NL8000506A

NL8000506A - Corrosiebestendige galvanische bedekking.

Info

Publication number: NL8000506A
Application number: NL8000506A
Authority: NL
Original assignee: Smith Corp A O
Priority date: 1979-01-26
Filing date: 1980-01-26
Publication date: 1980-07-29
Also published as: FR2447394A1; GB2042575B; US4209555A; GB2042575A; JPS55108474A; DE3000731A1

Description

80305 vA/imn .

x

Korte aanduiding : Corrosie bestendige galvanische bedek king.

De uitvinding heeft betrekking op een beschermende bedekkingssamenstelling die bestemd is voor aanbrenging op een metaal substraat voor het kathodisch beschermen van het substraat.

5 Het is algemeen bekend, dat ferrometalen kathodisch tegen corrosie kunnen worden beschermd door in eën elektrische schakeling te worden geplaatst met metalen die zich in de spanningsgradiëntreeks boven ijzer bevinden, zoals magnesium, zink en aluminium. Wanneer zich twee verschillende 10 metalen in een corrosieve omgeving bevinden, zal het metaal oxyderen dat het hoogste is in de reeks van spannings-gradiënten.

Voor het verschaffen van dit soort van kathodische bescherming heeft men in het verleden pogingen gedaan voor 15 het ontwikkelen van bedekkingen voor ferrometalen, welke bedekkingen metaalpoeder bevatten, zoals zink.of aluminium.

Een probleem bestaat uit het ontwikkelen van een geschikt medium of bindmiddel waarin het metaalpoeder kan worden opgenomen. De bedekking moet hard en slijtbestendig zijn, 20 en tegelijkertijd aan het metaaloppervlak vasthechten teneinde een permanente beschermende dunne laag of foelie te vormen die niet door vlokvorming loslaat of haarscheurtjes gaat vertonen. In het verleden heeft men verschillende soorten van galvanische bedekkingen voorgesteld, waarin metaal-25 poeder, zoals zink, is opgenomen tezamen met een bindmiddel, zoals een alkylsilicaat, en in het bijzonder ethylsilicaat.

Deze bekende bedekkingen hebben echter uiterst povere resultaten opgeleverd met betrekking tot corrosiebescherming 800 0 5 06 7 ’ - - 2 - in een omgeving van warm water bij temperaturen van omstreeks 82°C tot 100°C, zoals optreden in een huislioudelijke verwar-mingsinrichting voor warm water. Bij deze hoge temperaturen treedt niet alleen oxidatie op van de zinkdeeltjes welke 5 carbonaten vormen, maar de zinkdeeltjes zullen de neiging vertonen tot polariseren en het verliezen van hun galvanische eigenschappen.

De uitvinding betreft een bedekking voor metaaloppervlakken die zijn blootgesteld aan een corrosief medium, 10 zoals warm water, en is samengesteld uit zinkstof, aluminium-poeder, natriumaluminiumsilicaat, ijzeroxide, of titaandioxide erts, en een thixotropische stof, zoals klei. Het poede!rmengsel wordt daarna gemengd met een alcoholische oplossing van gedeeltelijke gehyd·*'’ o liseerd ethylsilicaat voor 15 het vormen van een brij. Daarna wordt de brij door spuiten of op andere wijze aangebracht op een metaalsubstraat, dat bij voorkeur is voorbereid door stralen met grit of zand.

Een bedekking met een dikte van 0,0508 mm - 0,25^· mm kan in één enkele laag worden aangebracht en worden gedroogd.

20 Het drogen kan worden versneld door het gebruik van enigszins verhoogde temperaturen tot aan 121°C.

Het drogen dient voor het verdampen van het alcohol-medium en het daarna blootstellen aan het omgevende vocht zal werkzaam zijn voor het volledig hydro- liseren van het 25 ethylsilicaat bindmiddel voor het vormen van een harde, stevig aanhechtende bedekking.

De uitvinding betreft een verbeterde, corrosie bestendige, galvanische bedekking voor een metaalsubstraat, welke in het bijzonder bestemd is voor gebruik als een in-30 wendige bedekking voor water verwarmingsinrichtingen, waarin water wordt bewaard bij temperaturen vanaf 82°C tot 100°C.

De te beschermen metaalsubstraat zal normaal bestaat uit koolstofstaal, hoewel de bedekking kan worden gebruikt voor het beschermen van andere metalen die aan een corrosieve 35 atmosfeer zijn blootgesteld.

