EP0508000A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von metallischem Material - Google Patents

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EP0508000A1
EP0508000A1 EP91250093A EP91250093A EP0508000A1 EP 0508000 A1 EP0508000 A1 EP 0508000A1 EP 91250093 A EP91250093 A EP 91250093A EP 91250093 A EP91250093 A EP 91250093A EP 0508000 A1 EP0508000 A1 EP 0508000A1
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Bernhard Kurze
Ralph Krause
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Definitions

  • the invention relates to the field of metallurgy.
  • the application of the invention is possible and expedient in the conductive heating of strand-like metallic material for the purpose of surface treatment of the material, e.g. B. the coating with a lubricant, lubricant carrier or with a protective coating against corrosion, and z. B. a subsequent forming.
  • the method is particularly suitable for applying corrosion protection layers, lubricant carriers and / or solid lubricants from a dispersion or solution to the metallic material, for example to wires, rods, rods or pipes which are to be provided with such a coating.
  • the aim of the invention is to provide strand-like metallic material with thin solid layers in an economically advantageous manner in the course of a surface treatment, in order thereby to produce a lubricant layer or a protective coating against corrosion and at the same time to prevent thermal damage to the material surface during conductive heating.
  • the invention has for its object to design a method for surface treatment by the thermal deposition of thin layers of solid on strand-like material so that thermal damage to the material surface, z. B. due to local overheating or sparking martensite formation, excluded and the wear of current-transmitting system parts is significantly reduced.
  • This object is achieved in that the contact points between the material to be conductively heated and the parts of the system to be supplied with current are produced by an electrolytic liquid which contains dissolved or dispersed solids. are wetted, and that the separable substances present in the wetting liquid are deposited on the material surface as a thin solid layer by a drying process immediately after leaving the contact point on the outlet side.
  • the contact points can be wetted by dropping, spraying, rinsing or flooding with the liquid or by immersing them in the liquid and / or by conveying the liquid into the contact zone using material previously wetted therewith.
  • aqueous solutions of salts such as sodium tetraborate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, iron phosphate, zinc phosphate, zinc sulfate, copper sulfate, sodium oxalate or of other electrolytes or electrolyte mixtures with or without the addition of wetting agents or dispersing agents, such as polyvinyl alcohol or polyethylene oxide adducts, as the wetting liquid.
  • wetting agents or dispersing agents such as polyvinyl alcohol or polyethylene oxide adducts
  • Water with a natural hardness content can also be used as the wetting liquid.
  • the layer thickness of the substances deposited on the surface of the metallic material passing through can be regulated by the concentration of the substances in the wetting liquid and / or by the electrical power supplied to the contact points and / or by the material temperature on the outlet side.
  • Steel wire of quality D73 with a diameter of 5.5 mm is conductively heated at a speed of 1.18 m / s and an electrical output of 12 kW.
  • the power supply rollers are sprayed with an aqueous solution which contains 12% by mass of sodium tetraborate and 0.32% by mass of polyvinyl alcohol.
  • a closed, uniform solid layer of jewelery borax with a layer mass of 4 ... 5 g.m ⁇ 2 is deposited on the wire surface.
  • the wire can now either be formed in the conventional way or previously coated with a lubricant dispersion.
  • this wire were heated continuously in the usual way with an electrical output of 10 ... 15 kW, it would occur at the contact points between the power supply system parts (power supply rollers) and the wire to be heated due to high contact resistance for sparking or arcing.
  • the wire surface is locally heated to such an extent that, during the subsequent cooling, martensitic structures are formed which, because of their hardness, severely hinder subsequent forming and thus lead to a reduction in quality or even rejection of the material.

