NO140387B - Langstrakt organ bestemt for anbringelse over underjordiske roerledninger for markering av disse - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av et korrosjonsfast aluminiumovertrekk på en jernoverflate.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fremstilling av korrosjonsfaste aluminiumovertrukne jernover-flater og nærmere bestemt en forbedret fremgangsmåte ved tilveiebringelse av jernlegemer eller gjenstander som i det minste for en vesentlig del består av jern med aluminiumoveretrekk for begrensning av korrosjonen av dette.

Det har tidligere vært foreslått å for-syne overflater av jern og stållegemer med et overtrekk av aluminium som er forsøk på å avverge korrosjon. Aluminium over-trekket påføres vanligvis ved å dyppe lege-met i et smeltet metall eller ved sprøyting av aluminium på overflaten. Det har imidlertid vist seg å være vanskelig å tilveiebringe overtrekk av denne art som straks er termisk stabile, som fester godt og som er virksomme som korrosjonsfaste beskyttende lag. Noen av disse kjente fremgangsmåter omfatter oppvarming av meget tynne aluminiumslag på 2,5—7,5 micron tykkelse til temperaturer over aluminiumets smeltepunkt gjennom en tidsperiode som er tilstrekkelig til å bevirke en i det vesentlige fullstendig legering mellom aluminiumovertrekket og det jernholdige un-derlag. Denne behandling ble fortrinnsvis utført i fravær av luft eller oxyderende media. Andre fremgangsmåter omfatter oppvarming av aluminiumlag på omkring 0,2 mm tykkelse fremstilt ved varmesprøy-ting eller dypping til temperaturer på 800

—850° C i 10—20 minutter; i dette tilfelle

blir også aluminiumovertrekket i det vesentlige fullstendig legert med jernunderlaget. Ennskjønt produktet av disse fremgangsmåter viste en ganske god korrosjonsfasthet ved høye temperaturer over 300° C i tørre atmosfærer, var de ikke tilstrekkelig motstands-dyktige mot korrosjon i fuktige atmosfærer, særlig ved temperaturer under 100° C, og de tykkere overtrekk fremstilt ved sist-nevnte fremgangsmåte var ikke bestandige mot vanlige bøyepåkjenninger, de var sprø og sprakk lett og var ikke istand til å tåle store eller hurtige temperatursvingninger. Det har også vært foreslått å fremstille et meget tynt aluminiumlag på jernover-flater ved vakuumpådamping og oppvarming av dette belegg i en oxyderende atmosfære til forholdsvis lave temperaturer på 170—370° C; denne fremgangsmåte kunne bare anvendes på de nevnte meget tynne og kompakte vakuumpådampede aluminiumlag. En slik behandling anvendt på de tykkere og porøse varmsprøytede aluminiumbelegg nedsetter snarere enn forbedrer beleggets korrosjonsfasthet. Anvendelsen av belegg fremstilt i overensstemmelse med de kjente fremgangsmåter har derfor vært temmelig begrenset.

En av hensiktene med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte ved fremstilling av termisk stabile, godt bindende ikke sprø beskyttende overtrekk av aluminium som har utmerket korrosjonsfasthet også i fuktige at-raosfærer og ved temperaturer under 100° C på jern- og ståloverflater.

Oppfinnelsen tar også sikte på å skaffe jern- eller stålplater med slike beskyttende overtrekk.

Oppfinnerne har funnet at forskjellige kritiske faktorer får betydning ved fremstilling av virksomme korrosjonsfaste aluminiumovertrekk på overflater av legemer som består helt eller overveiende av jern. Det viste seg overraskende nok at fullstendig legering av et aluminiumlag som var avsatt på en j ernoverflate med vesentlig di fusjon av jern inn i aluminiumlaget ikke nødvendigvis ga en korrosjonsfast, meka-nisk og termisk stabil overflate. Disse og andre kritiske synspunkter i forbindelse med foreliggende oppfinnelse vil fremgå tydeligere av det følgende.