Over het algemeen omvat de bedekking een mengsel van poedervormige of fijn verdeelde materialen, die zijn vermengd met een vloeistof, gedeeltelijk gehydro-üseerd ethylsilicaat, voor het vormen van een brij die op het te bescher- 800 0 5 06

Y

-3-.

men metaaloppervlak wordt aangebracht. Het mengsel van de fijnverdeelde materialen is samengesteld uit· zinkstof, alu-miniumpoeder met hoge zuiverheid, natriumaluminiumsilicaat en ijzeroxide of titaandioxide erts. Kleisoorten, zoals 5 bentoniet of droog colloïdaal siliciumdioxide kunnen worden toegevoegd voor de stromingsregeling en/of de thixotropie.

Alle droge bestanddelen worden gekozen op basis van hun geschiktheid~voor gebruik in drinkwaterstelsels. Variaties van de zuiverheid van het zinkstof, het aluminiumpoeder 10 met hoge zuiverheid, ijzeroxide, of titaniumdioxide erts en siliciumdioxide veranderen de aanvaardbaarheid voor drinkwaterstelsels voor het gebruik van de bedekking in warm water verwarmingsinrichtingen onder de Environmental Protection Agency Dinking Water regulations 4θ CFR l4l, 15 40 FR 59565j van 24 december 1975, gewijzigd door PR 28402, van 9 juli 1976.

Het mengsel van fijnverdeelde materialen dat op bevredigende wijze zal werken valt binnen de parameters van de volgende samenstellingen: 20 Zinkstof 50 - 400 gew.dln.

Aluminiumpoeder met hoge zuiverheid 50 - 200 geYÏ.dln.

Natriumaluminiumsilicaat 50 - 150 gew.dln.

Ijzeroxide (rood) 1 - 10 gew.dln.

25 Thixotropisch materiaal 1 - 5 gew.dln.

De bedekking volgens de uitvinding levert uitstekende resultaten in warm water met weinig of geen oxide of carbo-naatvorming terwijl het zink niet na verloop van tijd in de warm water omgeving zal polariseren. Het voorkomen van de 30 polarisatie van het zink gebeurt, naar wordt aangenomen, door het gebruik van het aluminiumpoeder. Het aluminium zal met grotere snelheid oxideren dan het zink, waardoor het als reiniger werkt voor het beschermen van het zink tegen oxidatie.

In de bedekking werkt het natriumaluminiumsilicaat 35 als vulstof voor het verminderen van de noodzakelijke hoeveelheid zink en aluminium.

Er is eveneens gevonden, dat het rode ijzeroxide kan worden vervangen door fijnverdeeld titaniumdioxide erts (TiO^ erts). Wanneer er titaniumdioxide erts wordt gebruikt is een 40 geschikte samenstelling 80 0 0 R Ofi - 4 -

Zinkstof 50 - 4θΟ gew.dln.

Aluminiumpoeder 50"- 400 gew.dln.

Natriumaluminiumsilicaat 50 - 150 gew.dln.

Titaniumdioxide erts (TiO^ erts) 20 - 110 gew.dln.

5 Tliixotropisch, materiaal 1 - 5 gew.dln.

Het TiO^ erts heeft een aanzienlijke hoeveelheid ijzeroxide .en is een uiterst hard materiaal, dat aan het uiteindelijke bedekkingsmateriaal een hardheid geeft die voor bepaalde toepassingen vereist is.

10 Na het mengen van de bovengenoemde fijnverdeelde be standdelen voor het vormen van een poedervormig mengsel worden 2,9 - 4,0 delen van het poeder vermengd met 0,9 - 1,5 delen van een vloeibare, verdampbare, niet waterachtige drager, zoals ethylalcohol, dat gedeeltelijk gehydro-lyseerd 15 ethylsilicaat bevat, voor het vormen van een brij. Vervolgens wordt de verkregen brij door spuiten of op andere wijze aangebracht op de metaalsubstraat die bij voorkeur door stralen met grit of zand is gereinigd of voorbereid. Hoewel afbijten kan worden gebruikt voor het voorbereiden van het 20 metaalsubstraat, wordt de voorkeur gegeven aan grit-of zandstralen voor het verschaffen van een geruwd oppervlak dat de aanhechting van de bedekking zal vergroten. De beste resultaten zijn verkregen door het in één enkele laag aanbrengen van de bedekking met een dikte van 0,0508 - 0,254 mm. De 25 bedekking kan in lucht worden gedroogd, of het drogen kan worden versneld door het gebruik van enigszins verhoogde temperaturen, tot aan ongeveer 121°C. Het drogen doet het oplosmiddel of de drager verdampen en het daarna blootstellen aan het omgevingsvocht zal de hydro- lyse reactie voltooien 30 vorr het verschaffen van de harde, aanhechtende bedekking.

