CH476118A

CH476118A - Verfahren zur Beschichtung von Blechen mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: CH476118A
Application number: CH1806265A
Authority: CH
Inventors: Dutta Ranendra; Kumar Prof Ghose Tarun
Original assignee: Dutta Ranendra; Kumar Prof Ghose Tarun; Univ Jadavpur
Priority date: 1965-12-30
Filing date: 1965-12-30
Publication date: 1969-07-31

Description

Verfahren zur Beschichtung von Blechen mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschich tung von Blechflächen, insbesondere von Stahlblechflä- chen, mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen, wo bei man die Blechfläche mit einem Flussmittel beschich tet, die derart beschichtete Blechfläche trocknet und dann auf sie geschmolzenes Aluminium oder eine ge schmolzene Aluminiumlegierung aufbringt.

Verschiedene Verfahren zum Beschichten von Stahl bzw. Blechflächen mit Aluminium sind bereits vorge schlagen worden. Hierbei wird so vorgegangen, dass man die gereinigten Flächen durch ein geschmolzenes Fluss- mittel mit hoher Temperatur und anschliessend durch ein Bad mit flüssigem Aluminium führt. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die zu beschichtende Fläche vor ihrer Beschichtung chemisch passiviert, so dass die Flussmittel- und Reinigungsbehandlung entfällt.

Es wurde gefunden, dass sich eine solche Verfahrenswei se als nicht zufriedenstellend erwies, insbesondere auch im Hinblick auf das Verfahrensprodukt .bei der Verwen dung als Nahrungsmittelbehälter.

Zur Vermeidung dieser Nachteile ist das eingangs erwähnte erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekenn zeichnet, dass man ein Flussmittel verwendet, welches eine Vielzahl von Metallverbindungen, die eine Verbin dung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung mit der Blechfläche gewährleisten, in fein verteiltem Zustand enthält.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Flussmittel aus Natrium-, Lithium- und Kaliumchlorid, Aluminiumfluorid, Zinkoxyd und aus mindestens einem geeigneten Modifizierungsmittel, wie Kallumbifluorid und Kalium-Fluortitanat.

Der prozentuale Anteil des Natriumchlorideskann variieren zwischen 10-13 %, der des Lithiumchlorides zwischen 5-25 0/0, der des Natriumfluorides zwischen 10-70 %, der des Kaliumchlorides zwischen 5-40 %,

der es Zinkoxydes zwischen 0,05-5 %, der des Alu- miniumfluorides zwischen 5-30 0/0. Das Modifizie- rungsmittel kann in Spuren vorhanden sein.

Obgleich vorzugsweise nur Spuren des Modifizie- rungsmittels angewendet werden, kann man doch auch bis zu 5 % Kaliumfluorititanat und/oder bis zu 65 0/0 Kaliumbifluorid verwenden.

Vorzugsweise wird das Flussmittel bei einer solchen Temperatur auf die gereinigte Stahlfläche gebracht, bei der seine Eigenschaften nicht beeinträchtigt werden, d. h. vorzugsweise ist das Flussmittel bei Raumtempera tur aufzubringen.

Die Stahloberfläche kann in bekannter Weise gerei nigt werden. Es ist jedoch wichtig, dass die Stahlfläche vor Aufbringung des Flussmittels gereinigt ist, da jedes auf der Stahlfläche haftende Fremdkörperchen einen nachteiligen Einfluss auf die Beschichtung hat.

Nach der Aufbringung des Flussmittels werden die Flächen getrocknet, um Wasser zu entfernen. Danach werden die Flächen durch ein Bad mit flüssigem Alumi nium oder Aluminiumlegierungen geführt. Danach kann die Stahlfläche eloxiert werden. Dieses Eloxieren ist für das erfindungsgemässe Verfahren nicht wesentlich und braucht nur in gewissen Fällen zur Anwendung gebracht werden, wo gewisse Eigenschaften von den Oberflächen gefordert werden.

Das Elektrolyt-Bad kann beispielswei se aus Schwefelsäure und Oxalsäurebestehen. Die beschichtete Fläche bildet dabei die Anode und die Kathode wird wie üblich aus Blei oder Aluminium gebildet. Die Zeit für einen elektrolytischen Niederschlag soll 15 Minuten nicht überschreiten.

Es sei nun näher auf die aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Beschichtung eingegan gen. Obgleich Aluminium eine geeignete Beschichtung für eine Stahl- bzw. Blechfläche darstellt, so ist doch eine Aluminiumlegierung vorzuziehen, um die Kosten zu reduzieren und um gewünschte Eigenschaften der Be- schichtungsfläche zu erhalten.

