PL191847B1 - Żelazko elektryczne i sposób wytwarzania żelazka elektrycznego - Google Patents

Abstract

1. Zelazko elektryczne z blokiem zelazka z za- wierajacego krzem odlewu aluminiowego, zaopa- trzonym w elektryczny uklad grzejny, oraz plytkowa stopa z ubogiego w krzem aluminium, zamocowana w sposób przewodzacy cieplo na bloku zelazka, znamienne tym, ze stopa (3) zelazka ma zawieraja- ca nikiel i/lub chrom powloke (7), osadzona galwa- niczno-elektrolitycznie na stopie (3), majaca grubosc ponad 40 µm i strukture o twardosci zwiekszajacej sie na zewnatrz, w kierunku odwrotnej strony alumi- niowej stopy (3) zelazka. 9. Sposób wytwarzania zelazka elektrycznego, w którym odlewa sie blok zelazka z zawierajacego krzem aluminium wraz z elektrycznym ukladem grzejnym, przy czym na bloku zelazka mocuje sie w sposób przewodzacy cieplo stope z ubogiego w krzem aluminium, znamienny tym, ze stope ze- lazka pokrywa sie galwaniczno-elektrolitycznie za- wierajaca nikiel i/lub chrom powloka o grubosci po- nad 40 µm, i nadaje sie jej taka strukture, ze sto- pa (3) zelazka ma twardosc rosnaca, poczawszy od aluminiowego materialu podloza, w kierunku na zewnatrz. PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest żelazko elektryczne i sposób wytwarzania żelazka elektrycznego.

Z US-PS 2,298,113 znane jest ż elazko elektryczne, które zawiera blok aluminiowy z zalanym w nim układem grzejnym. Blok ż elazka moż e być z aluminium lub jego stopu. Jest on anodowany, a nastę pnie pokrywany albo warstwą chromu, albo warstwą chromu i niklu. Elektrolityczne galwanizowanie uprzednio anodowanej powierzchni aluminium w praktyce jednak nie jest możliwe lub też jest bardzo utrudnione, ponieważ powstałe w wyniku anodowania tlenki aluminium nie przewodzą prądu elektrycznego, w związku z czym odlew co najmniej po stronie anodowanej wykazuje znacznie osłabione działanie jako elektroda w galwanicznej kąpieli elektrolitycznej. Ponadto obróbka galwaniczna odlewu aluminiowego jest szczególnie niekorzystna wówczas, gdy otwory przeznaczone do wylotu pary tworzą podcięcia, ponieważ w trakcie galwanizowania może dojść do niepożądanego przywierania elektrolitu i przenoszenia jednej kąpieli galwanicznej do następnej, w której zanurza się blok żelazka.

Z amerykań skiego opisu patentowego nr US-PS 2,846,793 znane jest ż elazko elektryczne, na którym zamocowana jest stopa ze stali węglowej. Stopa jest pokryta powłoką niklową i chromową. Niklowana i chromowana stal węglowa nie spełnia wymagań w zakresie odporności na korozję, zwłaszcza w otworach wylotowych dla pary w tego typu żelazkach.

Stopa żelazka wykonana ze stali jest w zasadzie korzystna, ponieważ zapewnia stosunkowo dużą twardość oraz niewielki współczynnik rozszerzalności cieplnej, który wyznacza tendencję stopy żelazka do odkształceń pod wpływem ciepła. Powstawanie pęknięć w powłoce stalowej stopy jest w zwią zku z tym mniej prawdopodobne. Ż elazko ze stalową stopą charakteryzuje się natomiast wię kszą stratą mocy, ponieważ w porównaniu do aluminium słabiej przewodzi ciepło. Ponadto ograniczone są możliwości kształtowania i tłoczenia tego typu materiałów. Wada ta jest o tyle istotna, że wzrastają wymagania co do precyzji ukształtowania zagłębień o zadanych promieniach zaokrąglenia oraz ukształtowania otworów w stopie żelazka.

Znane jest rozwiązanie, polegające na pokrywaniu stopy żelazka elektrycznego niklem przy użyciu natrysku plazmowego lub płomieniowego, co poprawia odporność stopy żelazka na zarysowanie. Ten rodzaj powlekania wymaga jednak dużych nakładów, a także z reguły pociąga za sobą konieczność obróbki wstępnej i wykańczającej za pomocą piaskowania i szlifowania, aby osiągnąć z jednej strony wystarczającą przyczepność warstwy, z drugiej zaś wymaganą gładkość w stanie gotowym.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP 0 754 256 znane jest ż elazko elektryczne opisanego na wstępie rodzaju. Żelazko to ma blok z zawierającego krzem odlewu aluminiowego, połączony w sposób przewodzą cy ciepło z płytkową stopą z ubogiego w krzem aluminium. W tym przypadku stopę żelazka eloksaluje się, wskutek czego jej powierzchnia ulega przemianie w warstwę tlenków aluminium. Okazało się jednak, że ten sposób obróbki powierzchniowej daje w efekcie ograniczone wartości odporności na zarysowanie i twardości, jakie można uzyskać bez ponoszenia nadmiernych nakładów.