Het ethylsilicaat vormt na het verharden een anorganisch po-lymeerbindmiddel met SiO^ bindingen.

Het ethylsilicaat wordt bij voorkeur gebruikt in de vorm van een alcoholoplossing, welke omstreeks 66$ ethylal-35 cohol bevat, zoals die welke verkrijgbaar is van de Stauffer Chemical ‘Comp. onder het handelsmerk "Silbond H-6" en is omstreeks 70$ tot 90$ gehydrolyseerd.

De volgende voorbeelden illustreren de bereiding en het gebruik van de corrosie bestendige bedekking volgens de 800 0 5 06 - 5 - uitvinding.

Voorbeeld I

De volgende samenstelling werd als volgt bereid:

Zinkstof 200 gew.dln.

5Aluminiumpoeder met hoge zuiverheid 100 gew.dln.

Natriumaluminiumsilicaat 100 gew.dln.

Ijzeroxide (rood) 5 gew.dln.

Bentoniet 5 gew.dln.

10 Deze materialen werden in een trommelmachine in poe- dervorm met elkaar vermengd. Vervolgens werden 3>2 delen van het poeder vermengd in een mengmachine met hoge afschuiving met 1 deel Silbond H-6 ethylsil'icaat, voor het bevochtigen van alle droge materialen. Het mengen werd voortgezet, 15totdat alle droge deeltjes door de gehele bedekkingssamen-stelling waren verdeeld. Deze samenstelling werd daarna gesproeid op een met grit gestraald binnenoppervlak van een koolstof stalen water verwarmingsvatsubstraat bij een viscositeit van 32 - 34 seconden door gebruikmaking van een 20 General Electric Zahn No. 2 kom. De bedekking had ^en dikte die varieerde van 0,1524 - 0,254 mm en werd gedurende 7 dagen bij kamertemperatuur gedroogd, waardoor de alcohol uit de bedekking kon verdampen en er verdere hydrolyse kon optreden als gevolg van het vocht in de lucht. Tijdens het drogen was 25 geen spoor te vinden van het druipen van de bedekking aan de zijwanden van het vat. Vervolgens werd de bedekking beproefd door deze bloot te stellen aan water met een temperatuur van 88°C gedurende een periode van 30 dagen, terwijl er na deze periode geen spoor te vinden was van blaarvorming 30 of roesten.

Voorbeeld II

De volgende samenstelling werd als volgt bereid:

Zinkstof 200 gew.dln.

Aluminiumpoeder met hoge 35 zuiverheid· 100 gew.dln.

Natriumaluminiumsilicaat 100 gew.dln.

Titaandioxide erts 40 gew.dln.

Droog colloidaal siliciumdio- xide 4 gew.dln.

300 0 5 06 a - 6 -

Het titaniumdioxide erts werd eerst in de kogelmolen gemalen. Daarna werden aan de molen toegevoegd het zinkstof, het aluminiumpoeder, het natriumaluminiumsilicaat en het droge colloïdale siliciumdioxide, terwijl vervolgens het gehele mengsel in de kogelmolen werd behandeld tot een in hoofdzaak poedervormige consistentie. Vervolgens werden 3,2 gew.dln. van het poeder gemengd met 1 gew.dl. gedeeltelijk gehydiö- lyseerd ethylsilicaat (Silbond H-6) in een mengmachine met hoge afschuiving voor het bevochtigen van alle droge bestanddelen. De menging werd, zoals in voorbeeld I, voortgezet totdat alle droge delen door de gehele bedekkingssamenstelling waren gedispergeerd. Daarna werd de samenstelling gespoten op een gegritstraald koolstof stalen proefpaneel, bij een viscositeit van 30 - 34 seconden door gebruikmaking van een Zahn No. 2 kom en gedurende 7 dagen gedroogd. De verkregen bedekking had een dikte van omstreeks 0,1524 - 0,254 mm. Daarna werd de bedekking beproefd door deze gedurende 13 maanden op twee respectieve proefpanelen bloot te stellen aan water met een temperatuur van 88 - 100°C. Er was geen spoor te vinden van roest of blaarvorming op een van beide panelen, zelfs hoewel een gat met een diameter van 1,5875 mm door de bedekking tot in het staal van elk paneel werd geboord.

