DEP0001532DA

DEP0001532DA - Method and device for applying or improving protective coatings

Info

Publication number: DEP0001532DA
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr.- Ing. Stuttgart Schmid
Original assignee: Fa. Paul Lechler, Stuttgart
Publication date: 1951-02-01

Description

In der Anstrichtechnik wird Wärme bei der Verarbeitung kalt- und heissflüssiger nichtmetallischer Schutzstoffe häufig angewandt. Man braucht Wärme beispielsweise zum Trocknen und Vorwärmen der Streichflächen und um die aufgetragenen Schutzüberzüge in ihren physikalischen oder chemischen Eigenschaften zu verbessern, sie z.B. zur trocknen, zu härten, oder porenfrei zu gestalten. Die Wärme wird den zu behandelnden Flächen üblicherweise entweder durch unmittelbare Flammeneinwirkung zugeführt, z.B. mittels Lötlampe, oder mittelbar durch Heissluftgebläse o.dgl. mehr. Diese gebräuchlichen Arten der Wärmeanwendung bringen manche Nachteile mit sich. Offene Flammen bilden in Gegenwart brennbarer Stoffe eine Feuers- oder sogar Explosionsgefahr und bei ihrer Anwendung bilden sich häufig Niederschläge von Kondenswasser oder Russ, wodurch die Haftung der Schutzüberzüge bzw. deren Güte beeinträchtigt wird. Ein Hauptnachteil der gebräuchlichen Verfahren besteht aber darin, dass dabei die Wärme den Schutzüberzügen von oben her zugeführt wird. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Überzüge an der Oberfläche überhitzt werden und dass in die tieferen Schichten nicht genügend Wärme gebracht werden kann, um die Haftung zu verbessern und schädliche Poren sowie Wassereinschlüsse zu beseitigen. Bei schmelzbaren Überzügen lässt sich eine kräftige Erwärmung bis zum Untergrund in der Regel schon deshalb nicht durchführen, weil dann die Masse flüssig und von geneigten Flächen ablaufen würde.In painting technology, heat is often used when processing cold and hot liquid non-metallic protective substances. Heat is needed, for example, to dry and preheat the painted surfaces and to improve the physical or chemical properties of the protective coatings applied, e.g. to dry them, to harden them or to make them pore-free. The heat is usually supplied to the surfaces to be treated either by direct exposure to the flame, e.g. by means of a blowtorch, or indirectly by means of a hot air blower or the like. more. These common types of heat application have some disadvantages. In the presence of flammable substances, open flames create a risk of fire or even explosion, and when they are used, condensation or soot often forms, which impairs the adhesion of the protective coatings or their quality. A main disadvantage of the conventional methods is that the heat is supplied to the protective coatings from above. As a result, there is a risk that the coatings on the surface will overheat and that not enough heat can be brought into the deeper layers to improve adhesion and remove harmful pores and water inclusions. In the case of fusible coatings, strong heating down to the subsurface is generally not possible because the mass would then run off in a liquid manner and from sloping surfaces.

