DE969676C - Verfahren zum Auftragen von Emails auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 3. JULI 1958

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 48c GRUPPE 3 INTERNAT. KLASSE C23d

G 16403 IVc 148 c

Paul A. Huppert, Plainfield, N. J. (V. St. A.)

ist als Erfinder genannt worden

General Ceramics Corporation, Keasbey, N. J. (V. St. A.)

Verfahren zum Auftragen von Emails auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 5. Februar 1965 an

Patentanmeldung bekanntgemacht am 30. Mai 1056

Patenterteilung bekanntgeinacbt am 19. Juni 1958

Die Priorität der Anmeldung in den V. St. v. Amerika vom 10. Februar 1954 ist in Anspruch genommen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auftragen von Emails auf Gegenstände aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

Es wurden bereits verschiedene Verfahren zum Emaillieren von Aluminium vorgeschlagen. Diese Verfahren sind aber entweder nicht zufriedenstellend oder schwierig durchzuführen. Eine bei diesen Verfahren auftretende Schwierigkeit betrifft die Vorbereitung der Metalloberfläche (vgl. z. B. ίο »Finish«, September 1951, S. 37). Eine weitere Schwierigkeit bezieht sich auf die Tatsache, daß die meisten Emailschlempen sich zu entmischen beginnen, wenn sie etwa 48 Stunden alt sind. Auch ist der Gebrauch der meisten Emails begrenzt auf Grund toxischer bleihaltiger Bestandteile. Bei der Herstellung der Emailschlempe eignen sich z. B. Ton und Bentonit nicht recht als Suspendierungsmittel für Aluminiumemails, da diese Bestandteile das erhaltene Email beeinflussen, indem sie dessen Brenntemperatur und dessen Härte erhöhen. Die allgemein bekannten organischen Suspendierungsmittel zersetzen sich während des Einbrennens des

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Emails, so daß sich merkliche Kohlenstoffablagerungen in dem Email bilden, was zu Verfärbungen führt.

Zu den der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben gehört unter anderem die Schaffung eines Verfahrens zum Emaillieren von Aluminium oder Aluminiumlegierungen, bei dem der Vorgang des Überziehens mit der Schlempe verbessert ist.

Unter anderen Zielen bezweckt die Erfindung die

ίο Schaffung einer viskosen Schlempensuspension oder -emulsion, die beim Lagern sich nicht entmischen und die bei niederen Temperaturen gebrannt werden können, um ein sehr geeignetes Email zum Überziehen von Aluminium zu bilden.

Die Lösung dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß man die zu überziehende Aluminium- oder Aluminiumlegierungsoberfläche mit einer wäßrigen phosphorsäurehaltigen Lösung reinigt, wodurch die Oberfläche ent-

ao fettet, von Oxyden befreit und gleichzeitig geätzt wird, so daß eine emailaufnahmefähige Oberfläche erhalten wird. Die vorbereitete Oberfläche wird sodann mit einer Emailschlempe in bei sonstigen Emails üblicher Weise überzogen, die niedrigschmelzende, glasartige Massen enthält, die z. B. in einer Wasser - Isopropylalkohol - Mischung in Schwebe gehalten werden. Schließlich wird der mit Emailmasse überzogene Gegenstand in beim Emaillieren bekannter Weise gebrannt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur bei magnesiumfreien Aluminiumlegierungen angewendet werden, sondern eignet sich auch für reines Aluminium und manche magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen, insbesondere solche Legierungen, die nur einen geringeren Anteil an Magnesium enthalten.

Die wäßrige Phosphorsäurelösung enthält entweder technische oder chemisch reine Phosphorsäure und vorzugsweise auch ein Netzmittel, um die Reinigungswirkung zu beschleunigen. Die Phosphorsäurelösung soll etwa 10 bis 60%, vorzugsweise 15 bis 35% Phosphorsäure enthalten.

Nach dem Reinigen kann die Aluminium- oder LegierungBoberfläche zwecks besserer Haftung für den Emailüberzug in der Weise noch weiter behandelt werden, daß man sie erstens vorerhitzt, zweitens mit einem dünnen Kupferüberzug versieht oder drittens anodisch oxydiert oder daß man zwei oder mehr dieser Verfahren kombiniert. Bei dem Vorbrennen wird der gereinigte Aluminiumgegenstand z. B. während ungefähr der gleichen Zeitspanne und innerhalb ungefähr des gleichen Temperaturzyklus wie beim Brennen des Emails erhitzt, beispielsweise ungefähr 5 bis 10 Minuten lang auf ungefähr 525 bis 540⁰ C.