De foregående punkter er kommet frem til i samsvar med oppfinnelsen ved å for-syne en jern-eller ståloverf late, fortrinnsvis ved den vanlige varmsprøyteprosess, med et aluminiumlag som har en tykkelse mellom fortrinnsvis 0,1 og 0,4 mm. Den belagte overflate utsettes deretter for varmebehandling i en oxyderende atmosfære i nøyaktig bestemte perioder og innenfor et avgrenset temperaturområde for å frem-bringe en innbyrdes diffusjon av jernet inn i aluminiumet og aluminiumet inn i jernet ved overgangsflaten mellom jern og det beskyttende lag av aluminium. Den resulterende legering av jernet med aluminium, idet jernet dif funderer inn i over-flatebelegget, begrenses slik at legerings-dannelsen strekker seg inn i aluminiumlaget til en maksimal utstrekning på omtrent to tredjedeler av aluminiumlagets' tykkelse. Det har vist seg at de mest for-; delaktige resultater oppnåes når legerings-; dannelsen bare finner sted opp til en dybde på ca. 1/10 til 1/4 av aluminiumlagets tykkelse. Ved å begrense tykkelsen av lege-ringssonen ved overgangsflaten mellom metallene, blir forbausende nok sprøheten ved kjente aluminiumovertrekk helt elimi-nert. I motsetning til fremgangsmåter som fører til legering utover det ovennente to tredjedels nivå, er oppfinnernes fremgangsmåte godt bindende og istand til å tåle gjentatte bøyninger.

Anvendelsen av en oxyderende atmosfære i forbindelse med begrenset legering-er også av avgjørende betydning forsåvidt som den ikke-legerte ytterdel av aluminiumsbelegget blir oxydert og er istand til å tåle korroderende omgivelser. En overdre-ven legering av aluminiumsbelegget med jern gjør at en eventuell oxydering av det gjenværende aluminium vil få en umerke-lig virkning slik at korroderende gjennom - trengning inn i overflaten kan forekomme.

Den riktige grad av legering på overgangsflaten og av overflateoxydering av aluminiumsbelegget kan oppnåes i samsvar med foreliggende oppfinnelse ved nøy-aktig regulering av varmebehandlingens temperatur og varighet. Det har vist seg at virksomme temperaturer må være i stør-relsesordenen av eller noe over smelte-punktet for aluminium, dvs. i det vesentlige mellom 690 og 800° C. De beste resultater fåes imidlertid når behandlingstem-peraturen er mellom i det vesentlige 720 og 740° C. Behandlingens varighet bør være fra 1—8 minutter i avhengighet av den an-vendte temperatur. Det vil naturligvis fremgå at de kortere varigheter bør anvendes når de høyere temperaturer brukes og omvendt.

Den riktige grad av legering i overgangsflaten og overflateoxydering kan også bedømmes ved metallografisk undersøkelse av de aluminiumbelagte j ernoverf later og særlig ved mikroskopisk undersøkelse av tverrsnitt av overgangsflaten. Disse fremgangsmåter er imidlertid noe tungvinte og en alternativ metode for bedømmelse av den riktige grad av varmebehandling er blitt utviklet. Eksperimenter har vist at farven på den åpne flate av aluminiumlaget forandres i løpet av varmebehandlingen fra en lys metallisk sølvfarve til en gråtone. En mørkt grå eller gråaktig sort farve betegner for langt fremskredet legering i overgangsflaten, mens en sølvlign-ende gråtone antyder utilstrekkelig leger-ingsdannelse. Når varmebehandlingen skrider frem mot den riktige grad, har den utsatte overflate en lys brunaktig grå farve. Jevnheten og reproduserbarheten av den grå farve på den utsatte aluminium-overflate forsterkes når denne overflate fuktes med parafinolje eller smeltet parafinvoks. Den fremkomne middels lyse gråtone blir således gjort jevn og kan sam-menlignes ved visuell iakttagelse eller au-tomatiske optiske fremgangsmåter.