Diese Nachteile der bekannten Verfahren werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass das zu überziehende Metall vor, während oder nach dem Aufbringen des nichtmetallischen, aber gegebenenfalls metallisch <Nicht lesbar> Schutzüberzugs mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes vorzugsweise hoher Frequenz erhitzt wird. Die Anwendung eines magnetischen Wechselfeldes ermöglicht es, der Metalloberfläche unmittelbar beträchtliche Energiemengen zuzuführen, die erst im Metall in Wärme verwandelt werden. Die Erwärmung der Metalloberfläche geschieht also unabhängig davon, ob darauf bereits ein nichtmetallischer Überzug angebracht ist oder nicht. Ein auf dem Metall befindlicher Überzug wird somit von der Metallfläche her erwärmt. Es wird dadurch erreicht, dass der Überzug niemals höhere Temperaturen als der Untergrund annehmen kann, und dass ein Wärmegefälle im Überzug gebildet wird, wobei die niedrigsten Temperaturen an dessen Oberfläche auftreten; hierdurch wird eine einwandfreie Verbindung des Überzugs mit dem Untergrund gewährleistet und der Ablauf der Trocknungs- und der Härtungsvorgänge begünstigt. Die Bildung von störenden Krusten oder Häuten, wie sie bei der üblichen Erwärmung von aussen her auftreten kann, wird verhindert. Voraussetzung für das Eintreten eines solchen vorteilhaften Erwärmungsvorganges ist dabei, dass die elektrische Leitfähigkeit des Schutzüberzuges erheblich niedriger liegt als die des zu erhitzenden Untergrundes.These disadvantages of the known methods are avoided according to the invention in that the metal to be coated is heated before, during or after the application of the non-metallic, but optionally metallic <not readable> protective coating with the aid of an alternating magnetic field, preferably at a high frequency. The application of an alternating magnetic field makes it possible to directly supply the metal surface with considerable amounts of energy, which are only converted into heat in the metal. The metal surface is heated independently whether or not a non-metallic coating has already been applied to it. A coating on the metal is thus heated from the metal surface. It is achieved that the coating can never reach higher temperatures than the substrate, and that a heat gradient is formed in the coating, the lowest temperatures occurring on its surface; This ensures a perfect connection between the coating and the substrate and facilitates the drying and hardening processes. The formation of annoying crusts or skins, as can occur with the usual heating from outside, is prevented. The prerequisite for such an advantageous heating process to occur is that the electrical conductivity of the protective coating is considerably lower than that of the substrate to be heated.

Während bei der bisher üblichen Nachbehandlung von Überzügen aus schmelzbarem nicht metallischem Material eine Erwärmung des metallischen Untergrundes nur langsam und vorsichtig durchgeführt werden konnte, um ein Abtropfen, Verbrennen oder Verkraken der Schutzschicht zu vermeiden, kann bei dem neuen Verfahren die nötige Wärme dem Metall unbehindert durch die Schutzschicht zugeführt werden. Da ausserdem die Wirkung eines magnetischen Wechselfeldes bekanntlich um so mehr auf die Metalloberfläche beschränkt bleibt, je höher die Frequenz ist, so kann durch Wahl einer entsprechenden Frequenz des Magnetfeldes und Anwendung hinreichender Dichte der je Flächen- und Zeiteinheit zugeführten Energie auch im Metall die Ausbildung eines beträchtlichen Wärmegefälles erreicht werden, dergestalt, dass die Berührungsfläche zwischen Metall und Überzug erheblich höhere Temperaturen annimmt als die tieferen Metallschichten. Dadurch wird nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens insbesondere bei dickwandigen Werkstücken verbessert, sondern auch vor allem beim Aufschmelzen von Überzügen die Möglichkeit geboten, die Dauer des Aufschmelzvorganges scharf zu begrenzen. Während bei gleichmässig erwärmten dickwandigen Metallen die darin aufgespeicherte Wärme das Erstarren des geschmolzenen Überzugs nach dem Aufhören der Energiezufuhr verzögert, führt bei bevorzugter Erwärmung der Metalloberfläche der Wärmeausgleich im Metall zu einem beschleunigten Temperaturrückgang. Die Gefahr des Abtropfens oder Abschwimmens der aufgeschmolzenen Überzüge wird dadurch beträchtlich herabgesetzt.While the previously customary post-treatment of coatings made of fusible, non-metallic material, the metallic substrate could only be heated slowly and carefully in order to prevent the protective layer from dripping, burning or creaking, with the new process the necessary heat can pass through the metal unhindered the protective layer can be supplied. In addition, since the effect of an alternating magnetic field is known to be limited to the metal surface, the higher the frequency, the formation of a considerable heat gradient can be achieved, such that the contact surface between metal and coating assumes significantly higher temperatures than the deeper metal layers. This not only improves the cost-effectiveness of the process, especially in the case of thick-walled workpieces, but also offers the possibility of sharply limiting the duration of the melting process, especially when melting coatings. While with evenly heated thick-walled metals the heat stored therein delays the solidification of the molten coating after the supply of energy has ceased, with preferential heating of the metal surface the heat balance in the metal leads to an accelerated temperature decrease. The risk of the melted coatings dripping off or floating away is thereby considerably reduced.