Celem wynalazku jest zaproponowanie żelazka elektrycznego oraz sposobu wytwarzania żelazka elektrycznego opisanego na wstępie rodzaju, które zapewnią szerokie możliwości kształtowania oraz dobrą przewodność cieplną aluminiowej stopy, jednocześnie zaś pozwolą spełnić wymagania w zakresie odpornoś ci na korozję , odpornoś ci na ś cieranie i wysok ą twardość przy niskich kosztach wytwarzania.

Żelazko elektryczne z blokiem żelazka z zawierającego krzem odlewu aluminiowego, zaopatrzonym w elektryczny układ grzejny, oraz płytkową stopą z ubogiego w krzem aluminium, zamocowaną w sposób przewodzący ciepło na bloku żelazka, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stopa żelazka ma zawierającą nikiel i/lub chrom powłokę, osądzoną galwaniczno-elektrolitycznie na stopie, mającą grubość ponad 40 μm i strukturę o twardości zwiększającej się na zewnątrz, w kierunku odwrotnej strony aluminiowej stopy żelazka.

Korzystnie powłoka ma co najmniej jedną warstwę z materiału wybranego spośród czystego niklu, stopów/związków chromu i/lub niklu z siarką, fosforem, kobaltem, żelazem, siarką z żelazem i/lub wolframem.

Korzystnie powłoka ma pierwszą warstwę z czystego niklu i drugą warstwę ze stopu niklu, zwłaszcza związku niklu i siarki, przy czym powłoka ma, zwłaszcza zewnętrzną lub trzecią, warstwę z chromu.

Korzystnie powłoka ma pierwszą warstwę o twardości równej co najmniej 150 HV, drugą warstwę o twardości równej co najmniej 350 HV oraz trzecią warstwę o twardości równej co najmniej

PL 191 847 B1

550 HV, zwłaszcza 800 HV, w związku z czym stopa żelazka ma twardość rosnącą, począwszy od aluminiowego materiału podłoża, w kierunku na zewnątrz.

Korzystnie twardość zewnętrznej warstwy powłoki, zwłaszcza warstwy chromu, wynosi od 700 do 1100 HV.

Korzystnie powłoka ma pierwszą warstwę o grubości od 10 do 70 μm, zwłaszcza 50 μm, oraz drugą warstwę o grubości od 10 do 70 μm, zwłaszcza 50 μm.

Korzystnie powłoka ma trzecią warstwę o grubości od 10 do 50 μm, zwłaszcza 20 μm.

Korzystnie powłoka ma grubość większą niż 60 μm.

Sposób wytwarzania żelazka elektrycznego, w którym odlewa się blok żelazka z zawierającego krzem aluminium wraz z elektrycznym układem grzejnym, przy czym na bloku żelazka mocuje się w sposób przewodzący ciepło stopę z ubogiego w krzem aluminium, według wynalazku charakteryzuje się tym, że stopę żelazka pokrywa się galwaniczno-elektrolitycznie zawierającą nikiel i/lub chrom powłoką o grubości ponad 40 μm, i nadaje się jej taką strukturę, że stopa żelazka ma twardość rosnącą, począwszy od aluminiowego materiału podłoża, w kierunku na zewnątrz.

Korzystnie w kąpieli elektrolitycznej do nakładania powłoki niklowej przed stopą żelazka umieszcza się nieprzewodzącą przesłonę, za pomocą której zwiększa się równomierność grubości osadzanej warstwy metalu.

Korzystnie warstwę chromu nakłada się w kąpieli elektrolitycznej, w której stosuje się anodę kształtową dopasowaną kształtem do stopy żelazka, za pomocą której osiąga się w przybliżeniu jednorodną grubość warstwy.

Według wynalazku stosuje się stopę żelazka z ubogiego w krzem aluminium. Okazało się, że możliwe jest powlekanie galwaniczno-elektrolityczne ubogiego w krzem aluminium przy niewielkich nakładach na obróbkę wstępną, a jednocześnie zachowanie optymalnej jakości powłoki. W przeciwieństwie do bezprądowego, autokatalityczno-chemicznego galwanizowania, według wynalazku na aluminiowej stopie żelazka osadza się metale względnie ich stopy przy użyciu prądu zewnętrznego (przyłożonego do elektrod kąpieli galwanicznej). Przykładowo nikiel i/lub chrom zapewniają wystarczającą odporność na korozję przy wysokiej twardości. Grubość powłoki musi wynosić powyżej 40 μm, aby zapobiec odciskiwaniu się twardej powłoki w stosunkowo miękkim aluminium. Korzystnie twardość wzrasta w sposób ciągły lub stopniowo, począwszy od aluminiowej stopy żelazka w kierunku zewnętrznej powierzchni powłoki. Wyłącznie rosnące w kierunku zewnętrznej powierzchni powłoki gradienty twardości nadają kolejnym warstwom powłoki wystarczającą nośność względnie wytrzymałość na nacisk powierzchniowy, dzięki czemu można osiągnąć bardzo dobrą twardość i wytrzymałość na zarysowanie, bez powstawania pęknięć w powłoce.