Voorbeeld XII

De volgende samenstelling werd bereid voor het bedekken van staal, zoals zou worden toegepast in freemes voor automobielen. Een dergelijke bedekking moet voldoen aan de proefeisen van SAE J-400.

Zinkstof 200 gew.dln.

Aluminiumpoeder met hoge zuiverheid 100 gew.dln·

Natriumaluminiumsilicaat 100 gew.dln.

Ijzeroxide (rood) 5 gew.dln.

Bentoniet 3 gew.dln.

De materialen werden met elkaar in fijne poedervorm vermengd in een trommelmachine, zoals in Voorbeeld I. Daarna werden 3 tot 4 gew.dln. van het poeder vermengd met één gew.dl. ethylsilicaat (Silbond H-6) voor het bevochtigen van het droge poeder. De menging werd voortgezet totdat alle 80 0 0 5 06 - 7 - \ droge deeltjes door de gehele bedekkingssamenstelling waren gedispergeerd. Gegritstraalde panelen van het staal dat gebruikt wordt voor het maken van automobielfreems werden in de bedekkingsbrij gedompeld voor het verschaffen van een 5 bedekking met een dikte van 0,0254 - 0,1016 mm. De viscositeit van de brij was van 30 - 45 seconden. Warmte tot een temperatuur van 121°C werd aangebracht voor het verdampen van de alcohol in de bedekking en de panelen werden daarna gedurende 4 tot 9 dagen blootgesteld aan lucht voor het vol-10 tooien van het drogen van de bedekking en het volledig hydro- lyseren van de bedekking. Vervolgens werden de panelen beproefd door blootstelling aan een zoute mist gedurende het tijdsverloop dat is voorgeschreven in de General Motors Materials Standards No. 377900 en de SAE specifications 15 J-400. Alle panelen voldeden aan de normen zonder spoor van roest·

Voorbeeld IV

In dit voorbeeld was de samenstelling voor het bedekken van staal voor automobielfreems als volgt: 20 Zinkstof 100 gew.dln.

Aluminiumpoeder met hoge zuiverheid 100 gew.dln.

Natriumaluminiumsilicaat 100 gew.dln.

Titaandioxide erts 40 gew.dln.

25 Droog colloxdaal siliciumdioxide 4 gew.dln.

Het titaandioxide erts werd aanvankelijk in een ko-gelmolen gemalen. Vervolgens werden het zinkstof, het alumi-niumpoeder, het natriumaluminiumsilicaat en de droge collol-dale siliciumdioxide aan de molen toegevoegd en het gehele 30 mengsel werd in de kogelmolen gemalen tot een in hoofdzaak poederachtige consistentie. De daarna gevolgde procedure was gelijk aan die vermeld in Voorbeeld III en na de daarin beschreven blootstelling voldeden de panelen aan alle normen en SAE specificaties zonder spoor van roest sterker dan de 35 voorgeschreven mate.

De uitvinding is niet beperkt tot de weergegeven en beschreven uitvoeringsvorm maar strekt zich uit tot alle varianten daarvan.

80 0 0 5 06

Claims

1, Beschermende bedekkingssamenstelling bestemd voor aanbrenging op een metaalsubstraat voor het kathodisch beschermen van het substraat, gekenmerkt doordat de samenstelling in hoofdzaak omvat 5 (a) een droog fijnverdeeld mengsel van 50 tot 4θΟ gew.dln. zinkstof, 50 tot 200 gew.dln, aluminiumpoeder met hoge zuiverheid, 50 tot 150 gew.dln. natriumaluminiumsilicaat, 1 tot 5 gew.dln. van een thixotropisch materiaal, en een materiaal gekozen uit de groep bestaande uit 1 tot 10 gew.dln. ijzer-10 oxide en 10 en 110 gew.dln. titaandioxide, en (b) een vloeibaar, verdampbaar, niet waterachtig draagme-dium, dat gedeeltelijk gehydr o-.lyseerd ethylsilicaat bevat, welk ethylsilicaat 7° tot 90$ gehydro-lyseerd is, welke bedekkingssamenstelling na zijn aanbrenging op het 15 metaalsubstraat wordt gedroogd voor het verdampen van het draagmedium en vervolgens wordt blootgesteld aan vocht welke werkzaam is voor het in hoofdzaak volledig hydro-.lyse-ren van het' ethylsilicaat voor het op de substraat vormen van een harde, aanhechtende bedekking.

2. Samenstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze samenstelling 2,9 tot 4,0 gew.dln. bevat van het mengsel (a) tegen 0,9 tot 1,5 gew.dln. van het mengsel (b).

3. Samenstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het draagmedium ethylalcohol is en het ethylsilicaat in 25 deze alcohol is opgelost voor het vormen van een oplossing.

4. Samenstelling volgens conclusie 3» met het kenmerk, dat de oplossing omstreeks 66 gew.$ van de alcohol bevat.

5· Samenstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het zink omvat 100 gew.dln. het natriumaluminiumsili-30 caat omvat 100 gew.dln., waarbij het materiaal 5 gew.dln. ijzeroxide omvat en het thixotropisch materiaal 1-5 gew.dln. bentoniet omvat.

6. Beschermende bedekking bestemd voor aanbrenging op een ijzerhoudende substraat voor het kathodisch bescher-35 men van de substraat, gekenmerkt doordat de samenstelling in hoofdzaak omvat (a) een droog, fijnverdeeld mengsel van 50 tot 400 gew.dln. zinkstof, 50 tot 200 gew.dln. aluminiumpoeder met hoge zui- 800 0 5 06 - 9 - v verheid, 50 tot 150 gew.dln. natriumaluminiumsilicaat, 1 tot 5 gew.dln. van een thixotropisch materiaal, en een materiaal gekozen uit de groep bestaande uit 1 tot 10 gew.dln. ijzeroxide en 20 en 110 gew.dln. titaandioxide, en 5(¾) een ethylalcohol oplossing waarin gedeeltelijk gehydro-lyseerd ethylsilicaat is opgelost, welk ethylsilicaat aanwezig is in een gewichtsverhouding van 0,9 tot 1,5 delen ethylsilicaat tegen 2,9 tot 4,0 delen van het mengsel (a).

7. Samenstelling volgens conclusie 6, met het kenmerk, 10 dat het ethylsilicaat 70# tot 90# gehydro-lyseerd is.

8. Werkwijze voor het kathodisch'beschermen van een metaalsubstraat tegen corrosie, gekenmerkt door de trappen van het bereiden van een fijnverdeeld mengsel, dat in hoofdzaak bestaat uit 50 tot 400 gew.dln. zinkstof, 50 ^5 tot 200 gew.dln. aluminiumpoeder met hoge zuiverheid, 50 tot 150 gew.dln. natriumaluminiumsilicaat, 1 tot 5 gew.dln. van een thixotropisch materiaal, en een materiaal gekozen uit de groep omvattende 1 tot 10 gew.dln. ijzeroxide en 20 en 110 gew.dln. titaandioxide voor het vormen van een mengsel; het bij het mengsel bijmengen van een vloeibaar, verdampbaar, niet waterachtig draagmiddel dat gedeeltelijk gehydro-lyseerd ethylsilicaat bevat voor het vormen van een brij, welk ethylsilicaat 70 tot 90# gehydraulyseerd is, het op het oppervlak van een metaalsubstraat als een bedek-king aanbrengen van de brij, het drogen van de bedekking voor het verdampen van het draagmiddel, en het in hoofdzaak volledig hydr lyseren van het ethylsilicaat voor het verschaffen van een harde, aanhechtende bedekking,

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk. 30 dat het draagmiddel ethylalcohol is en het ethylsilicaat in de alcohol is opgelost.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat voorafgaande aan het aanbrengen van de brij op het oppervlak van de substraat dit oppervlak wordt gestraald 35 met een deeltjesvormig materiaal voor het ruwen van het oppervlak,

11. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de brij op het oppervlak wordt gesproeid.

12. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk. 40 dat de bedekking een dikte heeft van 0,0508-0,254 mnn 800 0 5 06