DE2637066C2

DE2637066C2 - Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs auf ein Werkstück aus Stahl

Info

Publication number: DE2637066C2
Application number: DE19762637066
Authority: DE
Inventors: William Henry Beeston Nottingham Coxon
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1976-08-18
Publication date: 1982-05-13
Also published as: GB1497559A; FR2322214A1; FR2322214B2; DE2637066A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Oberzugs auf einem Werkstück aus Stahl, bei welchem elektrophoretisch ein Oberzug aus Aluminiumpulver und einem organischen Harz auf das Werkstück aufgebracht, das Werkstück zum Austreiben des organischen Harzes erhitzt und anschließend der Überzug mit einem ein hochtemperaturbeständiges Material enthaltenden Gemisch imprägniert wird

Ein zweistufiges Oberzugsverfahren dieser Art, bei welchem als hochtemperaturbeständige Komponente des Imprägnierungsgemischs Alkalisilikat, vorzugsweise Kaliumsilikat verwendet wird, ist aus der Deutschen Patentschrift 22 29 896 bekannt In dieser Weise in einem zweistufigen Verfahren hergestellte Oberzüge haben sich als gleichzeitig hochtemperaturbeständige Korrosions- und Erosionsschutzüberzüge für Werkstükke wie beispielsweise Triebwerksteile bewährt, die einerseits erhöhten Korrosions- und Erosionsbeanspruchungen und andererseits hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt sind. Dieses zweistufige Verfahren, bei welchem zunächst auf elektrophorelischem Wege ein Gemisch aus Aluminiumpulver und einem organischen Kunstharz aufgebracht und durch Abbrennen des Kunstharzes ein poröser Aluminiumüberzug auf dem Werkstück erzeugt wird, der anschließend in der zweiten Verfahrensstufe einer Imprägnierungsbehandlung zur Schließung des Überzugs und zur Erzielung der gewünschten Hochtemperaturbeständigkeit unterworfen wird, ergibt insgesamt hochwertige Korrosions- und Erosionsschutzüberzüge mit Hochtemperaturbeständigkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe eine noch weitere Erhöhung des Schutzwertes derartiger Überzüge, insbesondere hinsichtlich der Korrosionsund Erosionsfestigkeit zugrunde.

Zu diesem Zweck ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß ein Imprägnierungsgemisch verwendet wird, das als hochtemperaturbeständiges Material Aluminiumorthophosphat aufweist und das zusätzlich eine Chromationenquelle enthält.

Der Erfindung liegt zum einen die Erkenntnis zugrunde, daß sich durch die Verwendung von Aluminiumorthophosphat als hochtemperaturbeständige Komponente des Imprägnierungsgemischs an sich eine noch höhere Korrosions- und Erosionsbeständigkeit des Oberzugs als bei der bekannten Verwendung von Alkalisilikaten erzielen läßt; jedoch mußte hierbei festgestellt werden, daß das in der Imprägnierungsstufe verwendete Aluminiumorthophosphat das Aluminium des in der ersten Elektrophoresestufe aufgebrachten Oberzugs angreift, wodurch der Schutzwert des

to Gesamtüberzugs wieder herabgesetzt würde. Der Erfindung liegt nun die weitere überraschende Feststellung zugrunde, daß sich durch Zugabe von Chromationen zu dem Imprägnierungsgemisch diese hohe Reaktivität des Aluminiumorthophosphats gegenüber

's dem in der ersten Stufe aufgebrachten Aluminiumüberzug praktisch unterbinden läßt, vermutlich aufgrund einer Pufferwirkung der Chromationen (ohne daß jedoch die Erfindung auf diesen Erklärungsversuch eingeschränkt werden soll). Auf diese Weise wird somit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein besonders hochtemperaturbeständiger Schutzüberzug mit wirksamer Langzeit-Korrosions- und Erosionsbeständigkeit, insbesondere gegen Meerwassersalzsprühkorrosion erreicht, indem die durch Verwendung von Aluminiumorthophosphat erzielte höhere Korrosions- und Erosionsbeständigkeit bewahrt und ein Angriff des in der ersten Verfahrensstufe aufgebrachten Aluminiumüberzugs seitens des Aluminiumorthophosphats durch die Gegenwart von Chromationen vermieden wird bei gleichzeitigem zusätzlichem Eigenbeitrag der Chromationen zur Korrosions- und Erosionsbeständigkeit Die Chromationen als Zusatz zum Imprägnierungsgemisch erfüllen somit im Zusammenhang des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Doppelfunktion durch

l. einen Eigenbeitrag zur Korrosions- und Erosionsbeständigkeit sowie

2. durch ihre Inhibitorwirkung gegenüber der (die Gesamt-Korrosions- und Erosionsbeständigkeit vermindernden) Reaktivität des Aluminiumorthophosphats gegenüber dem in der ersten Elektrophoreseverfahrensstufe erzeugten Aluminiumüberzug.