Den ønskede gråfarve på den utsatte aluminiumsoverflate kan i virkeligheten spesifiseres ved hjelp av kvantitative fotometriske målinger. F. eks. bør den fotometriske tetthetsverdi (f. eks. målt ved hjelp av et Pulfrich fotometer) og som gir en indikering av logaritmen til forholdet mellom intensiteten (ij av belysningen som faller på den utsatte grå overflate, og intensiteten (i) av den reflekterte stråling fra samme som en fotometrisk tetthetsverdi log^-^j ligge mellom hovedsakelig 0,1 og 1,2. De mest effektive resultater har vist seg å oppnåes når den fotometriske tetthetsverdi faller mellom 0,2 og 1,0. Disse verdier tilsvarer gråtonene i den gjennom-siktige gråkile med tiltagende tykkelse som er definert ved den tyske industristandard DIN 4512 mellom i det vesentlige 0,2 og 1,8 og fortiinsvis mellom 0,8 og 1,2.

Bruken av parafinvoks har vist seg å ha ytterligere fordeler ved at den voks som anvendes for å gjøre den grå overflate jevn, trenger inn i porer i det delvis oxy-derte aluminiumsbelegg og således tjener til å beskytte dette mot kjemisk ødeleggelse. Andre vannavstøtende impregneringsmid-ler har likeledes vist seg å være egnet i denne forbindelse. Foruten herdbare voks-lignende stoffer har filmdannende synte-tiske harpikser såsom polythylener, polya-mider, polyestere eller epoxydharpikser og-så vist seg å være egnet. Vokstypene omfatter bievoks og carnaubavoks foruten parafinvoks.

Impregnering med parafinvoks kan ut-føres ved at gjenstanden avkjøles til en temperatur mellom 200 og 400° C og deretter senkes ned i et bad av smeltet parafin ved en temperatur på omkring 100— 120° C. Gjenstanden fjernes deretter fra badet og holdes ved en noe høyere temperatur, f. eks. 100—200° C, for å fjerne over-skytende parafin. Overtrekk av polyethy-len kan påføres ved varmsprøyting av poly-ethylenoppløsningen på det kalde eller bare begrenset oppvarmede arbeidsstykke under 200° C og fortrinnsvis mellom 120 og 140° C.

De ovenfor nevnte og andre hensikter, trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil bli forklart nærmere i det føl-gende ved hjelp av typiske eksempler.

Eksempel 1.

Plater av bløtt stål med en tykkelse på tilnærmet 2 mm ble befridd for oxydbelegg og avfettet på vanlig måte slik at de var hovedsakelig fri for fettholdige forurens-ninger og oxydhinner. Den overflate som skulle belegges, ble deretter gjort ru for å gjøre den mottagelig for overtrekksmetal-let som deretter ble sprøytet på ved kjente varmsprøytemetoder på platens ru overflate. På denne måte ble aluminiumsbelegg med tykkelse 0,05 og 0,2 mm avsatt på noen stålplater som deretter ble oppvarmet til en temperatur på 730° C i en elektrisk ovn under en oxyderende atmos-

fære. Denne oxyderende atmosfære ble til-veiebragt ved å tillate luftsirkulasjon over de aluminiumbelagte plater under hele varmebehandlingens varighet, dvs. omkring 3 minutter.

Plater forsynt med det 0,05 mm tykke lag av aluminium viste seg å ha en mørk grå farve, mens de som var forsynt med det 0,2 mm tykke lag hadde en lys brunlig grå tone. Metallografisk undersøkelse viste at tynne belegg på 0,05 mm var blitt om-vandlet til en aluminium-jern legering gjennom hele deres tverrsnitt mens smit-tingen av jern inn i det forholdsvis tykke aluminiumlag på 0,2 mm ikke strakk seg utover halvparten av dette lags tykkelse. Korrosj onsprøver har vist at platene med lys grå farve, dvs. de hvor diffusjonen av jern er beregnet, er bestandige mot korrosjon i fuktige atmosfærer ved temperaturer over og under duggpunktet, mens de mørkere plater, dvs. de som har fullstendig legering av jern med aluminiumbelegget, hurtig korroderte i fuktige atmosfærer en-dog ved temperaturer under duggpunktet. Bøyeprøver, som viser forbindelsens bøye-lighet og varighet, viste overraskende nok at de forholdsvis tykt belagte prøver kunne bøyes omkring en stav med diameter 15 mm gjennom en vinkel på 180° uten sprekkdannelse i belegget, mens lignende bøyninger av de tynnere belagte plater fprte til avflassing og sprekk i belegget.

