CH556396A

CH556396A - Verfahren zum aufbringen einer korrosionsschutzschicht auf ein metall und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH556396A
Application number: CH1606871A
Authority: CH
Original assignee: Buechler Josef Heinrich
Priority date: 1971-11-03
Filing date: 1971-11-03
Publication date: 1974-11-29

Description

Es sind bereits verschiedene Verfahren zum Nachbehandeln von Metallen bekannt, sei es um das optische Aussehen der Metalle zu verbessern oder diese vor Korrosionseinflüssen zu schützen. Dabei werden Metalle, wie Eisen und Stahl, mit anderen, edleren oder unedleren Metallen beschichtet. Als Überzüge werden vorwiegend Zink, Blei, Aluminium, Kupfer, Chrom, Nickel oder Kadmium verwendet, welche nach den verschiedensten Auftragungsverfahren und in verschiedenen Schichtstärken appliziert werden. Diese Auftragung erfolgt dabei teils mechanisch und zwar durch Plattieren und Walzen, teils elektrochemisch, durch Galvanisierung, durch Tauchen der zu beschichtenden Metalle in Metallschmelzen oder durch Aufsprühen von flüssigen Metallen.

Die Haftfähigkeit dermassen aufgebrachter Schichten ist meist mechanischer Art, wobei je nach Mikrorauhigkeit der Oberfläche des zu beschichtenden Metalles die Haftfähigkeit gesteigert werden kann. Infolge dieser rein mechanischen Haftfähigkeit ist jedoch die Biegeelastizität bei Blechen stark begrenzt. Bei mittlerer Beanspruchung des Bleches, beispielsweise bei Verformung desselben, treten daher Rissbildungen und Abblätterungen der applizierten Metallschicht auf.

Im weiteren ist ein Verfahren zum Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht auf Aluminiumbasis auf ein Metall bekannt. Die besondere Art, beziehungsweise die Zusammensetzung der Schutzschicht ermöglicht jedoch nur eine begrenzte Anwendung, so dass dieses bekannte Verfahren in bezug auf Anwendungsmöglichkeiten nicht voll befriedigt.

Die vorliegende Erfindung hat nun ein Verfahren zum Gegenstand, bei welchem die Mängel der oben genannten, bekannten Verfahren nicht auftreten. Hierzu ist das Verfahren erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Metall mit mindestens einem metallpigmentierten Anstrich versehen wird und dass das beschichtete Metall durch Erhitzen bis zum Schmelzpunkt der Pigmentschicht derart aufgeschmolzen wird, dass im Anstrich enthaltene Bindemittel depolymerisieren und verdampfen.

Im weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Tunnelofen für die Erhitzung der aufgebrachten Schicht vorgesehen und derart ausgebildet ist, dass eine kontinuierliche mechanische Fortbewegung des beschichteten Metalles durch verschiedene Wärmezonen möglich ist.

Nachfolgen wird das erfindungsgemässe Verfahren, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Ein metallpigmentierter Anstrich wird auf ein zu schützendes Metall aufgetragen. Das Metall wird durch Erhitzen bis zum Schmelzpunkt des Metallpigmentes aufgeschmolzen, wobei die verwendeten Bindemittel im Anstrich depolymerisieren und verdampfen. Diese Erhitzung kann mit einem herkömmlichen Einbrennvorgang verglichen werden, wie er bei Lackierungsarbeiten üblicherweise durchgeführt wird; allerdings sind hier die Brenntemperaturen bedeutend höher und vom Schmelzpunkt der aufzubringenden Metallschicht abhängig.

Um einen ausreichenden Korrosionsschutz sowie gute mechanische Eigenschaften in bezug auf Verformbarkeit zu erhalten, wird die Dicke der aufzutragenden Metallschicht in der Grössenordnung von 10 bis 40 Mikron gewählt. Dadurch werden ebenfalls gute optische Eigenschaften gewährleistet.

