EP1120477A2 - Verfahren zur Erzeugung einer Zinnschicht auf der inneren Oberfläche von Hohlbauteilen aus Kupferlegierungen - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung einer Zinnschicht auf der inneren Oberfläche von Hohlbauteilen aus Kupferlegierungen Download PDF

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    • C23C18/31—Coating with metals

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a copper solubility in Water-delimiting tin layer on the inner surface of hollow components such as Pipes, pipe connectors or fittings, made of a copper alloy, in particular made of gunmetal or brass.
  • Installation components made of copper or copper alloys have been chosen for Tried and tested drinking water supply systems in domestic installations. At a limit value of the copper ion release of 2 mg / l to be observed at twelve hours Stagnation of water is sought, generally direct contact between copper and water to be avoided by an inner coating. For Ensuring water quality suitable for human consumption According to the Drinking Water Ordinance, tinned internally are preferred Installation components used.
  • a common method of tinning the inside of copper pipes is the chemical deposition of tin on the inside surface of the copper pipes, as described, for example, in US Pat. No. 2,282,511.
  • the copper pipe is flushed with a chemical tinning solution.
  • Tin is then deposited by simple chemical metal displacement (ion exchange). Copper ions dissolve from the base metal and at the same time an equivalent amount of tin ions is deposited from the tinning solution. This is done under the influence of the potential between the - consists tinning solution and the copper. An external voltage or an electrical current is not required.
  • Chemical tinning is characterized by its simple working method comparatively low cost of equipment. Also Can tin on the inside of hollow parts that are difficult to access be deposited.
  • a disadvantage is the fact that the exchange of tin ions for Copper ions depending on the existing potential difference between the Tinning solution and the copper component expires.
  • the deposition rate is increasing therefore depending on the applied layer thickness or Potential difference. This results in materials with inhomogeneous Surfaces to a disturbed layer structure. The reaction comes to a standstill, as soon as the base metal is completely covered by the coating.
  • the invention is based on the object Process for internal tinning of hollow components made of copper alloys containing lead to show which larger tin layer thicknesses with improved adhesion enables.
  • the essence of the invention is the measure that takes place on the inner surface lead and prevents the ion exchange of tin and copper ions corrosive by treatment with an aqueous acid-based reducing solution to remove or to achieve almost lead-free surfaces before these in one subsequent treatment step can be tinned chemically in the usual way.
  • the method according to the invention is particularly suitable for internal tinning of installation components made of gunmetal or brass.
  • the lead on the surface to be tinned which is mixed with usual
  • the degreasing process, which cannot be eliminated, is targeted by the Treatment removed before tinning.
  • chloride and sulfate-free non-oxidizing hydrogen acids as Reduction solution for use, as provided for in claim 2.
  • the tin layer thicknesses achievable in the subsequent tinning process are well over 1 ⁇ m.
  • the adhesion of the tin layer to the base material is also significantly improved.
  • the permeability to lead of the tin layer is also clear decreased.
  • the method according to the invention can be carried out in automated production processes perform economically.
  • the hollow components are made as usual First degrease the inside with an alkaline or an acidic cleaning agent. After the degreasing process, the hollow components are rinsed with water. Here If necessary, a further pretreatment of the inner surface can occur Connect pickling. After pickling, it is optionally rinsed with fully desalinated Water.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer inneren Zinnschicht an der Oberfläche von aus Rotguß oder Messing bestehenden Installationsbauteilen für die Trinkwasserversorgung. Erfindungsgemäß wird zunächst der Bleigehalt an der inneren Oberfläche der Hohlbauteile durch Behandlung mit einer wässrigen Reduktionslösung auf Säurebasis verringert. Hierbei kommen chlorid- und sulfatfreie nicht oxidierende Wasserstoffsäuren zur Anwendung. Anschließend werden die Hohlbauteile chemisch innenverzinnt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer die Kupferlöslichkeit in Wasser begrenzenden Zinnschicht an der inneren Oberfläche von Hohlbauteilen wie Rohren, Rohrverbindern oder Armaturen, aus einer Kupferlegierung, insbesondere aus Rotguß oder Messing.
Installationsbauteile aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen haben sich für die Trinkwasserversorgungsanlagen in der Hausinstallation bewährt. Bei einem einzuhaltenden Grenzwert der Kupferionenabgabe von 2 mg/l bei zwölfstündiger Stagnation des Wassers ist man bestrebt, generell den unmittelbaren Kontakt zwischen Kupfer und Wasser durch eine Innenbeschichtung zu vermeiden. Zur Gewährleistung einer für den menschlichen Verbrauch geeigneten Wasserqualität gemäß der Trinkwasserverordnung werden dabei bevorzugt innenverzinnte Installationsbauteile eingesetzt.
Ein gebräuchliches Verfahren der Innenverzinnung von Kupferrohren ist die chemische Abscheidung von Zinn auf der Innenoberfläche der Kupferrohre, wie dies beispielsweise in der US-A-2,282,511 beschrieben ist. Hierzu wird das Kupferrohr mit einer chemischen Verzinnungslösung durchspült. Die Abscheidung von Zinn erfolgt dann durch eine einfache chemische Metallverdrängung (lonenaustausch). Es lösen sich Kupferionen aus dem Grundmetall und gleichzeitig wird eine äquivalente Menge Zinnionen aus der Verzinnungslösung abgeschieden. Dies geschieht unter dem Einfluß des Potentials, das zwischen der- Verzinnungslösung und dem Kupfer besteht. Eine äußere Spannung oder ein elektrischer Strom ist nicht erforderlich.