Das Suspendierungsmittel für das Emailpulver enthält Isopropylalkohol und ähnliche nicht polymerisierende Fettalkohole mit relativ niederem Siedepunkt, z. B. Fettalkohole mit 3 bis 9 Kohlen-Stoffatomen. Zu diesem Alkohol wird noch eine geringe Menge, etwa 5 bis io^/o, Wasser hinzugefügt. Außerdem wird die Fließbarkeit oder Einbrennfähigkeit der glasartigen Emailbestandteile durch Zugabe von Lithiumverbindungen oder komplexeren Verbindungen zu der zu mahlenden Schlempe oder zu der Rohstoffmischung vor dem Schmelzen verbessert. Zu solchen Verbindungen gehören Lithiumcarbonat, Lithiumfluorid, Lithiumtitanat, Lithiumsilikat, Lithiumzirkonat, Lithiumzirkoniumsilikat, Lithiumborat, Lithiummolybdat, Amblygonit, Lepidolith usw. Das Lithiumcarbonat, der Amblygonit und der Lepidolith sollen der zu schmelzenden Rohstoffmischung zugefügt werden, während die restlichen Verbindungen der zu mahlenden Schlempe oder der zu schmelzenden Roh-Stoffmischung zugegeben werden können. Die Verbindungen, die der Schlempensuspension hinzugefügt werden, soll man in Mengen von 0,5 bis 5 °/o zugeben.

Spezielle Emailmassen, die man verwendet hat, um Aluminium zu überziehen, weisen stark bleihaltige, auf Lithium basierende Silikatverbindungen (USA.-Patente 2467 114 und 2544139) sowie silikat- und bleifreie Lithiumphosphat verbindungen (USA.-Patenit 2 608 490) auf. Die für die Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneten Emailmassen sind bleifreie, jedoch kieselsäurehaltige Lithium-Barium-Bor-Verbindungen mit einem relativ hohen P₂O₅-Gehalt, der in Emails an sich bekannt ist. Die Zusammensetzung go einer solchen Emailmasse ist in der folgenden Tabelle angegeben:

Tabelle 1

Li₂O 5bisiS«/o

BaO 3 - 10%

B₂O₃ 5 - io^fl/o

Al₂O₃ .· ο - 15%

P₂O₅ ..._: 5 - i5°/o

SiO₂ 5 - 25%

Rest Ca O, K₂ O, Na₂ O, Ti O₂ oder Zr O₂

Eine besonders geeignete Methode, um verschiedene Bestandteile, wie z. B. Lithiumoxyd, zusammen mit Siliciumdioxyd, Borsäure, Fluor u. dgl. in die Schmelze einzuführen, besteht darin, daß man die verschiedenen Stoffe in mehrere Bestandteile enthaltender, vorgebundener Form, z. B. als Lithiumsilikat, Lithiumborat, Lithiumfluorid usw., hinzugibt. Die chemisch vorgebundenen Rohstoffe sind haltbarer und genauer zu bemessen als die no einzelnen Oxyde, Carbonate, Salze usw., von denen ein Teil in der Lage ist, sich während des Schmelzprozesses des Emails zu verflüchtigen. Auch Lithiumoxyd als Flußmittel ist wirkungsvoller, wenn man es in Form eines Gemisches verschiedener lithiumoxydhaltiger Verbindungen einbringt. Gute Kombinationen enthalten z. B. Gemische von Lithiumsilikat mit einer oder mehreren der folgenden Verbindungen: Lithiumborat, Lithiummanganit oder Lithiumfluorid, und für eine dunkle Färbung: iao Lithiummanganit und LitbiumcDbaltit.

Erfindungsgemäß kann man zum Brennen zwei Brennmethoden anwenden, die hinsichtlich ihrer Verwendung bei Emails auf Aluminium neu sind: erstens die indirekte elektrische Induktionserhitzungsmethode und zweitens die Kombination

irgendeiner Brennquelle mit Infrarotheizlampen als Temperaturstabilisatoren.

Im folgenden wird die Erfindung zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen an einem besonderen Beispiel einer Durchfüh'rungsform des Verfahrens gezeigt.

Beispiel

Die aus Aluminiumlegierung, z. B. aus aus

ίο 0,25% Cr, 0,25% Cu, i°/oMg, 0,6% Si und Rest Al bestehender Legierung hergestellten Gegenstände wurden in einer Lösung aus ι Volumenteil technischer Phosphorsäure, 3 Teilen Wasser und ungefähr 10% eines Reinigungs- oder Benetzungsmittels, z. B. einer organischen SuIfonsäure bzw. deren NatriumsaLz, gereinigt. Die Lösung wurde auf einer relativ hohen Temperatur, z. B. auf 88° C, gehalten. Bei dieser Temperatur werden für die Reinigung ungefähr 5 Minuten benötigt. Die behandelten Gegenstände wurden mit Leitungswasser abgewaschen und getrocknet.

