DK149783B - Staaltraadskordel eller -reb hvori enkelttraadene har en belaegning samt fremgangsmaade til fremstilling af samme - Google Patents

Description

149783

Opfindelsen angår en ståltrådskordel eller et ståltrådsreb, hvori enkelttridene har en belægning.

Det er almindelig praksis at påføre en midlertidig eller en trækningsbelægning på passende, præpareret stålstav eller -tråd inden man-5 gehulstrækning og som en væsentlig del heraf. Phosphatkomplekser er ofte indbefattet. Phosphatbelægninger binder sig stærkt til det underliggende stål og har en særlig krystallinsk struktur, som gør det muligt for dem at adsorbere og tilbageholde en betydelig mængde smøremiddel til trådtrækningen. Det vides ligeledes, at et manganphosphat kan af-10 sættes pi jernholdig tråd inden trækning, men dette giver imod forventning ikke egenskaber, som letter koldtrækning af tovværkstrid.

Den foreliggende opfindelse er resultatet af en undersøgelse over mulige måder til forbedring af smøring og korrosionsmodstand af reb, som anvendes i friktionsspoler. Imidlertid er den fremkomne opfindelse 15 anvendelig på en lang række trådprodukter.

Friktionsspoler er afhængige af opretholdelse af en gnidningskoefficient mellem rebet og skiven med en værdi på 0,2. Ethvert smøremiddel, der trænger igennem til rebets ydre, reducerer denne værdi og kan resultere i tab af trækkraft og slip. Nedsættelse af mængden af 20 smøremiddel i rebet til et niveau, som forhindrer overfladeudsondring, kan modsat ofte forårsage indre korrosion og tæring.

Den foreliggende opfindelse tilvejebringer ståltråds kordel eller -reb, hvori enkelttrådene har en belægning, som afhjælper de ovenfor omtalte ulemper.

25 Dette opnås med ståltrådskordel eller -reb, hvori enkelttrådene har en belægning, som er ejendommelig ved, at belægningen er en man-ganphosphatbelægning.

Det har overraskende vist sig, at en belægning af manganphosphat på den færdige tråd inden slåningen ikke blot opfylder de forventede 30 krav, men har vist sig at være bedre end andre typer phosphatbelæg-ning.

En udførelsesform for ståltrådskordellen eller -rebet ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at belægningen er forseglet med et korrosionsbeskyttende forseglingsmiddel, såsom olie. Denne udførelsesform 35 for kordellen eller rebet ifølge opfindelsen er fordelagtig ved, at den ikke blot frembyder forbedret korrosionsmodstandsdygtighed men også større slidbestandighed.

Opfindelsen angår også en fremgangsmåde til fremstilling af en ståltråds kordel eller -reb ud fra ståltråde, som efter rensning til fjernel- 149783 2 se af trådtrækningsrester forsynes med en belægning, hvorpå de belagte tråde slås til en kordel eller et reb, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at der som belægning dannes en manganphosphatbelæg-ning.

5 En udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejen dommelig ved, at dannelsen af manganphosphatbelægningen fremmes ved aktivering af den rensede tråd med en forbehandlingsopløsning. Ved denne udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen dannes der en mere finkornet belægning, som er mere slidbestandig.

10. . En anden udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at forbehandlingsopløsningen påføres tråden, efter at den er blevet renset, og medens den endnu er våd. Denne udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er fordelagtig derved, at eftersom tråden allerede er våd, har forbehandlingsopløsningen ingen 15 vanskelighed ved at fugte overfladen af tråden og aktivere hele overfladen af tråden ensartet. Følgelig bliver manganphosphatbelægningen mere jævn, hvorved korrosionsmodstandsdygtigheden øges.

En tredie udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at manganphosphatbelægningen forsegles med et 20 korrosionsbeskyttende forseglingsmiddel, såsom olie, inden slåningen.

Ved denne udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstilles der kordel eller reb, som ikke blot har forbedret korrosionsmodstandsdygtighed men også større slidbestandighed.