Korzystnie powłokę tworzy się z jednej lub kilku pojedynczych warstw, przy czym warstwy te zawierają czysty nikiel oraz stopy niklu z siarką, fosforem, kobaltem, żelazem, siarką i żelazem i/lub wolframem i/lub chromem (zwłaszcza jako warstwą końcową). Dzięki stosunkowo niewielkim nakładom, związanym z osadzaniem (przy użyciu prądu zewnętrznego) niklu lub stopów niklu, korzystne jest, jeżeli większa część powłoki składa się właśnie z tego tworzywa. Związki względnie stopy niklu z siarką, fosforem, żelazem, siarką i żelazem lub wolframem umożliwiają wytwarzanie warstw o twardości różniącej się od twardości czystego niklu, a także zmiennej odporności na korozję, w związku z czym na podłożu w postaci związku niklu można dość tanio wytworzyć strukturę powłoki o rosnącej twardości. Rozumie się, że podane tutaj związki względnie stopy niklu przedstawione zostały jedynie w zakresie swoich głównych składników, a nie dokładnego składu chemicznego. Użyty tutaj stop niklu i siarki może mieć przykładowo postać stopu niklu z siarczkiem niklu.

Korzystnie pierwsza warstwa jest z czystego niklu, druga zaś ze stopu niklu. Czysty nikiel, czyli nikiel bez jakichkolwiek domieszek w postaci na przykład siarki lub fosforu, ma dużą ciągliwość i twardość, nieznacznie rosnącą w stosunku do powierzchni aluminium, co eliminuje tendencję do powstawania pęknięć pod obciążeniem. Wyjściowa twardość powierzchni aluminium, z reguły równa co najwyżej 50 HV, zostaje zwiększona przez warstwę czystego niklu do wartości powyżej 150 HV. Różnica twardości pomiędzy obiema warstwami wynosi co najwyżej 200 HV, w związku z czym warstwa czystego niklu stanowi pierwszą warstwę nośną. Na drugą warstwę stosuje się korzystnie stop nikiel/siarka, przy czym metal ten, w odniesieniu do potencjału korozyjnego mniej szlachetny niż czysty nikiel, powoduje wyższą odporność na korozję poprzez wytworzenie potencjału. Ponadto wspomniany stop niklu i siarki pozwala osiągnąć końcową twardość równą co najmniej 400 HV, wskutek czego różnica twardości pomiędzy czystym niklem i stopem niklu i siarki jest również wystarczająca. Trzecia warstwa z chromu zwiększa ponownie całkowitą twardość powłoki do wartości równej co najmniej

PL 191 847 B1

800 HV, dzięki czemu w efekcie osiąga się bardzo dobrą wytrzymałość na zarysowanie. Warstwa chromu jako warstwa zewnętrzna jest również o tyle korzystna, że pod działaniem ciepła, wynoszącym w ż elazku do 300°C, nie nastę puje przebarwienie ani rozpuszczanie chromu. Poza tym warstwa chromu zwiększa także odporność na korozję.

Korzystnie powłoka ma taki profil twardości, że pierwsza warstwa ma twardość wynoszącą co najmniej 150 HV, druga warstwa ma twardość wynoszącą co najmniej 350 HV, zaś trzecia względnie zewnętrzna warstwa stopy żelazka ma twardość wynoszącą co najmniej 550 HV, zwłaszcza większą niż 700 HV. Rosnąca twardość struktury powłoki jest konieczna, ponieważ galwanizuje się aluminium o niewielkiej twardoś ci, osią gają c w całoś ci budowę warstwową o znacznej noś noś ci. Okazało się , ż e dla osiągnięcia bardzo dobrej wytrzymałości na zarysowanie różnice twardości pomiędzy sąsiadującymi ze sobą warstwami nie powinny przekroczyć określonych granic, aby zapobiec powstawaniu pęknięć pod obciążeniem cieplnym. W idealnym przypadku różnica twardości pomiędzy aluminiowym podłożem stopy żelazka i pierwszą warstwą nie powinna być większa niż 250 HV, różnica twardości pomiędzy pierwszą i drugą warstwą nie powinna być większa niż 350 HV, zaś różnica twardości pomiędzy drugą i trzecią warstwą nie powinna być większa niż 500 HV, co zapewnia nośną strukturę, nie wykazującą tendencji do pękania. Pierwsza warstwa wykazuje jedynie łagodny wzrost twardości i jest głównie nastawiona na ciągliwość, aby powstające ewentualnie pęknięcia nie mogły dochodzić do aluminium, powodując korozję. Druga warstwa ma znaczenie z uwagi na zabezpieczenie przed korozją i wyrównanie powierzchni. Nie jest zatem potrzebna mechaniczna obróbka wstępna i wykańczająca, jak to ma miejsce w natrysku plazmowym lub eloksalowaniu. Zewnętrzna warstwa musi wreszcie mieć wysoką jakość optyczną i być jak najtwardsza. Dlatego też pierwsza warstwa ma twardość mniejszą, natomiast zewnętrzna jest bardzo twarda. Niektóre powłoki jednak składają się z mniej zróżnicowanych warstw i w pewnym stopniu łączą w sobie wspomniane wyżej własności.