Der die Schutzschicht bildende metallpigmentierte Anstrich setzt sich beispielsweise wie folgt zusammen: Bindemittel ca. 10-20% Metall ca. 25-35 %
Lösungsmittel ca. 4046%
Je nach der Feinheit der verwendeten Pigmente kann der Metallanteil variieren.

Die Einbrenntemperaturen müssen den verwendeten Metallen entsprechend angepasst sein. In der nachfolgend angeführten Tabelle sind einige zur Verwendung gelangende Metalle, sowie die dazu passenden Einbrenntemperaturen angegeben.

Blei ca. 300"C Bronze ca. 700"C Kadmium ca. 290 qC Deltametall ca. 800"C Gold ca. 850 9C Kupfer ca. 800"C Messing ca. 650 cm Nickel ca. 1000 "C Silber ca. 800 cm Zink ca. 400 cm Zinn ca. 200 cm Inox (rostfreier Stahl) ca. 1050 "C
Die Einbrenntemperaturen von Legierungen dieser Metalle hängt von den Abmessungen der mit diesen Metallen hergestellten Bestandteile ab.

Als Bindemittel kommen solche in Frage, welche ab 180 und 350 "C depolymerisieren und die Eigenschaft aufweisen, ohne Rückstand von Kohlenstoff oder eines Verkohlungsproduktes zu verdampfen. Zudem sollen sie die aufgebrachte Metallschicht durch Kohlenstoff nicht spröde machen. Diese Bindemittel werden in organischen Lösungsmitteln gelöst und vorwiegend mit blättchenförmigen Metallpigmentpasten pigmentiert.

Der oben genannte Anstrich dient zum Auftragen des Metallpulvers auf das Metall oder auf ein metallisches Werkstück. Dabei können solche Metallpulver verwendet werden, deren Schmelztemperaturen um mindestens 15 bis 20 "C höher liegen, als die Zersetzungstemperatur des Bindemittels. So können mit dem einen Bindemittel, dessen Zersetzungstemperatur bei 180 "C liegt, alle niedrig-schmelzenden Metalle, wie Blei, Kadmium usw., und mit dem anderen Bindemittel, dessen Zersetzungstemperatur ab 350 "C liegt, alle weiteren Metalle, wie Zink, Kupfer usw. aufgeschmolzen werden.

Schwieriger ist das Aufschmelzen von leicht oxydierbaren Metallen, wie Kupfer usw. bei höherer Temperatur. Dies verlangt eine sauerstofffreie Ofenatmosphäre, um die Metalle vor Oxydation zu schützen. Man arbeitet hier vorteilhaft in Schutzgasatmosphären, wie z. B. in Stickstoff. Es wurde auch der Versuch gemacht, Inox-Pulver, (feiner Metallstaub aus V2A-Stahl) zu applizieren.

Um die zahlreichen Möglichkeiten einzuschränken, soll ein technisch wichtiger Metallüberzug ausgewählt und das Verfahren zum Aufbringen blättchenförmiger Zinkpigmente erläutert werden.

Die zu beschichtenden Metallteile werden vor dem Auftragen der Schutzschicht entfettet und gebeizt oder durch Sandstrahlung gereinigt. Rost und Zunderschichten sind zu beseitigen, da sie später eine Blasenbildung bewirken können. Der Auftrag der Farbe kann durch Tauchen, Streichen oder
Spritzen erfolgen, wobei beim Tauchen Schichten von 8-12
Mikron und beim Spritzen eine beliebige Schichtstärke erreicht werden können. Der Anstrich ist nach 5-10 Minuten trocken und kann nun in einem Ofen thermisch zersetzt und aufge schmolzen werden. Die Temperaturerhöhung bis 180/350 qC, je nach dem verwendeten Bindemittel, muss langsam vor sich gehen. Hienuf kann die Temperatur schnell erhöht werden und richtet sich nach dem verwendeten Metallpigment und der
Dicke des zu behandelnden Werkstückes. Sie ist auch vom
Ofen abhängig.