Den tråd, der skal behandles, har fået sin endelige størrelse, 25 d.v.s. alle trækninger er afsluttet.

Dannelse af en manganphosphatbelægning er analog til dannelse af en zinkphosphat-belægning, og belægningen består fortrinsvis af et hydratiseret, tertiært manganphosphat sammen med små mængder af et jernmanganphosphat.

30 Belægningen af tråden kan påføres ved sprøjtning eller neddyk ning, idet den optimale tykkelse styres ved (a) ståloverfladens oprindelige tilstand, (b) den forberedende behandling af trådens overflade og (c) det behandlede metals natur.

Påsprøjtnings- eller neddykningsfremgangsmåden kan anvendes til 35 at belægge tråde på en sådan måde, at de enkelte tråde enten alene eller flere sammen kontinuert føres gennem de kemiske behandlingsmidler. En batch-proces, hvori tråde i spiralform udsættes for de kemiske behandlingsmidler, kan ligeledes anvendes.

149783 3

EKSEMPEL

Den anvendte rensnings- og belægningsfremgangsmåde er beskrevet i det følgende: 1. Rester fra trækningen af tråden, d.v.s. pigmenterede træk- 5 ningsforbindelser, trækningsolier, fedtstoffer, og vokser, fjernes fra trådens overflade. Dette kan gennemføres ved hjælp af affedtning med opløsningsmidler, affedtning med damp, emulsionsrensning eller alkalisk affedtning. Den foretrukne fremgangsmåde er alkalisk affedtning, hvorved den forsæbende og emulsionsdannende virkning af vandige baser 10 forstærkes med sequestrerings-, kompleksdannende og overfladeaktive midler. Bestanddelene kan være natriumhydroxid, natriumcarbonat, natriummetasilicater, trinatriumphosphat, natriumpyrophosphat, natrium-borater, kompleksdannende midler (såsom EDTA, gluconater, heptonater, polyphosphater og cyanider) og organiske overfladebehandlingsmidler.

15 De kan anvendes varme eller kolde med eller uden strømtilførsel, som kan være såvel anodisk som katodisk. Det alkaliske rensemiddel kan påføres enten ved sprøjtning eller neddykning. Den foretrukne fremgangsmåde er neddykning. Et foretrukket alkalisk rensemiddel er "Pyroclean" 303.

20 Opløsningen kan virke over et temperaturområde fra 15 til 100°C, men det foretrukne område er 82-99°C.

Det anvendte koncentrationsområde kan være fra 3 til 300 g/l, men den foretrukne koncentration er 18 g/l.

Neddykningstiden kan variere fra 1 til 30 minutter afhængig af ar- 25 ten af den tilsmudsning, som skal fjernes, men erfaringen har vist, at 15 minutter er tilstrækkeligt til at give det ønskede resultat.

2. Vandrensning anvendes til at fjerne ethvert overskud af alkalisk opløsning. Dette kan enten være ved sprøjtning, neddykning eller begge dele, og temperaturen kan ligge fra omgivelsernes temperatur til 30 kogetemperatur. Den foretrukne fremgangsmåde er sprøjterensning efterfulgt af neddykning i koldt fritløbende vand, efterfulgt af sprøjterensning.

3. Tråden ledes derefter uden tørring ind i en forbehandlingsopløsning, som aktiverer metaloverfladen for at lette dannelse af en fin- 35 kornet manganphosphat-belægning. Det foretrukne kemikalie til anvendelse ved forbehandling er en vandig suspension af mangan-(l I )-ortho-phosphat, såsom "Parcolen VM", skønt andre egnede kemikalier vil kunne have en lige så god virkning.

Den virkningsfulde opløsning fremstilles f.eks. ved at tilsætte 149783 4 "Parcoien VM C" pulver i forholdet 3 kg til hver 1000 liter opløsning, der skal bruges.