Infolge der starken Energiekonzentration, die durch das neue Verfahren gegeben ist, kann es mit Erfolg in manchen Fällen angewandt werden, wo die üblichen Arbeitsweisen versagen. Es ist beispielsweise von grosser Bedeutung für die Aufbringung von nichtmetallischen Schutzüberzügen auf Metallflächen, bei denen ähnliche Verhältnisse vorliegen, wie bei in Betrieb befindlichen Druckleitungen von Wasserkraftwerken, deren Temperatur in vielen Fällen zu fast allen Jahreszeiten unter dem Taupunkt der umgebenden Luft liegt und die deshalb meist mit Schwitzwasser beschlagen sind. Ein Vorwärmen derartiger Flächen mit der Flamme führt deshalb nicht zum Erfolg, weil sich auf der kalten Fläche sofort Verbrennungswasser niederschlägt. Durch Warmstrahlung oder Heissluft kann eine ausreichende Wärmezufuhr nicht herbeigeführt werden. Mit den bisherigen Mitteln konnten deshalb Rostschutzarbeiten an derartigen Objekten nur an wenigen Wochen des Jahres mit Erfolg durchgeführt werden. Durch das neue Verfahren ist es möglich, unmittelbar vor oder während des Aufbringens des Überzugs die Temperatur der Metalloberfläche über den Taupunkt zu heben und sie somit zu trocknen.As a result of the high concentration of energy which is given by the new process, it can be used successfully in some cases where the usual working methods fail. It is, for example, of great importance for the application of non-metallic protective coatings on metal surfaces where conditions are similar to those of operating pressure pipes of hydropower plants, the temperature of which is in many cases below the dew point of the surrounding air in almost all seasons and which is therefore mostly are fogged up with condensation. Preheating such surfaces with the flame is unsuccessful because combustion water is immediately deposited on the cold surface. A sufficient supply of heat cannot be brought about by means of warm radiation or hot air. With the means available to date, rust protection work on such objects could only be carried out successfully on a few weeks of the year. The new method makes it possible to raise the temperature of the metal surface above the dew point immediately before or during the application of the coating and thus to dry it.

Durch die Möglichkeit einer wirkungsvollen nachträglichen Wärmebehandlung ergeben sich besondere Vorteile bei Überzügen aus nichtmetallischen Stoffen, die nach Art des Metallspritzverfahrens hergestellt werden. Dieses durch seine einfache und bequeme Durchführung ausgezeichnete Verfahren hat bekanntlich den Nachteil, dass eine zuverlässige Verschmelzung der durch Heissluft oder Flammengase aufgeschleuderten Massetröpfchen untereinander und mit dem Untergrund nicht gewährleistet ist. Um die Überzugsmasse möglichst warm auf die zu überziehende Fläche zu bringen, muss mit unverhältnismässig hohen Spritztemperaturen gearbeitet werden, wodurch leicht eine Beeinträchtigung des Überzugsmaterials eintritt. Entsprechendes gilt bei allen Verfahren, bei denen ein Überzug durch Aufspritzen, Aufschleudern oder Aufblasen feinverteilten schmelzflüssigen Überzugsmaterials hergestellt wird. Erfindungsgemäss kann bei all diesen Verfahren die Arbeitstemperatur beim Aufbringen des Überzugs soweit herabgesetzt werden, dass die einzelnen Teilchen dere Überzugsmasse beim Auftreffen auf das Metall nur Temperaturen unter oder wenig über dem Schmelzpunkt besitzen und erst in der anschliessenden Wärmebehandlung mittels des magnetischen Wechselfeldes untereinander und mit der Unterlage verschmolzen werden.The possibility of an effective subsequent heat treatment results in particular advantages for coatings made of non-metallic materials, which are produced in the manner of the metal spraying process. This method, which is characterized by its simple and convenient implementation, is known to have the disadvantage that a reliable fusion of the mass droplets thrown up by hot air or flame gases with one another and with the substrate is not guaranteed. In order to bring the coating material to the surface to be coated as warmly as possible, disproportionately high spraying temperatures have to be used, which easily adversely affects the coating material. The same applies to all processes in which a coating is produced by spraying on, spinning on or blowing on finely divided molten coating material. According to the invention, in all of these processes, the working temperature when applying the coating can be reduced to such an extent that the individual particles of their coating composition only have temperatures below or just above the melting point when they hit the metal and only in the subsequent heat treatment by means of of the alternating magnetic field are fused with each other and with the substrate.