Diese Teile wurden nun in einem Brennofen, z. B. in einem Ofen mit eingebauten Infrarotlampen, 5 Minuten lang bei einer Temperatur von etwa 530⁰ C gebrannt.

Ein Email, das aus den in der folgenden Tabelle angeführten Bestandteilen bestand, wurde 55 Minuten lang bei 1010⁰C in einem Tiegel geschmolzen und in Wasser granuliert.

Tabelle 2

Bestandteile Gewichtsteile

Spodumen 10

Kristallisierter Borax 10

Flintstein 9

Lithiumcarbonat ". '... 5

Natriumnitrat 8

Soda 8

Bariumcarbonat 8

Titandioxyd 8

Calciumpyrophosphat 10

Aluminiummetäphosphat 10

Lithiumfluorid 8

Lithiumsilikat '. 6

Diese Granalien wurden dann in einer Porzellankugelmühle gemahlen, wobei noch folgende Bestandteile hinzugefügt wurden: 50% Isoprapylalkohol, 5% Wasser, 0,5% Lithiumsilikat, 0,5% Lithiumtitanat, o,5°/oLithiumborat, o,5°/oLithiumhydroxyd, 0,5 °/o Lithiumfluorid.

Es wurde so lange gemahlen, bis beim Passieren durch ein Sieb mit 0,044 mm Maschenweite kein Rückstand mehr festgestellt wurde. Das spezifische Gewicht der Suspension wurde durch Zugabe von Wasser auf einen Wert von ungefähr 1,95 eingestellt. Die erhaltene Schlempe wurde dann durch Angießen und Ablaufenlassen des Überschusses auf die Innenseite eines Gegenstands und durch Aufspritzen auf die Außenseite des Gegenstands aufgetragen.

Nach dem Trocknen des Auftrages, z. B. durch Infrarotlampen, wurden die mit der Schlempe überzogenen Gegenstände unter den gleichen Bedingungen gebrannt, wie sie bei dem Vorbrennen angewendet wurden, wobei man jedoch eine indirekte Induktionserhitzungsvorrichtung verwendete.

Mit diesem Verfahren wurde ein Aluminiumgegenstand mit einem sehr gut haftenden Email erhalten.

Die der beschriebenen Erfindung in Verbindung mit den besonderen Erläuterungen zukommenden Vorteile und Grundsätze werden dem Fachmann noch andere Abwandlungen nahelegen'. Dementsprechend ist nicht beabsichtigt, die beigefügten Ansprüche auf irgendeinen speziellen Vorteil oder eine nähere Angabe zu begrenzen.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Auftragen von Emails auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß das zu emaillierende Aluminiummetall mit einer 10 bis 6o°/oigen Phosphorsäurelösung gereinigt, von Oxyd befreit und geätzt wird, worauf eine Emailschlempe auf die Oberfläche aufgetragen und das Email darauf eingebrannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Emailschlempensuspension verwendet wird, die Emailgranalien, einen flüssigen Fettalkohol mit 3 bis 9 Kohlenstoffatomen und einen geringeren Anteil an Wasser als notwendiges Suspensionsmittel enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Email eine silikathaltige Lithium-Barium-Bor-Masse verwendet wird.

. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emailnaßmasse als Mühlenzusätze noch Lithiumverbindungen in Mengen von 0,5 bis 5 °/o zugesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gereinigte Oberfläche vor dem Auftragen der Schlempe durch Erhitzen des Gegenstands auf eine Temperatur von 52.5 bis 540⁰ C vorbehandelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Emaiilschlempesuspension verwendet wird, die niiedrigschmelzende Emailgranalien, suspendiert in einer 5 bis ip*/o Wasser und 40 bis 60% flüssigen Fettalkohol mit 3 bis 9 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise Isopropylalkohol, enthaltenden Flüssigkeit, enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen aus 5 bis 15% Lithiumoxyd, 3 bis io°/o Bariumoxyd, S bis 10% Boroxyd, ο bis 15% Aluminiumoxyd, 5 bis 15% Phosphorpentoxyd und 5 bis 25% Siliciumdioxyd bestehendes iao Email, wobei der Rest aus Calciumoxyd, Kaliumoxyd, Natriumoxyd, Titandioxyd oder Zirkoniumoxyd bzw. Gemischen dieser Verbindungen besteht, verwendet wird.

© 609 528/174 5.56 (809 554/11 6.58)