Der foretages derefter vedvarende omrøring med et omrøringsudstyr, såsom med en omrører af skovltypen eller med komprimeret luft, 5 og der tilsættes "Parcoien VM A" pulver i et forhold pi 3 kg pr. 1000 liter opløsning, der skal bruges. Portionen tilsættes dernæst den nødvendige vandmængde til at gøre badet klar til brug og opvarmes til behandlingstemperaturen, der kan ligge i området fra 16 til 60°C. Tråden, som er våd af vand fra rensningen, neddykkes derefter i den 10 fremstillede "Parcoien VM" opløsning i 1-10 minutter.

Den temperatur, hvorved der arbejdes med Parcoien VM opløsningen, afhænger af den finhedsgrad, der ønskes af manganphosphatbelæg-ningen. Almindeligvis har det vist sig, at højere temperaturer fører til større finhed, hvorimod lavere temperaturer fører til længere levetid af 15 badet.

Den foretrukne fremgangsmåde er anvendelse af omgivelsernes temperatur og en neddykningstid pi 5 minutter.

4. Tråden, der er våd fra forbehandiingsprocessen, behandles derpå med manganphosphatopløsning. Denne opløsning danner et over- 20 træk af uopløselige, komplekse phosphater ved kemisk reaktion med metaloverfladen. Denne reaktion fremkommer efter påføring af svagt sure (pH 2-3) vandige opløsninger baseret på monometalliske orthophos-phater (mangan) og fri phosphorsyre. I reglen indeholder opløsningerne et eller flere oxidationsmidler, som virker som depolariseringsmidler 25 eller reaktionsacceleratorer, såsom nitrat, nitrit, chlorater, o.s.v., og somme tider sammen med stoffer, der hjælper med til at danne en finere belægning, såsom polyphosphater, nikkel eller calciumsalte.

Det foretrukne kemikalie er "Parco-Lubrit 2", og den foretrukne behandlingsfremgangsmåde er en neddykning i 15 minutter ved tempera-30 turen 95°C. Badets foretrukne punkt-værdi, hvilket er en værdi baseret på titrering af en 10-miliiliter prøve af opløsningen med 1/5 N NaOH, er 28-32.

5. Vandrensning anvendes til at fjerne overskud af phosphaterings-opløsning. Den foretrukne arbejdsgang ved denne rensning er som ved 35 rensningen efter den alkaliske affedtning.

6. Belægningen tørres derefter, hvilket kan opnås ved at blæse med varm luft eller i varmluftovn. Den foretrukne fremgangsmåde er anvendelse af en ovn med varmluftrecirkulation ved en temperatur på 150°C, skønt et temperaturområde fra 100 til 250°C kan benyttes. Trå- 5 U9783 den henstår til den er tør, men det har vist sig, at 15 minutter er tilstrækkeligt.

7. Efter tørringsproceduren forsegles manganphosphatlaget for at give materialet særlige korrosionsresistente egenskaber. De anvendte 5 midler kan være organiske forbindelser af olietypen (ikke-hærdnende mineralolier af forskellig vægtfylde og viskositet), opløsningsmiddeltypen (filmdannende materialer på jordoliebasis og rustinhibitorer opløst i opløsningsmidler fra jordolie), emulsionsdannende type (rustbeskyttelsesmidler på jordoliebasis modificeret således at en stabil emulsion dan-10 nes ved blanding med vand) eller vokstypen. Uorganiske forseglingsmidler af chromat- og d i ch romat-ty pen kan ligeledes anvendes. Forseglingsmidlerne kan påføres ved børstning, sprøjtning, dypning, skylning, o.s.v.

Det foretrukne materiale er en fortyndet opløsning af et oliebaseret 15 opløsningsmiddel, såsom Parker Finish P75, og foretrukne påføringsfremgangsmåder er neddykning eller sprøjtning. Det kan påføres ved temperaturer ved 15-50°C, fortrinsvis ved 50°C. Hvis der anvendes sprøjtning, holdes opløsningen ved stuetemperatur.

