-
Vollständiges oder teilweises Umwandeln eiserner Formkörper, insbesondere
zur Bildung einer festen, zusammenhängenden, gut haftenden Magnetitschicht auf Eisenelektroden
Die Erfindung betrifft eine Behandlung eiserner, insbesondere als Elektroden verwendbarer
Formkörper, durch die diese vollständig oder teilweise in Magnetit (Fe3 O) übergeführt
werden, um deren Beständigkeit vor allem gegen Korrosion zu steigern.
-
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten eisernen Formkörper
bestehen entweder vollständig aus fest zusammenhängendem Magnetit oder weisen auf
einem unveränderten Eisenkern festhaftende, zusammenhängende, gleichmäßige Schichten
von Magnetit auf.
-
Bei einer großen Anzahl Verfahren der chemischen Industrie verursacht
die Korrosion der verwendeten Materialien viele Schwierigkeiten. Dies ist insbesondere
der Fall bei Anodenmaterial für Elektrolysen bzw. Elektrodialysen, besonders wenn
sich an der Anode Chlor entwickelt. Die verschiedenen rostfreien Stähle sind nur
in seltenen Fallen genügend widerstandsfähig, Edelmetalle sind in wirtschaftlicher
Hinsicht zu kostspielig, zumal bei anodischen Oxydationen im Falle der Chlorentwicklung
sogar Platin nichtbefriedigt. Auch Graphit ist in vielen Fällen nicht verwendbar,
besonders wenn sich Sauerstoff und Chlor zusammen an der Anode entwickeln, weil
Graphit in solchen Fällen starke Neigung zum Verpulvern zeigt, wodurch die
anwesenden
Flüssigkeiten durch sich ablösende Graphitteilchen verunreinigt werden und die Elektroden
nach kurzer Zeit ersetzt werden müssen.
-
In derartigen Fällen könnte die Anwendung von Magnetit eine gute
Lösung sein, wenn man Magnetit in verwendbarer Form herstellen könnte.
-
In der niederländischen Patentschrift 6I 770 ist ein Verfahren zur
Herstellung von Magnetit beschrieben, der hierbei aber in Pulverform erhalten wird.
Diese Patentschrift erwähnt zwar, daß aus diesem Pulver auch Magnetitelektroden
hergestellt werden können, in der Praxis macht dies jedoch große Schwierigkeiten,
erstens, weil es schwierig ist, das Pulver zu einem mechanisch genügend fest zusammenhängenden
Körper zu vereinigen, und zweitens, weil so hergestellte Elektroden einen hohen
elektrischen Widerstand haben.
-
Man hat auch bereits vorgeschlagen (deutsche Patentschrift 255 072),
eiserne Gegenstände in Magnetit umzuwandeln. Dazu erhitzt man das Eisen in einem
schwach oxydierenden Gase, z. B.
-
Wasserdampf oder Kohlensäure, auf eine Temperatur von z. B. goo bis
10000. Hierbei wandelt sich das Eisen allmählich in Magnetit um.
-
In dieser Patentschrift aber ist erwähnt, daß von in dieser Weise
in Magnetit umgewandeltem rohrförmigem Material mit einer Wanddicke von nur 2 mm
und einem Durchmesser von 8 mm, wenn als Anode gebraucht, Schuppen sich lockern.
Dickere Wände oder Rohre mit einem größerenDurchmesser haben den Nachteil, daß der
Magnetit schlecht auf dem Eisenkern haftet und spröde ist. Bei der Umwandlung flacher
eiserner Gegenstände in Magnetit mit einer Schichtdicke von mehr als 0,5 mm bilden
sich, wie sich weiterhin gezeigt hat, außerdem noch Blasen. Hierdurch wird die Oberfläche
unregelmäßig, die Schichtdicke des Magnetits ist über die ganze Oberfläche nicht
mehr gleichmäßig und die Struktur der Schicht an manchen Stellen sehr schlecht,
außerdem spaltet sich der Magnetit leicht als flache Schuppen ab.
-
In der deutschen Patentschrift 255 o72 wird weiter noch vorgeschlagen,
ein Gemisch von Eisen und Kieselsäure in Magnetit übergehen zu lassen, wobei sich
durch Silicatbildung der Zusammenhang des geformten Produktes verbessern soll. Eiserne
Gegenstände können jedoch in dieser dort angegebenen Weise nicht in Magnetit bzw.
in eiserne Gegenstände umgewandelt werden, die mit einer fest zusammenhängenden
und gut haftenden Magnetitschicht von einigen Millimetern bedeckt sind.
