwirkung der überzugsbildenden
Lösung unterworfen wird. Die verwendete Lösung enthält eine erhebliche Menge chemisch
wirkender Beschleuniger, aber die Einwirkung der Walzen während des Verfahrens hat
einen weiteren beschleunigenden Einfluß auf die Bildung des Überzugs.
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Der Überzug muß ifi der Lage sein, formverändernde Arbeitsgänge zu
überstehen, ohne zu zerbröckeln und ohne seine Haftung zu verlieren. Dies wird ermöglicht
durch eine Kontrolle des Schichtgewichtes und durch die Prüfung der Größe der Kristalle,
aus denen der Überzug vorwiegend besteht. Beide Faktoren werden in hohem Maße beeinflußt
durch die mit differenzierter Geschwindigkeit laufenden Walzen und durch die Walzen,
welche'während des Verfahrens selbst in Tätigkeit treten. Indessen ist auch die
Zusammensetzung der bei der Bildung des Überzugs verwendeten chemischen Lösung von
entscheidender Bedeutung. Lösungen, bei denen saures Zinkphosphat der hauptsächliche
den Überzug bildende Bestandteil ist, sind brauchbar, wenn in geeigneter Weise chemisch
wirkende Beschleuniger zur Verwendung kommen. Eine. Kombination von Oxydationsmitteln,
wie Nitrate und Chlorate, mit einem metallischen Beschleuniger, wie Kupfer, hat
eine ausreichende Beschleunigung ergeben, so daß ein zufriedenstellender Überzug
in der. geringen Zeit von =o Sekunden hergestellt werden kann, wenn sie in Verbindung
mit dem oben beschriebenen Walzenmechanismus zur Anwendung kommen.
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Eine typische Lösung; die bei diesem Verfahren zur Anwendung kommt;
hat etwa folgende Zusammensetzung
Die Lösung kann bei einer Temperatur von etwa 82° angewendet werden.
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Wenn ein Eisenblech mit darauf angebrachten Streifen von Zinn oder
einem anderen lötbaren Metall dem vorbeschriebenen Verfahren unterworfen wird, so
stellt sich heraus, daß die gesamte behandelte Eisenoberfläche mit einem gleichförmigen,
fest haftenden Überzug bedeckt ist, während die nichteisernen Oberflächen keinen
nennenswerten Überzug aufweisen.
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Die Haftung zwischen Farbe und Überzug wird wesentlich erhöht, wenn
eine abschließende Spülung in einer Lösung stattfindet; die eine Verbindung von
sechswertigem Chrom enthält. Chromsäure kann verwandt werden, doch sind Dichromate
vorzuziehen, und Calciumdichromat ist am vorteilhaftesten. Eine wäßrige Lösung,
welche ungefähr 6,6 g Calciumdichromat je Liter enthält und einen pH-Wert von q.
bis 6 hat, ist besonders wirksam. Die Spülung kann etwa 2 Sekunden angewandt und
der Überschuß durch Walzen beseitigt werden.
Derartige Überzüg°
haben selten ein Gewicht von mehr als 118o mg je Quadratmeter der behandelten Oberfläche.
Sie zeichnen sich ferner aus durch das Fehlen von sichtbarem Staub, der durch die
Pulverisierung von Phosphatkristallen entsteht, wenn das überzogene Blechmaterial
von 0,32 bis 0,24 mm schnell um 18o° gebogen wird. Um dasBlech auf Staubbildung
beim Biegen zu prüfen, muß man es so hinstellen, daß beim Biegen jede Spur von Staub
durch die Luftbewegung in einen hellen Lichtstrahl hineingeblasen wird.
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Wohlverstanden stellt das oben geschilderte Verfahren nur eine besondere
Verfahrensart dar, mit der ein Überzug hergestellt werden kann, der den verschiedenen
Erfordernissen genügt, aber es ist durchaus möglich, andere Lösungen anzuwenden,
durch die mittels chemischer Reaktionen auf der eisernen Grundlage Überzüge hergestellt
werden können, ohne daß die Lötbarkeit der Lötstreifen beeinträchtigt wird, und
es ist durchaus nicht in allen Fällen erforderlich, mechanische Behandlungsmethoden
einzuschalten unter Benutzung von Walzen. So kann z. B. ein Phosphatüb°rzug, der
allen obigen Erfordernissen genügt, dadurch hergestellt werden, daß das gereinigte
Metall während 2o bis 6o Sekunden mit einer ähnlichen Überzugslösung bespritzt wird.
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Das Verfahren zur Herstellung von Behältern enthält, kurz gesagt,
als wesentlichen Teil des Verfahrens die Anbringung von Streifen aus Zinn oder einem
anderen, leichter als Eisen lötbaren Metall auf der eisernen Oberfläche in einer
vorher festgelegten Form längs der vorgesehenen Nahtstellen. Hernach wird das Mehrfachmetall
einer Phosphatlösung ausgesetzt, die durch chemische Reaktion einen gleichförmigen,
zusammenhängenden haftenden, farbbindenden Phosphatüberzug hervorbringt, der ohne
sichtbare Staubentwicklung um 18o° gebogen werden kann, wobei die Überzugslösung
und ihre Anwendung so beschaffen sind, daß die Lötbarkeit der nichteisern; n Teile
der Oberfläche nicht wesentlich beeinträchtigt wird.