Korzystnie zewnętrzną lub trzecią warstwę powłoki stanowi warstwa chromu, mająca twardość pomiędzy 700 i 1100 HV. Stopa żelazka spełnia tym samym wymagania w zakresie wytrzymałości na zarysowanie podczas prasowania, również pod działaniem ciepła.

Korzystnie powłoka zawiera pierwszą warstwę o grubości od 10 do 70 μm, zwłaszcza 50 μm, oraz drugą warstwę również o grubości od 10 do 70 μm, zwłaszcza 50 μm, oraz trzecią warstwę o grubości od 10 do 50 μm. W idealnym przypadku grubość pierwszej i drugiej warstwy wynosi po 50 μm, zaś grubość trzeciej warstwy wynosi 20 μm. Ponieważ współczynnik rozszerzalności cieplnej aluminium wynosi około 24 x 10^-6/K, niklu 13 x 10^-6/K, zaś chromu około 7 x 10^-6/K, warstwowa struktura powłoki charakteryzuje się malejącym na zewnątrz współczynnikiem rozszerzalności cieplnej. Wartości wydłużenia przy zerwaniu dla osadzanych metali rosną w kierunku podłoża (aluminium), w związku z czym naprężenia cieplne w następstwie efektu bimetalicznego nie powodują powstania pęknięć, zwłaszcza w pierwszej warstwie niklu. Odpowiednio grubości warstw są tak dobrane, że osiągana jest maksymalna trwałość powłoki galwanicznej. Co do faktu, że powłoki nakładane galwaniczno-elektrolitycznie przy użyciu prądu zewnętrznego są z reguły nanoszone, na przykład na krawędziach, grubiej niż w środkowych obszarach ciągłych powierzchni, o ile nie zastosuje się żadnych środków celem zoptymalizowania pierwotnego rozkładu prądu dla uzyskania równomiernej grubości warstwy, dane w zakresie grubości warstw odnoszą się do środkowego płaskiego odcinka stopy żelazka, nie stykającego się bezpośrednio z otworami, krawędziami ewentualnie zagłębieniami.

Korzystnie powłoka ma całkowitą grubość większą niż 60 μm. W przeciwieństwie do dotychczas znanych, stalowych stóp żelazek, w których grubość powłoki wynosiła mniej niż 40 μm, grubość powłoki wynosząca co najmniej 40 μm, a nawet lepiej 60 lub 80 μm, zapewnia spełnienie postawionych wysokich wymagań w przypadku powlekanego galwaniczno-elektrolitycznie aluminium.

W korzystnej postaci wykonania sposobu stopę żelazka w celu pokrycia niklem za pomocą galwaniczno-elektrolitycznego osadzania zanurza się w kąpieli elektrolitycznej z przyłożonym do elektrod prądem zewnętrznym, przy czym w kąpieli elektrolitycznej umieszcza się nieprzewodzącą przesłonę, na przykład z tworzywa sztucznego, która sprawia, że osadzana warstwa jest pod względem grubości równomiernie rozłożona na powierzchni stopy żelazka.

Z podobnych przyczyn w celu galwaniczno-elektrolitycznego osadzania warstwy chromu stopę żelazka zanurza się w kąpieli elektrolitycznej, w której stosuje się anodę kształtową dopasowaną kształtem do stopy żelazka, w związku z czym uzyskuje się w przybliżeniu jednorodną grubość warstwy.

Inne cele, zalety, cechy i możliwości zastosowania niniejszego wynalazku wynikają z poniższego opisu kilku przykładów wykonania oraz rysunków. Wszystkie opisane i/lub przedstawione na rysunku cechy stanowią przy tym, oddzielnie lub w dowolnej celowej kombinacji, przedmiot niniejszego

PL 191 847 B1 wynalazku, również niezależnie od ich zestawienia w zastrzeżeniach patentowych lub ich wzajemnym powołaniu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia blok żelazka z zamocowaną stopą w obszarze otworu wylotowego dla pary, w przekroju, zaś fig. 2 - fragment stopy żelazka w przekroju.