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Abstract

Das Verfahren bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie und ist anwendbar bei der konduktiven Erwärmung von strangförmigem metallischem Material zum Zweck einer Oberflächenbehandlung, z.B. zum Beschichten mit einem Schmiermittel. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die üblicherweise bei der konduktiven Erwärmung infolge Funkenbildung bzw. lokaler Überhitzung eintretende thermische Schädigung der Materialoberfläche zu vermeiden und den Verschleiß stromtragender Anlagenteile deutlich zu senken. Hierzu werden die Kontaktstellen zwischen dem konduktiv zu erwärmenden Material und den stromzuführenden Anlagenteilen durch eine elektrolytische Flüssigkeit benetzt, die gelöste oder dispergierte Feststoffe enthält. Die in der Flüssigkeit vorliegenden abscheidbaren Substanzen werden durch Trocknung unmittelbar nach Verlassen der Kontaktstelle als dünne Feststoffschicht auf der Materialoberfläche abgeschieden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie. Die Anwendung der Erfindung ist möglich und zweckmäßig bei der konduktiven Erwärmung von strangförmigem metallischem Material zum Zweck einer Oberflächenbehandlung des Materials, z. B. des Beschichtens mit einem Schmiermittel, Schmiermittelträger oder mit einem vor Korrosion schützenden Überzug, und z. B. einer nachfolgenden Umformung.
  • Das Verfahren eignet sich besonders zum Aufbringen von Korrosionsschutzschichten, Schmiermittelträgern und/oder Festschmierstoffen aus einer Dispersion oder Lösung auf das metallische Material, beispielsweise auf Drähte, Stangen, Stäbe oder Rohre, die mit einem derartigen Überzug versehen werden sollen.
  • Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen metallisches Material im Durchlauf konduktiv über den gesamten Querschnitt bzw. über das gesamte Volumen auf eine Temperatur erwärmt wird, die mindestens 10 K über der Temperatur des anschließend aufzubringenden Beschichtungsmittels und die um höchstens 200 K über dessen Siedetemperatur liegt. Findet eine derartige konduktive Erwärmung mit trockenen Kontaktstellen zwischen stromzuführenden Teilen und dem zu erwärmenden Material statt, kommt es dort in der Regel zu einer unkontrollierten Funkenbildung. Dadurch wird die Qualität des zu erwärmenden Materials beeinträchtigt. Speziell bei Material mit höherem Kohlenstoffgehalt kommt es an den funkengeschädigten Oberflächenbereichen zur Ausbildung von Martensit, der eine nachfolgende Umformung sehr erschwert bzw. unmöglich macht. Ferner tritt ein hoher Verschleiß der Kontaktelemente (Rollen- oder Schleifkontakte) auf.
  • Das Ziel der Erfindung besteht darin, strangförmiges metallisches Material im Zuge einer Oberflächenbehandlung auf ökonomisch vorteilhafte Weise mit dünnen Feststoffschichten zu versehen, um dadurch eine Schmiermittelschicht oder einen vor Korrosion schützenden Überzug zu erzeugen und gleichzeitig eine thermische Schädigung der Materialoberfläche bei konduktiver Erwärmung zu unterbinden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung durch die thermische Abscheidung von dünnen Feststoffschichten auf strangförmigem Material so zu gestalten, daß bei der konduktiven Erwärmung des durchlaufenden Materials eine thermische Schädigung der Materialoberfläche, z. B. durch lokale Überhitzung bzw. Funkenbildung bedingte Martensitbildung, ausgeschlossen und der Verschleiß stromübertragender Anlagenteile deutlich gesenkt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktstellen zwischen dem konduktiv zu erwärmenden Material und den stromzuführenden Anlagenteilen durch eine elektrolytische Flüssigkeit, die gelöste oder dispergierte Feststoffe enthält, benetzt werden, und daß die in der benetzenden Flüssigkeit vorliegenden abscheidbaren Substanzen durch einen Trockenprozeß unmittelbar nach Verlassen der ausgangsseitigen Kontaktstelle als dünne Feststoffschicht auf der Materialoberfläche abgeschieden werden.
  • Die Benetzung der Kontaktstellen kann dabei durch Betropfen, Besprühen, Umspülen oder Fluten mit der Flüssigkeit oder durch Eintauchen in die Flüssigkeit und/oder durch Hineinfördern der Flüssigkeit in die Kontaktzone durch vorher damit benetztes Material erfolgen.