In einem Tunnelofen wird die Temperatur höher sein als in einem Muffelofen. Bei zu hoher Temperatur oder zu langer Verweilzeit im Ofen verändert sich das Ausse hen der Schutzschicht, wobei sie oxydieren kann.

Von besonderer Wichtigkeit ist der zum Einbrennen verwendete Ofen. Es ist unbedingt notwendig, dass das Erhitzen und Abkühlen langsam und stetig erfolgt. Der geeigneteste Ofen scheint ein Tunnelofen zu sein, wie er in Emaillierwerken Verwendung findet, und der es gestattet, durch mechanische Fortbewegung des Werkstückes die verschiedenen Temperaturzonen kontinuierlich zu durchlaufen.

Besonders gute Ergebnisse wurden mit blättchenförmigen Zinkpigmenten erzielt, welche einen hervorragenden Korrosionsschutz bieten. Die Brenntemperatur kann bei mit Zink pigmentierten Anstrichen mit 400-430 "C angegeben werden.

Das Auftragen von Zink oder Kadmium ergibt einen kathodischen Schutz. Interessante Resultate boten verschiedene Legierungen. Dieses Verfahren gestattet, für die verschiedensten Anwendungsgebiete im Korrosionsschutz Legierungen herzustellen, bzw. auf schon aufgetragenen Zinkschichten zum verstärkten Korrosionsschutz Aluminiumüberzüge anzubringen, die gegen aggressive Dämpfe, wie auch gegen die Oxydation von Zink bei höheren Temperaturen schützen.

Infolge der verhältnismässig einfachen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann dieses vorzugsweise für die Beschichtung von Zuleitungen von Brennern, Öfen, Heissluftgebläsen, Rekuperatoren, Schmelzöfen, Elektroheizanlagen, Auspuffrohren, Wärmeaustauschern, Backöfen usw.

Verwendung finden.

Es lassen sich nicht nur bereits fertig bearbeitete Werkstükke beschichten. Vielmehr ist es auch möglich, Stahlbänder oder Walzbleche bei ihrer Herstellung selber zu beschichten und damit bereits zu Beginn einen wirkungsvollen Korrosionsschutz dieser Werkstoffe zu erhalten. Im übrigen können Leitungsrohre aus Eisen von der Innenseite her mit einer derartigen Schutzschicht versehen werden, um sie widerstandsfähiger gegen aggressive Förderungsflüssigkeiten zu machen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

I. Verfahren zum Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht auf ein Metall, dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Metall mit mindestens einem metallpigmentierten Anstrich versehen wird und dass das beschichtete Metall durch Erhitzen bis zum Schmelzpunkt der Pigmentschicht derart aufgeschmolzen wird, dass im Anstrich enthaltene Bindemittel depolymerisieren und verdampfen.

II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Tunnelofen für die Erhitzung der aufgebrachten Schicht vorgesehen und derart ausgebildet ist, dass eine kontinuierliche mechanische Fortbewegung des beschichteten Metalles durch verschiedene Wärmezonen möglich ist.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Metall vor dem Aufbringen der Schicht entfettet, gebeizt oder durch Sandstrahlung gereinigt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallpigmentierter Anstrich mit folgender Zusammensetzung auf das Metall aufgetragen wird: Bindemittel ca.10-20% Metall ca.25-35 % Lösungsmittel ca.40-46% 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass solche Bindemittel vorgesehen werden, welche ab 180 und 350 "C depolymerisieren und ohne Rückstand von Kohlenstoff verdampfen.

4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallpigmentierter Anstrich aufgetragen wird, dessen Schmelztemperatur um mindestens 15 bis 20 "C höher liegt, als die Zersetzungstemperatur des Bindemittels 5. Verfahren nach den Unteransprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Bindemittel, dessen Zersetzungstemperatur bei 180 "C liegt, alle niedrig-schmelzenden Metalle, wie Blei, Kadmium, und mit einem anderen Bindemittel, dessen Zersetzungstemperatur ab 350 "C liegt, weitere Metalle, wie Zink, Kupfer verschmolzen werden.