Sammenlignet med ubehandlet ståltråd eller ståltråd belagt med et 20 zinkphosphat viste manganphosphatbelægningen sig at give: i) Meget hurtig vædning og diffusion af olie med tilbageholdelse af dobbelt så meget olie, efter at det er drænet.

ii) Bedre modstand overfor gnidning og sammenbrænding, hvilket vises ved prøver på en "Shell 4-kuglemaskine".

25 Denne "Shell 4-kuglemaskine" omfatter en kompakt enhed med fire identiske kugler, hvoraf tre er klemt fast i en konisk beholder; de er centrerede og ubevægelige. Den fjerde kugle er gjort fast på en motoraksel og drejer med konstant hastighed (1500 omdr./min.). Beholderen er monteret på et understøtningsorgan, som kan overføre prøvebelast-30 ningen, så at de tre faste kugler presses mod den fjerde ved hjælp af belastningen.

Hertz1 belastningskurver kan optegnes, som relaterer middeldiameteren af slidzonen på den fjerde kugle med belastningen. Diameteren af slidsporet stiger jævnt; sammenbrænding (sammensvejsning af kuglerne) 35 optræder ved en given belastning, når temperaturen er tilstrækkelig høj.

Forsøg over friktion og sammenbrænding på "Shell 4-kuglemaskiner" foretages med kugler af diameteren 12,7 mm af lejestål, som er hærdet til en Rockwell C-hårdhed på 62-65.

149783 6

Diameteren af slidsporet i hver af de tre kugler miles såvel i rotations retningen, d.v.s parallel med sporlinierne, og i en herpå vinkelret retning. Den aritmetiske middelværdi af seks målinger giver middel-spordiameteren i millimeter.

Følgende resultater fremkom under anvendelse af manganphosphat-behandfede og ubehandlede kugler med en ren mineralolie som smøremiddel .

Ubehandlede kugler Phosphatbehandlede kg kugler kg

Middel Hertz-belastning 14,76 58,50

Sammensvejsningsbelastning 115 316

Middel Hertz-belastningen er middelværdien af de korrigerede belastninger Pc· hh pc = p4 P = påført belastning (kg) D = spordiameter (mm) |_j

d = spordiameter i mm på grund af statisk belastning P

dH = 0,0873 x 3/YP

Følgende tabel 1 viser resultaterne af forsøg, som er udført på “Shell 4-kuglemaskinen" af varigheden 1 minut under anvendelse af en ren mineralolie, som stammer fra naphthen som smøremiddel. Kugler behandlet med zinkphosphat og manganphosphat samt ubehandlede kugler blev undersøgt.

TABEL 1 7 149783

Middelværdi af spordiameter (mm)

Belastning Ubehandlede Phosphatbehandlede kugler (Kg) kugler

Zink- ; Zink- ; Mangan- . phosphat A '! phosphat B . phosphat 340 - - - · Sammensvejs- ning i løbet ; af 10 sek.

320 - - - 1.28 300 - - · - 1.26 280 - - - ; Sammen- ; svejsning ’•i løbet af ; 10 sek.

260 - - 0.98 : 240 - ; -Sammen- 0.88 1.10 svejsning i i løbet af ; 10 sek.

220 - 0.90 0.80 0.95 200 - -0.80 0.75 1.00 120 . Sammen- - - ; svejsning no 3.25 100 3.08 - - · 0.7

Som det fremgår af tabellen, er den maksimale sammensvejsningsbelastning for manganphoshat meget højere end for zinkphosphater:

Manganphosphat 340 kg

Zinkphosphat A 240 kg

Zinkphosphat B 280 kg

Ubehandlede kugler 120 kg 8 14-9783

Zinkphosphat A er accelereret med chlorat og indeholder nikkel;

Zinkphosphat B er accelereret med nitrat og indeholder nikkel.

I de samme forsøg bemærkede man, at manganphosphat nedsatte friktionskoefficienten fra 0,3 til 0,08.