In gleicher Weise lässt sich das Verfahren zur Trocknung und Verdichtung von Überzügen anwenden, welche aus Emulsionen, Suspensionen und Dispersionen hergestellt sind. Emulsionsanstriche beispielsweise stellen je nach dem verwendeten Emulgator und Bindemittel selbst in getrocknetem Zustand ein verhältnismässig undichtes Gefüge dar. Durch die erfindungsgemässe Wärmebehandlung kann dieses lockere Gefüge in eine dichte homogene Masse verwandelt und mit der Unterlage verschmolzen werden. Ebenso ist es möglich, eine schmelzbares Überzugsmaterial in Pulverform, mit einer zweckmässig schnelltrocknenden Flüssigkeit und gegebenenfalls einem Bindemittel angeteigt, in kaltem Zustand aufzubringen und dann durch magnetische Erhitzung der Metallunterlage eine Trocknung herbeizuführen und die Teilchen in sich und mit dem Metall zu verschmelzen. Auf diese Weise lassen sich z.B. auch Überzüge aus verhältnismässig hochschmelzenden Stoffen herstellen, wie sie für bestimmte Zwecke, beispielsweise in Behältern für heisses Füllgut, benötigt werden.In the same way, the process can be used for drying and compacting coatings which are produced from emulsions, suspensions and dispersions. Emulsion paints, for example, depending on the emulsifier and binder used, represent a relatively leaky structure even when dried. The heat treatment according to the invention allows this loose structure to be transformed into a dense homogeneous mass and fused with the base. It is also possible to apply a fusible coating material in powder form, made into a paste with an expediently quick-drying liquid and optionally a binder, in a cold state and then to bring about drying by magnetically heating the metal base and to fuse the particles in themselves and with the metal. In this way, for example, coatings can also be produced from relatively high-melting substances, such as those required for certain purposes, for example in containers for hot filling goods.

Sofern in bestimmten Fällen eine mechanische Verarbeitung auf dem Untergrund ähnlich dem Einreiben mit dem Pinsel verlangt wird, kann das Verfahren gemäss der Erfindung in der Weise durchgeführt werden, dass während der Einwirkung des Magnetfeldes oder in unmittelbarem Anschluss daran das schmelzbare Überzugsmaterial in festem Zustand, z.B. in Stangenform, auf die erhitze Metallfläche aufgerieben und so auf ihr aufgeschmolzen wird.If, in certain cases, mechanical processing on the substrate similar to rubbing in with a brush is required, the method according to the invention can be carried out in such a way that the fusible coating material in a solid state, e.g. in stick form, rubbed onto the heated metal surface and melted onto it.