-
Nach der deutschen Patentschrift 235 307 hat man versucht, diese
Nachteile dadurch aufzuheben, daß man bei Eisenrohren ausschließlich die Innenseite
in Magnetit übergehen läßt. Man meinte, daß durch das radiale Wachsen der Teilchen
die Dichte des Magnetits größer würde und sich keine Blasen bildeten. Es wurde jedoch
festgestellt, daß nur dann keine Blasen gebildet werden, wenn man Rohre mit sehr
geringen Durchmessern verwendet. Würde man jedoch die Außenseite eines derartigen
Eisenrohres oder die Innenseite eines größeren Rohres in Magnetit übergehen lassen,
so ließe sich dies nach keinem der bekannten Verfahren befriedigend ausführen, falls
man eine Magnetitschicht von einigen Millimetern Dicke wünscht, weil sich dann die
genannten Nachteile, wie schlechtes Haften, Blasenbildung u. dgl., in jedem Falle
bei der Ausführung der Umwandlung einstellen würden.
-
Wenn man schließlich eine dünne Magnetitschicht sich dadurch auf
Eisen bilden lassen will, daß man ein oxydierendes Gas kurze Zeit darauf einwirken
läßt, wie z. B. in der britischen Patentschrift I5 852 vom Jahre I9I2 angegeben
ist, erhält man eine poröse Magnetitschicht, wodurch dergleichen Gegenstände wenig
beständig, besonders gegen stark korrodierende Lösungen, sind. Derartig hergestellte
Magnetitelektroden z. B. sind praktisch kaum verwendbar.
-
Vorliegende Erfindung beruht nun demgegenüber auf der Erkenntnis,
daß die Unregelmäßigkeit der Magnetitschicht mit der Art der Oberfläche des Grundmaterials
zusammenhängt und daß man durch Bearbeiten der Oberfläche des Eisens vor dem Umwandeln
in Magnetit mittels im übrigen gebräuchlichen Maßnahmen bei eisernen Gegenständen
eine Magnetitschicht mit fester Struktur und großer Dicke erhalten und gegebenenfalls
diese Gegenstände sogar ganz in Magnetit überführen kann, ohne daß Blasenbildung
auftritt.
-
Gemäß Erfindung ist es notwendig, die ebene Oberfläche des Eisens
vor der Umwandlung in Magnetit zu unterbrechen. Bei flachen Gegenständen geschieht
dies vorzugsweise durch Fräsen oder Hobeln von Nuten und bei Rohren durch Eindrehen
derartiger Nuten. Diese Nuten, die z. B. im Abstand von einigen Zentimetern voneinander
angebracht werden können, können bei einem walzeisernen Produkt etwa I mm breit
und ebenso tief sein. Sie können auch durch chemische Einwirkung, wie Ätzen, oder
(allerdings in besonderer Weise, wie unten näher erläutert) mittels Sandstrahlvorrichtung
angebracht werden. Auch in geringerem Abstand voneinander angebrachte, weniger tiefe
Ritzungen können ein beschränktes, noch brauchbares Resultat geben. Eine große Anzahl
gebohrter Löcher, z. B. Sacklöcher, mit einem Durchmesser von z. B. 2 mm und einer
Tiefe von 2 mm zeigte sich ebenfalls genügend, um durch nachfolgendes Glühen eine
gut zusammenhängende Magnetitschicht zu erhalten.
-
In der deutschen Patentschrift I64642 hat man vorgeschlagen, Eisen,
das mit einer dünnen Magnetitschicht versehen werden soll, um ihm ein besseres Aussehen
zu geben und es weniger oxydierbar zu machen, vorzubehandeln mit einem Sandstrahl,
um ihm eine rauhe Oberfläche zu geben. Eine Sandstrahlbehandlung der gesamten Oberfläche
hat jedoch keinerlei Wirkung hinsichtlich der Festigkeit der nach dieser Behandlung
erzeugten Magnetitschicht.
-
Es empfiehlt sich oft, die Umwandlung in Magnetit nicht so weit fortschreiten
zu lassen, daß alles Eisen umgewandelt wird. Wenn z. B; im Innern einer Elektrode
eine Eisenschicht mit einer Dicke von etwa 5 mm verbleibt, kann man hierin
durch
Bohren und Zapfen die benötigten Zuleitungskontakte für den elektrischen Strom anbringen.