Na figurze 1 ukazany jest w przekroju fragment dolnej części żelazka z natryskiem pary, czyli obszaru, który podczas użytkowania jest najbliższy prasowanemu materiałowi. Żelazko składa się z bloku 1, który dla osią gnię cia lepszej lejnoś ci wzglę dnie ułatwienia wyjmowania z formy jest wykonany z zawierającego krzem odlewu aluminiowego. W bloku żelazka zalany jest elektryczny oporowy układ grzejny 2. W bloku są ponadto ukształtowane zagłębienia oraz kanały dla komory parowej i dalszego prowadzenia pary (nie przedstawione na fig. 1). Na bloku 1 zamocowana jest, w sposób przewodzący ciepło, stopa 3. Dobrze przewodzące ciepło połączenie osiągane jest korzystnie za pomocą kleju silikonowego 4. Stopa 3 jest z ubogiego w krzem aluminium, które jest nie tylko korzystne z uwagi na niewielki ciężar, dobrą tłoczność i formowalność oraz przewodność cieplną, lecz z uwagi na niewielki udział krzemu stanowi również dobre podłoże dla powłoki galwaniczno-elektrolitycznej, nakładanej za pomocą prądu zewnętrznego. W drodze galwaniczno-elektrolitycznego nakładania powłoki 5 stopa żelazka zostaje pokryta obustronnie, przy czym na zewnętrznej stronie stopy, czyli podczas użytkowania po stronie prasowanego materiału, z uwagi na rozmieszczenie punktów galwanicznych w kąpieli elektrolitycznej zachodzi bardziej intensywne osadzanie niż po stronie tylnej. W zasadzie jednak powłoka galwaniczno-elektrolityczna 5 chroni jednak w wystarczającym stopniu przed korozją także wewnętrzną powierzchnię stopy żelazka. Ma to znaczenie zwłaszcza dlatego, że pomiędzy blokiem żelazka i jego stopą znajdują się puste przestrzenie do rozprowadzania pary, w związku z czym wewnę trzna powierzchnia stopy ż elazka jest bezpoś rednio naraż ona na działanie pary.

Przedstawiony na fig. 1 fragment przekroju ukazuje stopę 3 i blok 1 żelazka w obszarze otworu wylotowego 6 dla pary, przy czym wytłoczone w aluminiowej stopie 3 promienie w obszarze otworu wylotowego dla pary są tak ukształtowane, że uzyskuje się dobry poślizg stopy żelazka na guzikach, zamkach błyskawicznych i innych miejscach prasowanego materiału.

Na figurze 2 ukazany jest korzystny przykład wykonania żelazka elektrycznego. Przedstawiony jest tutaj fragment stopy 3 żelazka, ukazujący ją zarówno w widoku z boku, jak też do dołu, w kierunku bloku 1, przy czym widoczna jest powłoka galwaniczno-elektrolityczna 7.

Powłoka 7 składa się w tym przykładzie wykonania z pierwszej warstwy 8, zawierającej czysty nikiel i charakteryzującej się dużą ciągliwością, która zapobiega powstawaniu pęknięć. Tę pierwszą warstwę strąca się w idealnym przypadku na grubość 40 do 60 μm. Pierwsza warstwa zwiększa twardość powierzchni żelazka do około 150 do 200 HV.

Jako drugą warstwę 9 na warstwie czystego niklu osadza się w procesie galwanicznoelektrolitycznym przy użyciu prądu zewnętrznego tak zwaną błyszczącą lub półbłyszczącą warstwę niklu. Warstwa błyszcząca zawiera poza niklem domieszkę siarki w ilości 0,05%, w związku z czym wykazuje względem pierwszej warstwy większą różnicę potencjałów i zawiera mniej szlachetny nikiel błyszczący, co poprawia odporność na korozję. Błyszczący nikiel osadza się również na grubość 40 do 60 μm, co powoduje dalsze zwiększenie twardości powierzchniowej stopy żelazka do około 350 do 500 HV. Aby osiągnąć zamierzony efekt półpołysku, stosuje się określone dodatki organiczne.

Jako trzecią i korzystnie zewnętrzną warstwę 10 na drugiej warstwie 9 osadza się w procesie galwaniczno-elektrolitycznym, przykładając prąd zewnętrzny, warstwę twardego chromu. Powoduje to zwiększenie po raz trzeci powierzchniowej twardości powleczonej stopy 3 żelazka do około 700 lub 800 do 1100 HV, zwłaszcza do około 900 HV. W ten sposób uzyskuje się znakomitą wytrzymałość na zarysowanie i odporność na wpływ czynników mechanicznych na stopę. Ponadto chrom w przeciwieństwie do niklu ma cechę, której nie można pominąć w przypadku żelazka, a która polega na tym, że przy nagrzewaniu następowałoby silne zażółcenie. Chrom nie rozpuszcza się do maksymalnej temperatury prasowania, wynoszącej 300 stopni. Z uwagi na opisaną wyżej warstwową budowę powłoki 7 okazało się, że twardy chrom, którego nakładanie wymaga większych nakładów, wystarczy osadzić na grubości 10 do 30 μm.