Aus der Literaturstelle W. Machu »Elektrotauchlakkierung« 1974, S. 137, 178, 179 ist es bekannt, daß sich die Korrosionsbeständigkeit von Eintauchlackierungen durch Chromatzusatz erhöhen läßt Hierbei handelt es sich wie gesagt um ein einstufiges Eintauchlackierverfahren, bei welchem der Chromatzusatz dem Lackbad zugegeben wird. Es liegen insgesamt keine vergleichbaren Verhältnisse mit dem erfindun^sgemäßen Verfahren vor, das von einem zweistufigen Überzugsverfahren ausgeht, bei welchem die in der ersten Stufe zum tlektrophoreseauftrag verwendete Harzkomponente bereits am Ende der ersten Stufe durch Ausbrennen ausgetrieben wird und die Chromationen als Zusatz zu dem erst in der zweiten Verfahrensstufe verwendeten Imprägnierungsgemisch verwendet werden. Insbesondere spielt bei dem bekannten einstufigen Verfahren das Problem der Verhinderung einer schädlichen Einwirkung der zweiten oder Imprägnierungsstufe auf den in der ersten oder Elektrophoresestufe erzeugten Teilliberzug keine Rolle und entsprechend werden die Chromationen bei dem bekannten Verfahren nicht mit einer Doppelfunktion wie im vorliegenden Verfahren wirksam.

Das als hochtemperaturbeständige Komponente des Imprägnierungsgemischs verwendete Aluminiumorthophosphat hält Temperaturen von mehr als 600° C aus.

Als Chromationenquelle dient vorzugsweise Chromsäure, die in dem Imprägnierungsgemisoh beispielsweise in einem Anteil von etwa 0,75% enthalten sein kann.

Als organisches Harz wird vorzugsweise ein Acrylharz verwendet Nach der Imprägnierungsbehandlung wird der imprägnierte Überzug vorzugsweise eingebrannt

Gegebenenfalls kann der erste Verfahrensschritt der elektrophoretischen Aufbringung eines Überzugs aus einem Gemisch von Aluminiumpulver und dem to organischen Harz vor der Imprägnierungsbehandlung mit dem Aluminiumorthophosphat und Chromationen enthaltenden Imprägnierungsgemisch ein oder mehrmals wiederholt werden, derart daß die zuvor aufgebrachten beiden oder mehreren porösen Alumini- is umschichten in einem abschließenden Imprägnierungsbehandlungsschritt imprägniert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der anfängliche Elektrophoreseverfahrensschritt unter Verwendung eines wäßrigen Gemischs aus Aluminiumpulver und dem organischen Kunstharz durchgeführt So kann die Aufbringung des elektrophoretischen Überzugs unter Verwendung eines Gemisch aus 1 Gewichtsteil Acrylharz, 2 bis 20 Gewichtsteilen feinem Aluminiumpulver sowie Wasser zur Einstellung der zur Verarbeitung geeigneten Konsistenz erfolgen.

Vorzugsweise wird ein Gemisch aus 1 bis 2 Gewichtsteilen Harz, 2 bis 16 Gewichtsteilen Aluminium und 1 bis 6 Gewichtsteilen Wasser verwendet

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert

Beispiel

100 g einer 50%igen wäßrigen Lösung eines Acrylharzes wurde mit 400 g feinem, fettfreiem Aluminiumpulver mit Teilchengrößen von 5 bis 10 μπι (Feinheitsklasse 400) und 250 g Wasser gemischt. Das Gemisch wird eine Stunde lang in der Kugelmühle zu einer homogenen Mischung vermählen.

In die Mischung wurden Prüfplatten bzw. -tafeln aus 12% Chromstahl eingetaucht und zwischen den Platten und einer festen Elektrode ein elektrisches Potential angelegt, derart daß die Platten einen negativen Pol bildeten und demgemäß durch Elektrophorese mit dem Aluminium und Harz überzogen wurden. Es wurde festgestellt daß die besten Ergebnisse mi; einer Stromdichte von 0,1 A/6,45 cm² erhalten werden, der Überziehvorgang wurde 30 Sekunden lang durchgeführt wodurch ein Überzug mit einer Dicke zwischen 0,01 mm und 0,02 mm erhalten wurde.