Besonders dichte Überzüge werden erfindungsgemäss in der Weise erzielt, dass der Werkstoff in Folienform, gegebenenfalls mit Hilfe zusätzlicher schmelzbarer Bindemittel auf die zu überziehende Metallfläche aufgeschmolzen wird. Die Verwendung zusätzlicher schmelzbarer Bindemittel kommt insbesondere dann in Frage, wenn die aufzubringende Folie aus einem Werkstoff besteht, der selbst entweder nicht schmelzbar ist oder sich mit einem Metalluntergrund schlecht verbindet. Das Bindemittel kann dabei auf der Folie angebracht oder als Grundanstrich auf der Metallunterlage aufgetragen werden. Wenn die Folien mit einer metallischen Zwischen- oder Decklage versehen werden, so können sie nach dem neuen Verfahren auch auf nichtmetallischen Untergründen, z.B. Beton, befestigt werden. Nichtmetallische Flächen können zur Anwendung des Verfahrens auch dadurch leitend gemacht werden, dass man sie mit einem geeigneten elektrisch leitenden Überzug, z.B. Blechauflage, Drahtgewebe, Streckmetall o.dgl. versieht.Particularly dense coatings are achieved according to the invention in such a way that the material is melted onto the metal surface to be coated in film form, if necessary with the aid of additional meltable binders. The use of additional fusible binders comes into question in particular when the film to be applied consists of a material which itself is either not fusible or which bonds poorly with a metal substrate. The binding agent can be attached to the foil or applied as a base coat to the metal base will. If the foils are provided with a metallic intermediate or top layer, they can also be attached to non-metallic substrates, e.g. concrete, using the new method. For the application of the method, non-metallic surfaces can also be made conductive by covering them with a suitable electrically conductive coating, e.g. sheet metal, wire mesh, expanded metal or the like. provides.

Bei der Herstellung von nichtmetallischen Schutzüberzügen in bekannter Weise mittels heissflüssiger Massen macht man häufig die Erfahrung, dass der kalte Metalluntergrund eine Abschreckwirkung ausübt, sodass eine ungenügende Haftfestigkeit zwischen Überzugsmasse und Metallfläche erzielt wird. In solchen Fällen kann mit dem neuen Verfahren durch nachträgliche Erhitzung des Überzugs von der Metallfläche her eine Verbesserung der Haftung erzielt werden. Das Verfahren eignet sich auch zur Härtung von durch Wärme härtbaren Kunstharzüberzügen.When producing non-metallic protective coatings in a known manner by means of hot-liquid compounds, one often finds that the cold metal substrate has a quenching effect, so that insufficient adhesive strength is achieved between the coating compound and the metal surface. In such cases, the new method can be used to improve the adhesion by subsequently heating the coating from the metal surface. The method is also suitable for curing thermosetting synthetic resin coatings.

Erwähnt sei schliesslich, dass das Verfahren auch erhebliche Vorteile bei der Beseitigung schmelzbarer Überzüge bietet, die nach Erhitzung des Untergrundes in einfacher Weise abgezogen oder abgeschoben werden können.Finally, it should be mentioned that the process also offers considerable advantages in the removal of fusible coatings, which can be easily peeled off or pushed off after the substrate has been heated.

