SE437108B - Forfarande for tjockleksbedomning av nickelskikt som er applicerat pa vermeelementmantelror - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 7805889-8 2 av ett temperaturbeständigt organiskt färgämne.

Genom GB-A-523 751 är känt ett förfarande för åstad- kommande av en svart yta på en nickelkromjärnlegerinq, där nickel utgör huvudbeståndsdelen, varvid i oxiderande atmos- fär legeringen upphettas till relativt hög temperatur.

Exempel på en sådan legering är 70 - 80% nickel, 11 - 15% krom, 5 - 10% järn. Vid detta förfarande appliceras således på den huvudsakligen nickel innehållande legeringen inget ytterligare nickelskikt. _ Motståndskraften av värmeelement med applicerat och eventuellt indiffunderat nickelskikt resp nickeloxidskikt är beroende av att skiktet utmed värmeelementets hela yta har likformig och definierad tjocklek. Medan vid ståldetaljer en oproblematisk skikttjockleksprovning kan utföras med hjälp av magnetfält, misslyckas detta vid aktuella austenitiska stål med nickelhalter mellan 8 - 12% och en kromhalt av 8 - 25%. Om vid förnickling, t ex genom fettspår på grund av manuell beröring, pâ vissa ställen av värmeelementets yta nickelskiktet blivit för tunt, kommer spänningskorrosionen att börja just på detta ställe. Den genom appliceringen av nickelskiktet avsedda förlängning av värmelementets livslängd till ungefär det 10-dubbla jämfört med icke förnicklade vär- meelement uppnås således endast om det är säkerställt att verkligen hela ytan är homogent förnicklad.

Man kan med slipbilder och kontroll under mikroskop stickprovsvis kontrollera nickelbeläggningen. Detta förfa- rande medför emellertid olägenheten att värmeelementet för- störes och att man undersöker ett ställe där nickelskiktet kan vara helt i sin ordning medan skiktet på ett annat stäl- le av samma element kan vara behäftat med fel som icke av- slöjas. Lämnar emellertid en felbehäftad serie av rörvärme- element fabriken kan först efter ett eller flera år med ledning av elementens livslängd avslöjas huruvida produktio- nen varit behäftad med fel eller icke. i Uppfinningen har fått till uppgift att åstadkomma ett förfarande medelst vilket seriemässigt på enkelt sätt tjock- leken av ett på ett rörformigt värmeelement applicerat och ' eventuellt i mantelytan indiffunderat nickelskikt kan kon- trolleras visuellt. 10 15 20 25 30 35 7805889-8 3 Denna uppgift löses i enlighet med patentkravets kännetecknande del.

Enligt det nya förfarandet kan således nickelskiktets tjocklek bedömas utan att för detta ändamål erfordras tidsödande och kostandskrävande undersökningar.

Föreliggande uppfinning bygger således på insikten att nickelskikt av det aktuella slaget med bestämd homogen tjocklek på kromnickelstàlrör kan bilda ett oxidskikt som är homogent över hela sin längd, dvs har ett likformigt färgat oxidskikt.

Sàlänge vid serietillverkning således erhålles ett lik- formigt mörkgrönt nickeloxidskikt, vet man att nickelskiktets tjocklek ligger över 20/u. Under 20/u uppträder plötsligt ett omslag till grått till brunsvart oxidskikt. Någon fysi- kalisk förklaring för den uppträdande effekten har hittills inte kunnat ges. En undersökning av de oxiderade ytornas röntgenfinstruktur visar förutom underlaget av nickel vid båda oxiderade prover enbart nickeloxid. Enligt litteratu- ren existerar både vid högre och lägre temperaturer såväl en grön som en svart nickeloxid.

Det har nu konstaterats att rörformade värmeelement en- ligt uppfinningen är ytterst beständiga mot spänningskorro- sion, dvs spänningssprickbildning. För kontroll av spännings- korrosionen undersöktes U-formigt böjda rörformade värme- element under förspänning i 42%-ig MgCl2-lösning vid 145°C.