(iii) Særdeles gode egenskaber med hensyn til modstand mod slitage og hårdhed. Selvom modstanden mod slitage hovedsagelig kan tilskrives den udmærkede binding mellem belægningen og overfladen af stålet, anses dens større hårdhed (sammenlignet med en zinkphosphatbelægning) også for en medvirkende årsag. Ifølge Mohr's skala var hårdheden af manganphosphat-belægningen 5,0 og af zinkphosphat 3,0.

Den hastighed, hvormed en manganphosphat-belægning blev slidt, var uafhængig af belægningens tykkelse, hvorimod slidhastigheden af en zinkphosphatbelægning forøgedes med dennes tykkelse.

(iv) Nedsat træthedsinduktion i forbindelse med gnidningskorrosion. Virkningen af metaltræthed og gnidningskorrosion - specielt ved samtidig forekomst - er et problem, som altid gælder for alle ståltrådsreb, men navnlig for "Locked Coil" reb. Ved forsøg under forhold, som alene skaber metaltræthed, gav et stykke manganphosphatbehandlet stål kun ubetydeligt bedre resultater end ubehandlet stål, men når trætheds-induktionen samtidig var forbundet med gnidningskorrosion, bemærkedes en ret betydelig forbedring af træthedsmodstanden af det med manganphosphat belagte stål i sammenligning med den ubehandlede prøve, som i forbindelse med gnidningskorrosion viste en tydeligt ringere modstand mod træthedsinduktion.

(v) Forbedret korrosionsmodstand. Ved saltdråbeprøven varede en olieforseglet manganphosphatbelægning 2000 timer, hvilket skal sammenlignes med en varighed på 650 timer af en zinkphosphatbelægning behandlet på samme måde.

Udvidelse af dette forsøg til at omfatte en sammenligning med galvanisk afsat zink viste, at når tykkelserne var ens, var manganphosphat-belægning bedst.

Forsøget blev gentaget under påføring af et olieforseglingsmiddel på galvanisk afsat zink og manganphosphat-belægning, og skønt dette gav en forbedret ydelse af zinkbelægningen, lykkedes det ikke at komme på højde med manganphosphat-belægningen.

149783 9

Sammenligninger af korrosionsmodstandsdygtigheden af en mangan-phosphat-belægning forseglet med ''Ρ75-οΠβ" i forhold til varme- og elektrogalvaniserede belægninger er foretaget. Forsøgsbetingelserne var en saltforstøvning pi ASTM B117-64 under anvendelse af en 5% natrium-chloridopløsning ved 35°C og en cyklisk fugtighedstest ifølge BS3900.

Disse resultater er opført i følgende tabeller 2 og 3.

TABEL 2

Saltforstøvning ASTM B117-64 PRØVE Vægt af belægning Tid til dannelse af g/m2 30% rød rust (timer)

Manganphosphat + ^3 539 . forseglingsmiddel

Varmegalvaniseret 550 585

Elektro- 120 116 galvaniseret TABEL 3

Fugtighedsprøve BS3900 ;PRØVE : Vægt af ;Eksponerings- : Bemærkninger • belægning -tid (timer) . : g/m2 : ; .Manganphosphat + pet dannelse af •forseglingsmiddel 33 1400 rød rust som ; ;isolerede plet ter

Varmegalvaniseret - 240 1400 ; Kraftig hvid • korrosion med .'isolerede pletter af rød rust

Elektrogalvani- .Komplet ned- seret 120 158 brydning af be lægning med kraftig dannelse af rød rust 149783 10

Det er således blevet påvist, at belægning af trukket ståltråd til tovværk med et olieforseglet manganphosphatlag inden det slås til kordel eller reb gør det muligt at tilbageholde en større mængde smøremiddel 5 i kordellen eller rebet. Dette, i forbindelse med manganphosphats bedre egenskaber i forhold til det hidtil kendte, er resulteret i en væsentligt forbedret funktion af rebet.

De belagte enkelttråde kan ud over anvendelsen til ståltrådskordel eller -reb også anvendes som børstetråd, armeringstråd og musiktråd.