Für die Durchführung des Verfahrens werden zweckmässig transportable Hochfrequenzerzeuger, vorzugsweise Röhrengeneratoren oder gittergesteuerte Quecksilberdampfwechselrichter benützt, an die eine Induktionsheizspule über ein bewegliches Kabel angeschlossen ist. Die Induktionsheizspule muss dabei weitgehend der Form der zu erwärmenden Werkstücke angepasst werden; sie ist deshalb mit dem Hochfrequenzkabel leicht auswechselbar zu verbinden. Bei der Durchführung des Verfahrens ergeben sich u.U. dadurch Schwierigkeiten, dass die Induktivität der an das zu erhitzende Stück angenäherten Magnetspule je nach Abstand zwischen Spule und Werkstück und nach Form des letzteren verschiedene Werte annimmt. Mit Rücksicht auf günstige Leistungsübertragung muss die Spule durch Zuschaltung entsprechender Kapazitäten auf die Frequenz des Hochfrequenzerzeugers abgestimmt werden. Diese Abstimmung ist dann aber von der Anordnung der Spule am Werkstück abhängig, sodass eine fortlaufende Kontrolle und Nachregulierung erforderlich wird.To carry out the method, it is expedient to use portable high-frequency generators, preferably tube generators or grid-controlled mercury vapor inverters, to which an induction heating coil is connected via a movable cable. The induction heating coil must be largely adapted to the shape of the workpieces to be heated; it can therefore be connected to the high-frequency cable in an easily exchangeable manner. When carrying out the method, difficulties may arise because the inductance of the magnetic coil approaching the piece to be heated assumes different values depending on the distance between the coil and the workpiece and the shape of the latter. With a view to favorable power transmission, the coil must be matched to the frequency of the high-frequency generator by connecting appropriate capacities. This coordination then depends on the arrangement of the coil on the workpiece, so that continuous monitoring and readjustment is necessary.

Erfindungsgemäss wird diese Schwierigkeit dadurch behoben, dass im Hochfrequenzerzeuger selbständig wirkende Abstimm-Mittel angeordnet werden, die bei Veränderung der Induktivität die Resonanzabstimmung aufrecht erhalten.According to the invention, this difficulty is eliminated in that independently operating tuning means are arranged in the high-frequency generator which maintain the resonance tuning when the inductance changes.

Eine besonders einfache Anordnung erhält man erfindungsgemäss unter Verwendung eines selbsterregten Hochfrequenzerzeugers z.B. in Rückkopplungsschaltung durch zwangsläufige Abstimmung durch selbsttätige Beeinflussung der Induktivität der Induktionsspule und der Eigenschwingungszahl Hochfrequenzerzeugers.According to the invention, a particularly simple arrangement is obtained using a self-excited high-frequency generator, e.g. in a feedback circuit through inevitable tuning through automatic influencing of the inductance of the induction coil and the natural frequency of the high-frequency generator.

Claims

1. A method for applying or improving non-metallic, particularly organic protective coatings on metal and other electrically conductive surfaces, characterized in that the surface is heated before, during or after the application of the non-metallic protective coating with the aid of an alternating magnetic field, preferably at a high frequency.

2. The method according to claim 1, characterized in that the already applied fusible protective coating is melted from the substrate with the aid of the alternating magnetic field.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the frequency of the magnetic field and the density of the energy supplied per unit area and time are selected so high that the contact surface between metal and coating reaches a significantly higher temperature than the deeper metal layers.

4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the finely divided coating material to be sprayed on, centrifuged or blown on has temperatures only below or slightly above the melting point when it hits the metal, and only in the subsequent high-frequency heat treatment in itself and with the substrate is merged.

5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the material is applied cold in the form of an emulsion, suspension or dispersion and then fused into itself and with the metal by high-frequency heating of the metallic substrate.

6. The method according to claim 1 and 2, characterized in that during the application of the magnetic field or immediately thereafter, the coating material is rubbed in the solid state onto the metal surface and is thus melted onto it.

7. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the protective coating is applied in the form of foils and, if necessary, is fused to the metal with the aid of additional fusible binders.

8. The method according to claim 1, 2 and 7, characterized in that the foils are provided with a metallic intermediate or cover layer so that these foils can also be melted on non-metallic and non-conductive substrates with the help of the alternating magnetic field.

9. Device for carrying out the method according to claim 1 and ff. With a high-frequency generator and an induction coil connected to this for generating the alternating magnetic field and with capacitors to compensate for the reactive power of the induction coil, characterized by automatically acting tuning means, which when changing the inductance maintains the resonance tuning.

10. The device according to claim 9 with a self-excited high-frequency generator, e.g. in a feedback circuit, characterized by inevitable tuning by automatically influencing the inductance of the induction coil and the natural frequency of the high-frequency generator.