Eksempel 2.

Plater av bløtt stål med aluminiumlag med tykkelse ca. 0,2 mm ble utsatt for varmebehandling ved 690° C i 6 minutter hen-holdsvis 730° C i 2 minutter. Begge plate-sett hadde omtrent samme lyse brunaktige gråfarve, bare de som var behandlet ved lavere temperaturer i lengere tid hadde en noe mørkere tone. Den metallografiske undersøkelse viste at i begge prøver var belegget legert med jernunderlaget over en mellomflatesone, hvis tykkelse bare var en liten brøkdel av aluminiumlaget, idet mel-lomflatesonen for den plate som var behandlet ved lavere temperatur atter var noe bredere. Korrosj onsforsøk viste at begge prøver hadde utmerket korrosjonsbestandighet i fuktige atmosfærer over og

under duggpunktet og at deres belegg var

bestandig overfor sprekkdannelse og avflassing under bøyeprøvene.

Eksempel 3.

Aluminiumbelagte plater av den i eksempel 2 beskrevne type ble utsatt for varmebehandling under følgende forhold: I 20 minutter ved 730° C, 10 minutter ved 760° C, 8 minutter ved 800° C og 15 minutter ved 850° C og det viste seg da at be-leggene var legert med jern gjennom hele deres tykkelse. Gjenstandene korroderte lett i fuktige atmosfærer ved temperaturer under duggpunktet og deres belegg fikk lett sprekkdannelser og flasset av under bøyeprøvene.

Eksmpel 4.

Under et forsøk som skulle vise betyd-ningen av en oxyderende atmosfære ble plater av bløtt stål med aluminiumbelegg. og som hadde de ovenfor nevnte mål var-mebehandlet i en nitrogenatmosfære i 5 minutter ved 730° C og i 12 minutter ved samme temperatur. De plater som ble behandlet i den lengere periode hadde en merkbar mørkere grå farve enn de som ble behandlet i den kortere periode, men alu-miniumbeleggene for begge platetyper var hovedsakelig tettere enn de som var utsatt for en oxyderende atmosfære som beskre-vet under eksempel 2. De beskyttende belegg på platene som var behandlet i nitro-genatmosfæren var følsomme for tempera-turvariasjoner og flasset av når platene ble bøyd.

Eksempel 5.

Plater av bløtt stål med en tykkelse på 2 mm ble overtrukket ved sprøyting med aluminiumlag på 0,1—0,2 mm tykkelse. Disse plater ble utsatt for varmebehandling ved 300, 400 og 500° C i et minutt og i fem minutter. Metallografisk undersøkelse viste at der ikke var dannet noen over-gangsflatelegeringssone på noen av disse plater. Platene viste seg også å ha dårlig korrosjonsbestandighet og dårlig binding av aluminiumlaget til det underliggende metall.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et korrosjonsfast aluminiumovertrekk på j ernoverf later ved hjelp av en oxyderende varmebehandling, karakterisert ved at det fortrinnsvis mellom 0,1 og 0,4 mm tykke og fordelaktigst ved sprøytning på-førte aluminiumlag underkastes en varmebehandling i en oxyderende atmosfære mellom 690° og 800° C, mest fordelaktig ved 720—740° C, så lenge at overflaten av det påførte aluminiumlag går over i en grå-farge som, etter at aluminiumlaget er fuk-tet med smeltet parafin, i kald tilstand svarer til en fargeverdi mellom 0,2 og 1,8, fordelaktigst mellom 0,8 og 1,2, i gråkilen ifølge DIN 4512.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at det med alu-miniumslaget forsynte og varmebehand-lede arbeidsstykke etter varmebehandlingen avkjøles, men ennu i varm tilstand dyppes i et parafinbad som er oppvarmet til en temperatur over dets smeltepunkt, hvoretter arbeidsstykket tas ut av badet og utsettes for en varmebehandling ved en temperatur som er høyere enn badets, hen-siktsmessig ved temperaturer på 100 til 200° C.