Beispielsweise können folgende Aluminiumlegierungen zur Verwendung kom men: AI-Titan, AI-Magnesium, AI-Silicium, Al-Silicium- Titan, AI-Mangan. Es ist selbstverständlich, dass solche Alu-Legierun- gen im vorliegenden Fall nicht verwendet werden kön nen, die keine gute metallurgische Bindung ergeben und die für den vorgesehenen Verwendungszweck der be schichteten Bleche nicht geeignet sind.

Beispiel 1 Beschichtet wurde eine Fläche, deren Zusammenset- zung weiter unten angeführt ist und die bei der Herstel lung von Konservendosen benutzt wird.

Das Blech hat folgende Zusammensetzung:
EMI0002.0009

C <SEP> 0,006 <SEP> - <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> P <SEP> 0,03 <SEP> - <SEP> 0,05 <SEP> %
<tb> Mn <SEP> 0,4 <SEP> - <SEP> 0,6 <SEP> % <SEP> S <SEP> 0,03 <SEP> - <SEP> 0,7 <SEP> 0/0
<tb> Spuren <SEP> von <SEP> Si
<tb> Blechstärke <SEP> 0,25 <SEP> - <SEP> 0,3 <SEP> mm
<tb> kaltgewalzt <SEP> und <SEP> normalisiert Die Oberfläche der schwarzen Platte wurde gereinigt und Oberflächenrost und Korrosion entfernt.

Aus der grossen Platte wurden kleine Stücke zugeschnitten, die nach mechanischer Reinigung in 10 %-ige Salzsäure getaucht wurden, nachdem in einer schwach alkalischen Lösung eine Entfettung erfolgte. Die Versuchsstücke wurden voll in das angesäuerte Wasser eingetaucht und bis zum Eintauchen in das schmelzflüssige Aluminium bad darin gehalten.

Es wurde beobachtet, dass, wenn,die Plattenflächen nicht in einem Heisstauchprozess mit Alkali- und Säurelösungen einwandfrei gesäubert waren, dies zu störenden und unveränderlicher Legierungsflek- kenbildung führte.

Vor dem Heisstauchverfahren wurden sogenannte Pellettests mit der Stoffzusammenstellung oder dem Flussmittel, wie oben beschrieben, ausgeführt, um eine Indikation zu erhalten, ob die Plattenoberfläche sauber genug war und ob die Fliessfähigkeit des Legierungsma terials ausreichend sei.

In den ersten Versuchsserien wurden zwei kleine feuerfeste Tiegelzangen benutzt, und zwar eine für das Schmelzen des Flussmittels und eine für das Schmelzen des Aluminiums. Sie wurden in eine mit Gebläse versehene Feuerstelle gesetzt. Innerhalb einer halben Stunde war das Metall und innerhalb von 10 Minuten das Flussmittel geschmolzen. Das Flussmittel reagierte heftig mit dem feuerfesten Material, was zur Perforation der Tiegelzange führte.

Dies war wegen des Fluorgehal- tes des Flussmittels im geschmolzenen Zustand zu erwarten. Kleine Stücke der Grundplatte wurden erst kurz und dann sofort danach nochmals etwa 20 sec in das schmelzflüssige Aluminiumbad getaucht. Die Tem peratur des handelsüblich reinen Aluminiums wurde auf angenähert 700 C gehalten.

Die Platten konnten auf diese Weise aluminisiert werden, aber beim Biegeversuch zeigte sich, dass sich teilweise die Beschichtung anhob und es wurde beobachtet, dass während der Diffusion die Flüssigkeit die Platte im Inneren spröd machte.

Nach der Aluminisierung wurde die Temperatur der Platte reduziert, die Platte wurde in Wasser getaucht, um sie schnell auf Raumtemperatur zu bringen, wodurch der Diffusionsgeschwindigkeit Einhalt geboten wurde. Einige Streifen wurden mit handelsüblichem, reinem Alumi nium überzogen. Beispiel Il Es wurde die gleiche Behandlung durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, dass die AI-Legierung ge wechselt wurde, um die Tauchtemperatur zu reduzieren und das Legierungsmaterial plastisch vorliegen zu haben.

So wurde eine Legierung mit einer vergleichsweise niedrigen Viskosität benutzt, wodurch das flüssige Metall leichter von der Platte weggeführt werden konnte. Die Beschickung mit Flussmitteln. wurde insofern geändert, als nach einem kurzen Vorwärmen der Platte Flussmittel gleichmässig auf die Platte aufgepudert und durch Weitererwärmung auf der Platte geschmolzen wurde. Darauf erfolgte unmittelbar das Eintauchen in die Legierung bei einer Temperatur von etwa 670 C. Hierbei wurde eine zufriedenstellende Beschichtung mit Aluminium erreicht.