  • Es ist zweckmäßig, als benetzende Flüssigkeit wäßrige Lösungen von Salzen wie Natriumtetraborat, Natriumphosphate, Natriumhydrogenphosphate, Eisenphosphat, Zinkphosphat, Zinksulfat, Kupfersulfat, Natriumoxalat oder von anderen Elektrolyten oder Elektrolytgemischen mit oder ohne Zusatz von Netzmitteln oder Dispergatoren, wie Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxidaddukte, zu verwenden. Als benetzende Flüssigkeit kann auch Wasser mit einem natürlichen Gehalt an Härtebildnern (Trinkwasser oder Brauchwasser) verwendet werden.
  • Nach weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Schichtdicke der auf der Oberfläche des durchlaufenden metallischen Materials abgeschiedenen Substanzen durch die Konzentration der Substanzen in der benetzenden Flüssigkeit und/oder durch die den Kontaktstellen zugeführte elektrische Leistung und/oder durch die ausgangsseitige Materialtemperatur geregelt werden.
    • Das nun folgende Beispiel erläutert die Erfindung. Beispiel
  • Stahldraht der Qualität D73 mit einem Durchmesser von 5.5 mm wird mit einer Geschwindigkeit von 1.18 m/s und einer elektrischen Leistung von 12 kW im Durchlauf konduktiv erwärmt. Dabei werden die Stromzuführungsrollen mit einer wäßrigen Lösung, die 12 Masse-% Natriumtetraborat und 0.32 Masse-% Polyvinylalkohol enthält, besprüht. Damit wird auf der Drahtoberfläche eine geschlossene, gleichmäßige Feststoffschicht Juwelierborax mit einer Schichtmasse von 4...5 g.m⁻² abgeschieden. Der Draht kann nun entweder nach herkömmlicher Art umgeformt oder vorher noch mit einer Schmiermitteldispersion beschichtet werden.
  • Würde dieser Draht in bisher üblicher Weise mit einer elektrischen Leistung von 10...15 kW im Durchlauf kontinuierlich erwärmt, so käme es an den Kontaktstellen zwischen den stromzuführenden Anlagenteilen (Stromzuführungsrollen) und dem zu erwärmenden Draht aufgrund hoher Übergangswiderstände zur Funken- oder Lichtbogenbildung. Dabei wird die Drahtoberfläche lokal so stark erhitzt, daß sich bei der nachfolgenden Abkühlung martensitische Strukturen ausbilden, die wegen ihrer Härte eine nachfolgende Umformung stark behindern und somit zu einer Qualitätsminderung oder sogar zum Ausschuß des Materials führen.
  • Durch die Anwendung der Erfindung werden derartig hohe Übergangswiderstände ausgeschlossen und eine gleichbleibende Materialqualität gesichert.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung durch eine thermische Abscheidung von in wäßrigen Lösungen oder Dispersionen vorliegenden Substanzen in Form dünner Feststoffschichten auf konduktiv erwärmtem, strangförmigem, metallischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen zwischen dem konduktiv zu erwärmenden Material und den stromzuführenden Anlagenteilen durch eine elektrolytische Flüssigkeit, die gelöste oder dispergierte Feststoffe enthält, benetzt werden, und daß die in der benetzenden Flüssigkeit vorliegenden abscheidbaren Substanzen durch einen Trockenprozeß unmittelbar nach Verlassen der ausgangsseitigen Kontaktstelle als dünne Feststoffschicht auf der Materialoberfläche abgeschieden werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Benetzung der Kontaktstellen durch Betropfen, Besprühen, Umspülen oder Fluten mit der Flüssigkeit oder durch Eintauchen in die Flüssikgeit und/oder durch Hineinfördern der Flüssigkeit in die Kontaktzone durch vorher damit benetztes Material erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als benetzende Flüssigkeit wäßrige Lösungen von Salzen wie Natriumtetraborat, Natriumphosphate, Natriumhydrogenphosphate, Eisenphosphat, Zinkphosphat, Zinksulfat, Kupfersulfat, Natriumoxalat oder von anderen Elektrolyten oder von Elektrolytgemischen mit oder ohne Zusatz von Netzmitteln oder Dispergatoren, wie Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxidaddukte, verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der auf der Oberfläche des durchlaufenden metallischen Materials thermisch abgeschiedenen Substanzen durch die Konzentration der Substanzen in der benetzenden Flüssigkeit und/oder durch die den Kontaktstellen zugeführte elektrische Leistung und/oder durch die ausgangsseitige Materialtemperatur geregelt wird.
EP91250093A 1991-04-09 1991-04-09 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von metallischem Material Withdrawn EP0508000A1 (de)

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EP0158474A2 (de) * 1984-04-10 1985-10-16 Allegheny Ludlum Steel Corporation Verfahren und Vorrichtung zum Beizen von Metallband

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