Powłoka w tym przykładzie wykonania, ukazanym na fig. 2, ma ogółem średnią grubość około 120 μm, przy czym jako krytyczną dolną granicę grubości powłoki 7 przyjmuje się 40, lub lepiej, 60 μm. Grubość powłoki względnie poszczególnych warstw zależy nie tylko od galwanizowanego materiału wyjściowego, mianowicie aluminium, lecz także od rodzaju metody, mianowicie galwaniczno-elektrolitycznego sposobu nakładania powłok przy użyciu prądu zewnętrznego w kąpieli galwanicznej.

PL 191 847 B1

W alternatywnym przykładzie wykonania metaliczne tworzywo drugiej warstwy, stanowią ce stop niklu i siarki, zostało zastąpione stopem niklu i żelaza lub niklu, żelaza i siarki. Domieszka żelaza powoduje, zwłaszcza przy następującym potem procesie wygrzewania względnie obciążania cieplnego, jakie może mieć miejsce na przykład w wyniku zwykłego użytkowania żelazka, do wzrostu wytrzymałości, co z kolei prowadzi do zwiększenia końcowej twardości w porównaniu do określonych stopów niklu, których twardość pod obciążeniem cieplnym różni się nieco w odniesieniu do twardości wyjściowej. Podane tu wartości twardości odnoszą się zatem co najmniej do stanu nowości żelazka. Taki stan rzeczy zwraca uwagę na znaczenie osiągnięcia wysokiej twardości końcowej, która następnie w warunkach obciążenia cieplnego nadal wykazuje znakomite własności w zakresie odporności na zarysowanie i działanie czynników abrazyjnych. Sposób zwiększania twardości końcowej powlekanej galwaniczno-elektrolitycznie stopy żelazka poprzez zastosowanie stopu nikiel-żelazo-siarka może stanowić przedmiot odrębnego zgłoszenia. Warstwę nikiel-żelazo-siarka można przy tym osadzać jako pojedynczą powłokę lub w kombinacji z innymi warstwami. Błyszczące stopy niklu i żelaza zawierają od 5 do 25% żelaza i opcjonalnie od 0,02 do 0,05% siarki. Jeżeli przykładowo twardość wyjściowa osiągnięta za pomocą stopu niklu i żelaza wynosi 500 HV, wówczas twardość końcowa w wyniku następującej potem obróbki cieplnej w temperaturze około 250° zwiększa się do około 650 HV. Efekt ten jest szczególnie korzystny właśnie w przypadku żelazek.

W kolejnym przykładzie wykonania powłoka składa się z warstw, zawierają cych jedno lub kilka z nastę pują cych tworzyw metalicznych. Jako pierwszą warstwę roboczą powłoka zawiera, ze wspomnianych wyżej przyczyn, warstwę czystego niklu. Na niej osadza się warstwę nikiel-kobalt lub nikielkobalt-sulfaminian. Kobalt powoduje wzrost twardości warstwy niklowej, przy czym szybkość wbudowywania kobaltu i wynikający stąd wzrost twardości można zwiększać w sposób ciągły za pomocą regulowania gęstości prądu w kąpieli galwanicznej. Nie zachodzi przy tym pogorszenie ciągliwości. Następnie na stopie 3 żelazka osadza się galwaniczno-elektrolitycznie kolejną warstwę siarka-nikiel i/lub nikiel-żelazo względnie nikiel-żelazo-siarka. Jako kolejną lub alternatywną warstwę na stopie żelazka osadza się warstwę nikiel-fosfor i/lub warstwę nikiel-wolfram. Te dodatki niklu powodują zarówno stabilizację cieplną, jak też wzrost twardości, co pozwala osiągnąć dalszą poprawę własności stopy żelazka. Również w tym przypadku obciążenie cieplne powoduje raczej wzrost twardości stopu. Tak na przykład stopa żelazka, powlekana stopem fosfor-nikiel względnie wolfram-nikiel, może w wyniku 12-godzinnej obróbki cieplnej w 250°C zwiększyć swoją twardość od 600 do 900 HV. Można zrezygnować z tego dodatkowego procesu wyżarzania i zastąpić go procesem zachodzącym w trakcie normalnego użytkowania żelazka. W tym wariancie przykładu wykonania powłoka zawiera wobec tego warstwę na bazie stopu niklu, która ulega dotwardzeniu pod działaniem ciepła.

Powłoka zawiera jedną lub kilka warstw, których twardość wzrasta na zewnątrz (na przykład w obrę bie jednej warstwy) w sposób cią gły i/lub stopniowo, przy czym pierwsza warstwa na aluminium ma dużą ciągliwość i duże wydłużenie przy zerwaniu, dzięki czemu pęknięcia w dalszych, twardszych i bardziej kruchych warstwach nie mogą się rozszerzać do aluminium i działa ć korodują co. Wymagania te spełniane są przez czysty nikiel bez dodatku siarki i fosforu. Działanie drugiej lub środkowej warstwy (warstw) zawiera się w dalszym, korzystnie wytrzymałym na temperaturę, wzroście twardości, oraz znacznym wygładzeniem i wytworzeniem żądanego połysku, który pozwala zrezygnować z obróbki wstępnej i wykańczającej, przyczyniając się do obniżenia kosztów procesu. Działanie warstwy końcowej względnie zewnętrznej lub trzeciej polega przede wszystkim na ponownym zwiększeniu twardości przy zachowaniu wysokiej jakości optycznej. Wszystkie lub większość ze składników warstw wykazuje ponadto działanie łagodzące korozję.