Beispiel I11 In verschiedenen Versuchsreihen wurden Versuche mit folgenden beschichteten Platten unternommen: 1. Aluminierte Platte 2. Aluminiert und eloxiert 3. Aluminisiert und. gelackt 4. Aluminisiert, eleoxiert und gelackt 5. Reiner Blechbehälter zum Vergleich Insgesamt wurden nahezu 500 Behälter untersucht.

Es wurden dabei die üblichen Behandlungs- und Pack methoden angewandt und zwar wurden folgende Nah rungsmittel abgefüllt:
EMI0002.0084

Erbsen <SEP> in <SEP> Salzwasser <SEP> Tomatensaft
<tb> Grape-Fruit-Saft <SEP> Fleisch <SEP> (eingesalzenes
<tb> Fisch <SEP> (Karpfen <SEP> in <SEP> Salzwasser) <SEP> Hammelfleisch)
<tb> Kondensierte <SEP> Milch <SEP> Rüben <SEP> in <SEP> Salzwasser
<tb> Kartoffeln <SEP> in <SEP> Salzwasser
<tb> Reis <SEP> gewürzte <SEP> Gemüse
<tb> Dalda <SEP> gesalzene <SEP> Butter
<tb> Käse <SEP> Essig
<tb> Spinat <SEP> Leitungswasser
<tb> Reis <SEP> mit <SEP> Hülsenfrüchten <SEP> Mango <SEP> in <SEP> Syrup Bei der ersten Versuchsreihe wurden aluminisierte Blechschalen von 5 x 5 cm Grösse gereinigt.

Die ge schnittenen Kanten wurden mit einem Vinyl-Lack be- deckt. Einige der Sohalen wurden in 15 %-iger Schwefel- säure eloxiert, etwa 10-15 Minuten. Diese Schalen wurden in die Versuche mit einbezogen. Aluminisierte Platten wurden auch mit einem Universal-Nahrungsmit- tellack versehen.

Hierzu wurden die Schalen eingetaucht und abgetropft und auf 200 C gebracht, ebenso die aluminisierten und eloxierten Schalen. In beiden Fällen war die Haftung an den Schalenflächen zufriedenstel lend. Ein Abblättern wurde nicht beobachtet.

In den ersten Versuchsreihen wurden Reis, Erbsen, Grapefruit, Tomaten und Hackfleisch behandelt und in vollständig gelackte Klemmdosen verpackt. Nach Lage rung im Sommer von einer Woche bis 26 Wochen bei Raumtemperatur wurde folgendes beobachtet:

In einer nur verzinnten Dose ohne Lack trat bei Reis, Fleisch, Tomaten, Erbsen eine starke Schwefelfär bung auf in Verbindung mit einer Entzinnung. Demge genüber zeigten die aluminiserten Flächen keine Oberflä- ehenkorrosion oder eine andere Art von chemischer Umsetzung der Aluminiumbeschichtung, dank der Ober flächenoxydation des Aluminiums, die während des Beschichtens erreicht wird.

Im Fall von sauren Frucht konserven, wie Tomaten und Grapefruit-Saft zeigten die aluminisierten und eloxierten Flächen einen besseren Widerstand gegen Korrosion als die nur aluminisierten Flächen. Die gelackten Schalen zeigten bemerkenswerte Verbesserungen sowie es ihren Widerstand gegen Korro sion betraf. Bei stark sauren Packungen mit pH 2,5-3 zeigte sich eine Neigung zu Wasserstoffbildung in den Dosen mit aluminisierten und aluminisierten und eloxier ten :Schalen.

Bei den zweiten Versuchsreihen wurde eine breite Skala von Nahrungsmitteln, wie Fleisch, Fisch, Gemüse und Früchte, wie beschrieben, verpackt und auf Schalen von 10 x 7,5 cm Grösse, wie beschrieben, in Dosen eingesetzt. Es ergab sich folgendes.

Reis, Fleisch, Fisch, Spinat, Leitungswasser, Rüben, Kartoffeln, Erbsen, Milch, Dalda, Butter und Erbsen haben keine Anzeichen von Fleckenbildung auf den aluminisierten und eloxierten, den aluminisierten und gelackten und auf den aluminisierten, gelackten und eloxierten Platten hinterlassen. Die Nahrungsmittel wur den nach öffnung der Dosen in Intervallen von 1-26 Wochen von verschiedenen Personen gekostet, wobei keine Unverträglichkeit festgestellt wurde.