Sodann wurden die Prüftafeln bzw. -platten aus der Mischung entnommen und der Überzug 30 Minuten lang bei 150° C eingedampft Sodann wurden die Tafeln weiter auf 560⁰C erhitzt; hierbei wurde das Acrylharz ausgetrieben und auch der Aluminiumüberzug diffundiert. Diese Temperatur wurde 2 Stunden lang aufrechterhalten.

Die Tafeln waren dann mit einem porösen Aluminiumüberzug versehen. Zur Fertigstellung des Überzugs ließ man die Platten auf Zimmertemperatur abkühlen, bevor sie in eine 0,75Gew,-% Chromsäure enthaltende wäßrige Aluminiumorthophosphatlösung eingetaucht wurden, welche 1 Volumenteil Aluminiumorthophosphat und 1 Volumenteil destilliertes Wasser enthielt Die Platten wurden sodann aus der Lösung entnommen und trocknen gelassen, wobei überschüssige Lösung mit trockener Niederdruckluft weggeblasen wurde. Die Platten wurden zum Austreiben des Wassers 30 Minuten lang auf 150⁰C erhitzt Sodann wurden sie 2 Stunden lang auf 550" C erhitzt, um das lösliche Aluminiumorthophosphat in das unlösliche Aluminiummetaphosphat umzuwandeln und den Überzug auch elektrisch leitend zu machen.

Als spezielle Aluminiumorthophosphatlösung wurde ein hitzebeständiges Bondiermittel verwendet das etwa 48% AI(H₂PCM)₃ enthält und ein spezifisches Gewicht von 1,48 besitzt

Zur Qualitätsprüfung des Überzugs wurden in dieser Weise überzogene Testplatten sodann Korrosionsbedingungen unterworfen. Im einzelnen wurden die Tafeln 10 Zyklen eines Heizprogramms unterworfen, das 2 Stunden Erhitzung auf 450⁰C und nachfolgend 22 Stunden lang eine neutrale Salzsprühung bei Zimmertemperatur vorsah. Nach diesem Test ergab eine Untersuchung, daß der Überzug intakt und da? darunter befindliche Substrat vollkommen geschützt waren. Die Platten wurden auch durch Eintauchen in verschiedene Flüssigkeiten getestet die häufig in Gastriebwerken oder in deren unmittelbarer Umgebung verwendet werden, wie beispielsweise Schmieröle, Kerosin, Erdölbrennstoffe sowie verschiedene Hydraulikflüssigkeiten und -strömungsmittel. Es ergab sich, daß der Überzug gegenüber diesen sämtlichen Strömungsmitteln und Flüssigkeiten beständig war.

Es wurden auch Trockenerhitzungstests bis zu 550*" C und bis zu 300 Stunden Neutralsalzsprühtests bei Zimmertemperatur an den Prüfplatten vorgenommen, wobei sich ergab, daß der Überzug einen zufriedenstellenden Schutz gewährleistet Es sti betont, daß die Erhitzung der überzogenen Platten während 2 Stunden auf 550⁰C, durch welche der Überzag elektrisch leitend gemacht werden soll, in dem Sinne vollständig fakultativ ist, als gute Überzüge auch ohne diesen weiteren Schritt erhalten werden können, wenngleich die Überzüge durch diesen zusätzlichen Schritt verbessert werden.

Es sei weiter darauf hingewiesen, daß man bei dem beschriebenen Beispiel eine einzige Überzugsschicht hält, deren Dicke auf einige 0,02 mm begrenzt ist Es wurde gefunden, daß weitere Überzüge aufgebracht werden können, indem man zunächst wie oben beschrieben elektrophoretisch einen Überzug aufbringt, da··· Acrylharz abbrennt, sodann elektrophoretisch einen zweiten Überzug aufbringt, abbrennt und anschließend beide porösen Schichtem imprägniert Selbstverständlich könnte dieser Vorgang auch zur Herstellung von drei- oder mehrschichtigen Überzügen fortgesetzt werden.

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Aufbringen eines Oberzugs auf ein Werkstück aus Stahl, bei welchem elektrophoretisch ein Oberzug aus Aluminiumpulver und einem organischen Harz auf das Werkstück aufgebracht, das Werkstück zum Austreiben des organischen Harzes erhitzt und anschließend der Oberzug mit einem ein hochtemperaturbeständiges Material enthaltenden Gemisch imprägniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Imprägnierungsgemisch verwendet wird, das als hochtemperaturbeständiges Material Aluminiumorthophosphat aufweist und das zusätzlich eine Chromationenquelle enthält

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Chromationenquelle Chromsäure dient

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägnierungsgemisch 0,75 VoL-% Chromsäure enthält.