Rozumie się, że w kolejnym alternatywnym przykładzie wykonania powłoka może składać się tylko z jednej warstwy, korzystnie ze stopu niklu.

W następnym wariancie tworzy się powłokę, zawierając ą co najmniej jedną lub kilka wymienionych dotychczas stopów względnie powłok metalicznych.

Poniżej opisany jest przebieg procesu wytwarzania żelazka elektrycznego, zwłaszcza przebieg procesu wytwarzania stopy żelazka.

Stopa żelazka jest ze stopu aluminium do obróbki plastycznej w postaci blachy walcowanej, zwłaszcza typu aluminium-mangan-magnez (AlMg4, 5Mn), aluminium-magnez (AlMg3), aluminiummiedź-magnez (AlCuMg1) i inne. Okazało się, że przy galwaniczno-elektrolitycznym osadzaniu z użyciem prądu zewnętrznego powłoki o wysokiej jakości uzyskuje się wówczas, gdy aluminiowa blacha walcowana jest, podobnie jak w opisanych przypadkach, wolna od krzemu lub uboga w krzem. Stopa żelazka ma otwory wylotowe dla pary, znajdujące się w zagłębieniach o określonych zadanych proPL 191 847 B1 mieniach. Ponadto w stopie żelazka znajdują się kanały do prowadzenia pary, mające określone promienie w stosunku do pozostałej płaskiej powierzchni aluminiowej stopy żelazka. Opcjonalnie zewnętrzna krawędź stopy żelazka jest wygięta pod określonym kątem, na przykład 35°, do góry, czyli w stronę odwrotną wzglę dem powierzchni ż elazka. Te etapy procesu realizuje si ę za pomocą typowych procesów obróbki plastycznej, w związku z czym powstaje struktura, znana z innych zgłoszeń tego samego Zgłaszającego.

Przed galwaniczno-elektrolitycznym osadzaniem powłok metalicznych przy użyciu prądu zewnętrznego na aluminiowym podłożu stopy żelazka, podłoże to obrabia się w drodze typowych w technikach galwanicznych operacji czyszczenia i obróbki wstę pnej. Za jeden z waż niejszych etapów obróbki wstępnej uważa się zanurzanie oczyszczonej stopy żelazka w roztworze cynianu. Bejca cynianowa zawiera poza cynkiem inne metale, jak na przykład nikiel, miedź, żelazo i inne oraz wodorotlenki i cyjanki. Powodują one lekką erozję aluminium oraz wytworzenie przyczepnej warstwy ze stopowymi metalami tego roztworu w następstwie wymiany ładunków. Ta bejca cynkowa ma grubość mniejszą niż 0,5 μm i jest na fig. 2 oznaczona odnośnikiem 11. Bejca cynkowa zwiększa przyczepność wszystkich, kolejno nakładanych warstw metalicznych 8, 9, 10 powłoki.

Przed, po i w trakcie poszczególnych, wskazanych tu jako szczególnie istotne, etapów sposobu następują operacje czyszczenia, płukania i inne, typowe dla technik galwanicznych. W celu nałożenia warstwy czystego niklu stopę aluminiową zanurza się następnie w kąpieli galwaniczno-elektrolitycznej, w której pomiędzy anodą i katodą płynie przyłożony prąd. W przeciwieństwie do czysto chemicznogalwanicznych procesów osadzania metali bez prądu zewnętrznego między elektrodami kąpieli galwanicznej, w tych i następnych procesach osadzania powłok metalicznych przykłada się tutaj prąd zewnętrzny, aby spowodować osadzanie metalu na stopie żelazka. Stosunkowo równomierna szybkość osadzania czystego niklu jest osiągana za pomocą nieprzewodzącej przesłony z tworzywa sztucznego, umieszczanej przed każdą stopą w kąpieli galwanicznej w trakcie procesu osadzania.

W ramach następnego istotnego etapu sposobu obrobioną wstępnie stopę żelazka zanurza się w kąpieli błyszczącego niklu, korzystnie w zawierającym siarkę stopie niklu, przy czym przebieg procesu jest w przybliżeniu analogiczny do opisanego powyżej z użyciem przesłony. Gęstości prądu dobiera się tak, że każdą z obu warstw niklu osadza się w przybliżeniu na grubość około 50 μm. Do niklu błyszczącego dodaje się dodatki organiczne, na przykład sacharynę lub chlorowane kwasy etylenowosiarkowe (alifatyczne lub aromatyczne), aby osiągnąć zamierzony efekt półpołysku.