Bei sauren Früchten, Grapefruit, Tomatensaft, Mangos in Lake, Mangos in Syrup usw. zeigten sich verschiedene Ergeb- nisse. Bei Grapefrait-Saft wurde festgestellt, dass hierbei der geringste Korrosionsgrad bei aluminisierten und aluminiserten und eloxierten Schalen vorlag. Bei anderen stark sauren Einsätzen wurde Wasserstoffbildung beob achtet, bei gelackten Schalen jedoch zeigte sich eine bessere Korrosionsresistenz. Die Kontrollpackungen, d. h. die reinen Blechdosen wurden mit Nahrungsmit teln, wie Fisch, Fleisch, Reis, Kartoffeln usw. getestet.

Es zeigte sich teilweise Färbung an den Kontaktflächen und Schwefelfärbung. Es konnten ferner einige bemer kenswerte Beobachtungen gemacht werden: Bei Rüben in Lake wurde keine Verfärbung festge stellt, wenn sich diese in Dosen mit aluminisierten Schalen befanden, während der Inhalt von Blechdosen völlig ausgebleicht war.

Die aluminisierten Blechflächen, wie sie nach dem erfindunsgemässen Verfahren hergestellt wurden, zeigten die Eigenschaft der Korrosionsfestigkeit bei feuchter Atmosphäre oder in Wasser und zwar eine bessere Festigkeit als galvanisierte Blechflächen in der Anwen dung als Behälter und als Rohre, Rohrfittings und Rohrverbindungen.

Claims

PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Beschichtung von Blechflächen, insbe sondere von Stahl'blechflächen, mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen, wobei man die Blechfläche mit einem Flussmittel beschichtet, die derart beschichtete Blechfläche trocknet und dann auf sie geschmolzenes Aluminium oder eine geschmolzene Aluminiumlegierung aufbringt, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Fluss mittel verwendet, welches eine Vielzahl von Metallver bindungen,

die eine Verbindung des Aluminiums oder der Aluminiumlegierung mit der Blechfläche gewährlei sten, in fein verteiltem Zustand enthält. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das Flussmittel in Form eines Filmes aufgebracht wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das Flussmittel in Form einer wässri- gen Suspension verwendet wird. 3.

Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das Flussmittel in Puderform zusam- men mit einem inerten, feuchten Netzmittel auf die zu beschichtende Fläche aufgesprüht wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die gereinigte Blechfläche mit dem Flussmittel bei Raumtemperatur, beispielsweise durch Eintauchen oder Beschichten, in Berührung gebracht wird. 5.

Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man die gereinigte Blechfläche zur Bildung der Flussmittelschicht in einen ersten Behälter mit dem suspendierten Flussmittel taucht, dann trocknet und anschliessend die Blechfläche in einen zweiten Behälter mit geschmolzenem Aluminium oder einer geschmolzenen Aluminiumlegierung taucht, bis sich eine Schicht auf der Fläche gebildet hat.

PATENTANSPRUCH II Flussmittel zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vielzahl von Metallverbindungen, welche eine Verbin dung des Aluminiums oder von Aluminiumlegierungen mit einer Blechfläche gewährleisten, in fein verteilter Form enthält. UNTERANSPRÜCHE 6.

Flussmittel nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass es Natrium-, Lithium- und/oder Kaliumchlorid sowie Aluminiumfluorid und Zinkoxyd enthält. 7. Flussmittel nach Unteranspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, dass es ferner als Modifizierungsmittel Kaliumbifluorid und/oder Kaliumfluorotitanat ent hält. B.

Flussmittel nach Unteranspruch 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass es bis zu 65 % Kaliumbifluorid und/oder bis zu 5 % Kaliumfluorotitanat enthält. 9.

Flussmittel nach Unteranspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, dass es 10-30 % Natriumchlorid, 5-25 % Lithiumchlorid, 10-70 % Natriumfluorid, 5-40% Kaliumchlorid, 0,05-501o Zinkoxyd,

5-30 % Aluminiumflorid und mindestens eines der genannten Modifizierungsmittel enthält.

10. Flussmittel nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es 10-30% Natriumchlorid, 5-25 % Lithiumchlorid, 10-70 % Natriumfluorid, 5-40% Kaliumfluorid, 0,05-501o Zinkoxyd, 5-30 % Aluminiumfluorid,

0,3 % eines Emulgators und mindestens eines der genannten Modifizerungsmittel enthält.

11. Flussmittel nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass es bis zu 10 % Zinkchlorid ent- hält. 12.

Flussmittel nach Patentanspruch II oder einem der Unteransprüche '6-11, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Komponenten suspendiert sind, bei spielsweise in wässriger Suspension, welche gegebenen falls einen Emulgator oder ein inertes Benetzungsmittel enthält. Anmerkung des Eidg. Amtes für geistiges Eigentum:

Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentanspruch gegebenen Definitionen der Erfindung nicht in Einklang ste hen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungsbe reich des Patentes massgebend ist.