Sprickbildningsförloppet bedömdes efter sprickornas iakttag- barhet vid olika förstoring. Beträffande värmeelement med grönt oxidskikt kunde vid sex gånger förstoring de första sprickorna konstateras efter 122 timmar. Såsom jämförelse undersöktes ett rörformat värmeelement med icke förnicklat mantelrör av kromnickelmolybdenstål. Detsamma visade vid sex gånger förstoring de första spänningssprickorna redan efter fyra timmar. Efter åtta timmar uppkom redan ett brott.

För att kontrollera rostbildningen provades värmeelement enligt uppfinningen genom ett växeldoppförsök i havsvatten.

Efter fyra veckor kunde praktiskt taget icke konstateras någon rostbildning. Icke heller ökad provmediekoncentration gav rcstbildning inom ytterligare två veckor. vaosass-8 4 10 l5 20 25 30 35 g fig. l Uppfinningen skall nu ytterligare förklaras i anslutning till på bifogade ritning återgivna figurer. Därvid visar: en vy av ett rörformat värmeelement fig. 2 ett snitt i större skala genom värmeelementet _ enligt fig; l i pilarnas I-I riktning fig. 3 och 4 slipbilder genom värmeelementets yttersta skikt.

Det i fig. l återgivna W-formigt böjda värmeelementet . uppvisar ett mantelrör 1 av kromnickelstål, nämligt enligt en föredragen utföringsform av ett 18/8-stål, dvs med 18% krom och 8% nickel. Vid värmeelementets ändar finns anslutnings- bultar 2 som, såsom förklaras längre nedan, såsom olegerade stålbultar i förekommande fall också förnicklas. På värmeelement- manteln l appliceras ett nickelskikt med en tjocklek på mer än 20 P, företrädes 20-3Qu. Det färdigställda elementet glödgas vid 900-l200°C i luft eller i oxiderande atmosfär, varvid erhålles ett mörkgrönt, likformigt, snyggt utseende oxidskikt på ytan. Vid denna glödgningsprocess diffunderar en del av nickelskiktet in i värmeelementmanteln.

Alternativt kan även det ännu icke fyllda mantelröret l förses med nämnda nickelskikt och glödgas under skyddsgas.

Därvid erhålles en metallisk blank yta. Efter rörets fyllning och reducering sker en andra glödgning i oxiderande atmosfär på ovan beskrivet sätt.

Såsom framgår av fig. 2 består således värmeelement- mantelns yttersta skikt av ett likformigt nickeloxidskikt 3 och ett övergångsskikt 4, som övergår i utgångslegeringen 5, således i allmänhet en kfomnickellegering av typen 18/8.

Vid den i fig. 3 âtergivna slipbilden av slutprodukten efter glödgningen användes såsom utgångsmaterial ett rörformat värmeelement, på vilket applicerats ett ungefär 30/p tjockt nickelskikt.

Vid den i fig. 4 âtergivna utföringsformen hade det före glödgningen applicerade nickelskiktet en tjocklek på något under 15 p. Slipbilden enligt fig. 3 visar nu att nickelskiktet har en tjocklek på ungefär 20 p och övergångs- skiktet 4 en tjocklek på ungefär 5-6 p. Nickeloxidskiktet har jämn vacker mörkgrön färg. 10 15 20 25 30 35 40 5 7805889-8 Vid den i fig. 4 återgivna utföringsformen har oxid- skiktet 3 mindre tjocklek jämfört med den i fig. 3 återgivna utföringsformen, nämligen en tjocklek på bara l5 p. Oxidskiktet är grått till svart, alltefter belysning även brunsvart. Det under oxidskiktet liggande nickelskiktet visar under den mörka beläggningen en interkristallint förlöpande oxidation, som sträcker sig till diffusionszonens gräns och som syns tydligt i båda slipbilder.

Tilläggas kan vidare att vid det i fig. 3 återgivna provet glödgningsprocessen skedde vid l080°C under 5 minuter.

Problemet med spänningskorrosionen och i förekommande fall med rostbildning är mycket akut just vid diskmaskiner, eftersom man inte kan förhindra att vattnet innehåller koksalt. Normalt i och för sig rostfritt kromnickelstâl bildar utan förnickling ett oxidskikt som rostar. Dessutom är ett dylikt utförande mycket känsligt mot spänningskorrosion.