Wreszcie tak powleczoną stopę żelazka zanurza się w kąpieli elektrolitycznej z twardego chromu, w której również do elektrod przyłożony jest prąd zewnętrzny w celu osadzania metalu. Czas i natężenie prądu na elektrodach są tak dobrane, że osadza się około 20 μm twardego chromu. Dla zwiększenia równomierności nakładania warstwy stosuje się anody kształtowe, czyli anody, których kształt jest dopasowany do kształtu stopy żelazka.

To galwaniczno-elektrolityczne osadzanie powłok metalicznych za pomocą przykładanego do elektrod prądu zewnętrznego sprawia, że, w przeciwieństwie do innych znanych sposobów powlekania stóp żelazek, metalicznymi powłokami pokrywane są tutaj obie strony aluminiowej stopy, przy czym zwrócona ku blokowi żelazka wewnętrzna strona stopy jest powlekana wyraźnie cieńszą warstwą metalu, ponieważ żelazko jest odpowiednio zawieszane w kąpielach elektrolitycznych (z przewagą osadzania po zewnętrznej stronie stopy żelazka).

Alternatywnie do użytego stopu cynianu można również stosować stop cynku według metody znanej pod nazwą „Stanat”.

Claims (11)

1. Żelazko elektryczne z blokiem żelazka z zawierającego krzem odlewu aluminiowego, zaopatrzonym w elektryczny układ grzejny, oraz płytkową stopą z ubogiego w krzem aluminium, zamocowaną w sposób przewodzący ciepło na bloku żelazka, znamienne tym, że stopa (3) żelazka ma zawierającą nikiel i/lub chrom powłokę (7), osadzoną galwaniczno-elektrolitycznie na stopie (3), mającą grubość ponad 40 μm i strukturę o twardości zwiększającej się na zewnątrz, w kierunku odwrotnej strony aluminiowej stopy (3) żelazka.

2. Żelazko elektryczne według zastrz. 1, znamienne tym, że powłoka (7) ma co najmniej jedną warstwę z materiału wybranego spośród czystego niklu, stopów/związków chromu i/lub niklu z siarką, fosforem, kobaltem, żelazem, siarką z żelazem i/lub wolframem.

PL 191 847 B1

3. Żelazko elektryczne według zastrz. 2, znamienne tym, że powłoka (7) ma pierwszą warstwę (8) z czystego niklu i drugą warstwę (9) ze stopu niklu, zwłaszcza zwią zku niklu i siarki, przy czym powłoka (7) ma, zwłaszcza zewnętrzną lub trzecią warstwę (10) z chromu.

4. Żelazko elektryczne według zastrz. 3, znamienne tym, że powłoka (7) ma pierwszą warstwę (8) o twardoś ci równej co najmniej 150 HV, drug ą warstwę o twardo ś ci równej co najmniej 350 HV oraz trzecią warstwę o twardości równej co najmniej 550 HV, zwłaszcza 800 HV, w związku z czym stopa (3) żelazka ma twardość rosnącą, począwszy od aluminiowego materiału podłoża, w kierunku na zewnątrz.

5. Żelazko elektryczne według zastrz. 3, znamienne tym, że twardość zewnętrznej warstwy powłoki (7), zwłaszcza warstwy chromu, wynosi od 700 do 1100 HV.

6. Ż elazko elektryczne według zastrz. 3, znamienne tym, ż e powłoka (1) ma pierwszą warstwę (8) o grubości od 10 do 70 μm, zwłaszcza 50 pm, oraz drugą warstwę (9) o grubości od 10 do 70 pm, zwłaszcza 50 μm.

7. Żelazko elektryczne według zastrz. 6, znamienne tym, że powłoka (7) ma trzecią warstwę o grubości od 10 do 50 μm, zwłaszcza 20 pm.

8. Żelazko elektryczne według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że powłoka (7) ma grubość większą niż 60 pm.

9. Sposób wytwarzania żelazka elektrycznego, w którym odlewa się blok żelazka z zawierającego krzem aluminium wraz z elektrycznym układem grzejnym, przy czym na bloku żelazka mocuje się w sposób przewodzący ciepło stopę z ubogiego w krzem aluminium, znamienny tym, że stopę żelazka pokrywa się galwaniczno-elektrolitycznie zawierającą nikiel i/lub chrom powłoką o grubości ponad 40 μm, i nadaje się jej taką strukturę, że stopa (3) żelazka ma twardość rosnącą, począwszy od aluminiowego materiału podłoża, w kierunku na zewnątrz.

10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że w kąpieli elektrolitycznej do nakładania powłoki niklowej przed stopą żelazka umieszcza się nieprzewodzącą przesłonę, za pomocą której zwiększa się równomierność grubości osadzanej warstwy metalu.

11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że warstwę chromu nakłada się w kąpieli elektrolitycznej, w której stosuje się anodę kształtową dopasowaną kształtem do stopy żelazka, za pomocą której osiąga się w przybliżeniu jednorodną grubość warstwy.