Dies hat den Vorteil, daß dann der Strom hauptsächlich durch das Eisen und von da
durch einen nur verhältnismäßig geringen Querschnitt von Magnetit, der einen viel
größeren Widerstand hat, fließt. Außerdem ist eine derartige Elektrode mit eisernem
Kern weniger zerbrechlich als eine ausschließlich aus Magnetit bestehende Platte.
-
Erwähnt sei noch, daß auch die Art des Eisenmaterials die Güte des
Magnetits beeinflußt.
-
Üblicherweise wird als Grundmaterial für die Umwandlung Walzeisen
genommen, denn bei Verwendung von Gußeisen treten alle genannten Schwierigkeiten
in noch stärkerem Maße auf als bei Walzeisen. Manchmal wird man aber trotzdem von
gußeisernen Gegenständen ausgehen, da diese billiger in speziellen Formen hergestellt
werden können als walzeiserne Gegenstände. Man kann auch diese gußeisernen Gegenstände
in Magnetit umwandeln, doch müssen in diesem Falle die Nuten tiefer sein als in
einem Gegenstand gleicher Form und Größe aus Walzeisen.
-
Beispiel I Von vier Stahlzylindern mit einem Durchmesser von etwa
8 cm, aus demselben Rohr hergestellt, wurde ein Zylinder A sowohl auf der Innenseite
als auch auf der Außenseite mit Nuten von etwa I mm Tiefe im Abstand voneinander,
variierend zwischen 4 und 7 cm, versehen. In einem zweiten Zylinder B wurden ausschließlich
auf der Innenseite derartige Nuten gedreht; im dritten Zylinder C wurden die Nuten
nur auf der Außenseite angebracht, und beim vierten Zylinder D wurde die Oberfläche
unverändert gelassen.
-
Diese vier Zylinder wurden danach in einem elektrischen Ofen während
10 Stunden in einer Dampfatmosphäre auf etwa 11000 erhitzt. Nach Abkühlen zeigte
sich, daß Zylinder A sowohl an der Innenseite als auch an der Außenseite eine sehr
gleichmäßige Magnetitschicht hatte. Bei Zylinder B war nur die Innenseite regelmäßig
in Magnetit übergegangen; bei Zylinder C zeigte nur die Außenseite eine regelmäßige
Magnetitschicht, dagegen wies dessen ungerillte Innenseite zahlreiche große und
kleine Blasen mit einer Tiefe von I bis 4 mm auf.
-
Zylinder D zeigte diese Mängel auf beiden Seiten.
-
Bei den regelmäßig geformten Magnetitschichten war die Dicke gleichmäßig
zwischen 4,5 und 5 mm.
-
Beispiel 2 In einer Stahlplatte mit einer Dicke von etwa 8 mm wurden
auf einer Seite Nuten gehobelt mit einer Tiefe von etwa I mm, sowohl parallel mit
der Längsrichtung als auch mit der Querrichtung, im Abstand von 4 bzw. 7 cm voneinander.
-
Nach Glühen in einem elektrischen Ofen in einer Dampfatmosphäre während
10 Stunden bei I000° zeigte die unbehandelte Seite der Platte Blasen, die leicht
abschuppten; dagegen wies die gerillte Seite der Platte eine regelmäßige, etwa 3
mm dicke Magnetitschicht mit einer dichten und schönen Struktur auf.
-
Beispiel 3 Aus einer gußeisernen Platte mit einer Dicke von 8 mm
wurden drei gleiche Elektroden gesägt. In die erste, A, wurden beiderseits in zwei
rechtwinklig aufeinanderstehenden Richtungen Nuten von 1 mm Tiefe und 1 mm Breite
gehobelt, im Abstand von 3,5 cm voneinander. In die zweite Platte B wurden in derselben
Weise und im selben Abstand Nuten angebracht mit derselben Breite, doch mit einer
Tiefe von 3 mm. Die dritte Platte C wurde nicht vorbearbeitet.
-
Nach dem gleichen Glühen wie in Beispiel 2 war die Platte C eiförmig
geschwollen und hatte in der Mitte große Blasen, wodurch die äußere Dicke dort etwa
8 cm betrug; der Magnetit zeigte wenig Zusammenhalt. Platte A zeigte eine besser
zusammenhängende Magnetitschicht, doch auch hier hatten sich noch Blasen, die leicht
abblätterten, gebildet.
-
Die Magnetitschicht der Platte B aber war fehlerfrei. Die Schichtdicke
war bei gleichen Glühbedingungen jedoch geringer als in Walzeisen und betrug etwa
2 mm.