Diffusionsprocessen förlöper i båda riktningarna, dvs. å ena sidan diffunderar nickelskiktet in i kromnickelskikts- manteln och å andra sidan diffunderar beståndsdelar från kromnickellegeringarna in i nickelskiktet.

Beständigheten mot spänningskorrosion är utmärkt vid båda utföringsformerna, förutsatt att ett nickelskíkt överhuvud- taget finns. Saknas detsamma, t.ex. p.g.a. ett tillverkningsfel, eller är det för svagt, t.ex. endast 4-5 y, rostar oxiden, vilket emellertid kan konstateras först efter längre använd- ningstid. Oxidskiktets konstaterade färgomslag från grönt till mörkgrått resp. gråbrunt medger nu tillverkningsmässigt en enkel kontroll av nickelskiktets tjocklek. Det gröna oxidskiktet föredras således, eftersom det, så länge det finns, är säkerställt att níckelskiktet vid appliceringen har en tjocklek, som i hög grad utesluter spänningskorrosion.

Om nickelskiktets appliceringstjocklek kontrolleras på annat sätt eller om det av andra skäl vid tillverkningen är säker- ställt att nickelskiktet alltid kommer att ha en viss tjocklek, kan för inbesparing av nickel arbetas även med tunnare nickelskikt.

Oxiderande glödgníngsprocesser vid färdigställda värmeele- ment har hittills undvikits, eftersom anslutningsbultarna av olegerat stål utsättes för en kraftig oxidbildning, så att de inte längre lämpar sig som anslutningsbultar. Använder 10 15 20 25 30 7805889-8 ON man istället för olegerade stålbultar sådana av rostfritt nickelstål, måste även dessa för âstadkommande av en tillfreds- ställande punktsvetsförbindning befrias från oxidskiktet.

För att lösa detta problem föredras att mantelröret 1 och anslutningsbultarna 2 utförs lågot längre. Därvid användes normala olegerade stålbultar, som i förekommande fall kan vara förnicklade. Den i högkomprimerad magnesiumoxid liggande delen av anslutningsbulten är under glödgningsprocessen skyddad mot oxidation. Efter glödgning kapas överskottslängderna på mantelröret l och anslutningsbultens oxiderade ände, så att de icke oxiderade anslutningsbultarna 2 frilägges.

Sammanfattningsvis kan således konstateras att vid sam- verkan av diffusionsförloppet med bildandet av nickeloxids- kiktet kan konstateras två olika förlopp, vilka vid en grundlegering av 18% krom och 8% nickel slår om tämligen exakt vid 20lp nickelskikt, vilket sker i en form som svarar mot slipbilderna enligt fig. 3 resp. fig. 4. Båda ytformerna är emellertid ytterst stabila mot spänningskorrosion. Vilken form som föredras, beror å ena sidan av estetiska synpunkter - mörkgrå/svart/resp. grön yta - och å andra sidan av värmeele- mentets avsedda användningsområde.

I och för sig är det mera ekonomiskt att förnickla det tomma ännu oböjda mantelröret för värmeelementet. Emellertid måste därefter genomföras ett glödgningsförfarande under skyddsgas. Utan denna glödgningsprocess skulle vid kompakter- ingen - även kallad reducering - av det fyllda och böjda rörvärmeelementet det spröda nickelskiktet kunna spricka loss från'grundmateria1et. Det färdigställda värmeelementet glödgas då en andra gång i oxiderande atmosfär för att åstadkomma oxidskiktet. En oxiderande glödgning före rörvärme- elementets fyllning är emellertid ingen fördel, eftersom oxidskiktet kan rispas sönder vid fyllning och reducering, så att slutprodukten får ett mindre tilltalande utseende.

Claims (1)

1. 7805889-8 PATENTKRAV Förfarande för tjockleksbedömning av nickelskikt som är applicerat på värmeelementmantelrör av kromnickel- stål med 8 - 12% nickelhalt och 5 ~ 28% kromhalt, k ä n n e t e c k n a t därav, att de rörformade vär- meelementen glödgas i luft eller oxiderande atmosfär vid 900°C till 1200°C, varvid värmeelementmantelrörets yta erhåller ett grönt, grått eller brunsvart oxidskikt, där färgerna motsvarar olika tjockleksområden.