Die chemische Verzinnung zeichnet sich durch ihre einfache Arbeitsweise bei vergleichsweise geringem Kostenaufwand für die apparative Einrichtung aus. Auch kann Zinn an der Innenseite von nur schwer zugänglichen Hohlbauteilen abgeschieden werden.
Nachteilig ist jedoch die Tatsache, daß der Austausch von Zinnionen gegen Kupferionen in Abhängigkeit von der vorhandenen Potentialdifferenz zwischen der Verzinnungslösung und dem Kupferbauteil abläuft. Die Abscheidungsrate nimmt daher in Abhängigkeit von der aufgebrachten Schichtdicke bzw. der Potentialdifferenz ab. Hierdurch kommt es bei Materialien mit inhomogenen Oberflächen zu einem gestörten Schichtaufbau. Die Reaktion kommt zum Stillstand, sobald das Grundmetall vollständig durch den Überzug bedeckt ist.
In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß bei bleihaltigen Kupferlegierungen, insbesondere Rotguß oder Messing, der Verzinnungserfolg durch das an der zu verzinnenden Oberfläche befindliche Blei nachteilig beeinflußt wird. Das auf der Oberfläche befindliche und gegenüber der Legierungskonzentration in der Regel deutlich höher konzentrierte Blei mit einem Anteil von bis zu 30 % behindert den lonenaustausch von Zinn- und Kupferionen. Hierdurch leidet die Haftung der Zinnschicht an der Oberfläche der zu verzinnenden Hohlbauteile. Auch lassen sich meist nur Dicken der Zinnschicht erreichen, die unter 1µm liegen. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die Bleimigration aus dem Basismaterial in das Trinkwasser durch die Zinnschicht praktisch nicht verringert wird.
Grundsätzlich ist es bekannt, bei Installationsbauteilen für Trinkwasserversorgungsanlagen aus Legierungen auf der Basis von verbleitem Kupfer die Bleiabgabe durch Behandlung der Bauteile mit einer wässrigen Reduktionslösung auf Säurebasis zu reduzieren. Derartige Vorschläge gehen aus der EP 0 683 245 B1 oder der WO 97/06313 hervor.
Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Innenverzinnung von Hohlbauteilen aus bleihaltigen Kupferlegierungen aufzuzeigen, welches größere Zinnschichtdicken mit verbesserter Haftung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, das auf der inneren Oberfläche befindliche und den lonenaustausch von Zinn- und Kupferionen behindernde Blei durch eine Behandlung mit einer wässrigen Reduktionslösung auf Säurebasis ätzend zu entfernen bzw. nahezu bleifreie Oberflächen zu erzielen, bevor diese in einem nachfolgenden Behandlungsschritt in der üblichen Weise chemisch verzinnt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut für die Innenverzinnung von Installationsbauteilen aus Rotguß oder Messing.
Das auf der zu verzinnenden Oberfläche befindliche Blei, welches mit üblichen Entfettungsverfahren, nicht beseitigt werden kann, wird durch die gezielte Behandlung vor der Verzinnung entfernt. In diesem Zusammenhang kommen insbesondere chlorid- und sulfatfreie nicht oxidierende Wasserstoffsäuren als Reduktionslösung zur Anwendung, wie dies Anspruch 2 vorsieht.
Die im nachfolgenden Verzinnungsprozeß erzielbaren Zinnschichtdicken liegen deutlich über 1 µm. Auch die Haftung der Zinnschicht mit dem Basismaterial ist erheblich verbessert. Ferner ist auch die Bleidurchlässigkeit der Zinnschicht deutlich verringert.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in prozeßautomatisierten Fertigungsvorgängen wirtschaftlich durchführen. Die Hohlbauteile werden wie üblich zunächst mit einem alkalischen oder einem sauren Reinigungsmittel innen entfettet. Nach dem Entfettungsvorgang werden die Hohlbauteile mit Wasser gespült. Hieran kann sich gegebenenfalls eine weitere Vorbehandlung der inneren Oberfläche durch Beizen anschließen. Optional wird nach dem Beizen gespült mit vollentsalztem Wasser.
In einem gesonderten Spülvorgang mit einer chlorid- und sulfatfreien nicht oxidierenden Wasserstoffsäure erfolgt dann die Bleielimination an der inneren Oberfläche. Im Anschluß daran erfolgt ein nochmaliger Spülvorgang, bevor die Hohlbauteile mit einer Verzinnungslösung durchspült werden. Nach dem Verzinnungsvorgang wird das Kupferrohr kalt oder heiß gespült und getrocknet.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer die Kupferlöslichkeit in Wasser begrenzenden Zinnschicht an der inneren Oberfläche von Hohlbauteilen, wie Rohren, Rohrverbindern oder Armaturen, aus einer Kupferlegierung, insbesondere aus Rotguß oder Messing, bei welchem zunächst der Bleigehalt an der inneren Oberfläche der Hohlbauteile durch Behandlung mit einer wässrigen Reduktionslösung auf Säurebasis verringert wird, wobei als Reduktionslösung eine Wasserstoffsäure verwendet wird und anschließend die Hohlbauteile chemisch verzinnt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine chlorid- und sulfatfreie nicht oxidierende Wasserstoffsäure als Reduktionslösung zur Anwendung gelangt.
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