DE2654697A1

DE2654697A1 - Ueberzug und verfahren zur aufbringung auf eine metalloberflaeche

Info

Publication number: DE2654697A1
Application number: DE19762654697
Authority: DE
Inventors: William Henry Coxon
Original assignee: International Paint Ltd; Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: International Paint Ltd; Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-12-03
Filing date: 1976-12-02
Publication date: 1977-06-08
Also published as: FR2333843A2; IT1124734B; DE2654697C3; DE2654697B2; FR2333843B2; GB1513260A

Description

Patentanwälte Dipl.- Ing. C u rt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

^ Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 2. Dezember 1976

Unser Zeichen: 15 722 - K/Ja

Rolls_TRoyce (1971) Ltd», London/England und

/Ltd. The International Paint Company, London/England

Überzug und Verfahren zur Aufbringung auf eine Metalloberfläche

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überzugsmisehung und ein Verfahren zur Aufbringung einer solchen überzugsmisehung auf eine Metalloberfläche.

Es isthäufig.erwünscht, eine Korrosivbelastungen ausgesetzte Metalloberfläche mit einem Schutzüberzug zu versehene Ein für diese Zwecke bekannter Schutzüberzug besteht aus einer Kunststoffmatrix, in der Metallpartikel verteilt sind, die mehr anodisch sind, d.h. in der Spannungsreihe näher der Anode sind als die zu schützende Oberfläche. Diese Partikel wirken als Sohutzanoden und schützen dadurch die überzogene Metalloberfläche gegen korrosive Angriffe. Derartige Überzüge sind zufriedenstellend für den Schutz von Metalloberflächen unter Normalbedingungen. Sie sind jedoch häufig unbefriedigend, wenn die zu schützenden Oberflächen extremen Bedingungen¹ ausgesetzt sind, So sind derartige Überzuüge beispielsweise nicht befriedigend, wenn sie im Kompressorabschnitt eines Gasturbinens trahltriebwerke benutzt werden, wo sie oft extremen Bedingungen im Hinblick auf Temperatur und Abrieb ausgesetzt sind.

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Die bei solchen Kompressorstufen auftretenden Temperaturen können höher sein als die Entmischungstemperatur oder sogar höher als die höchste Temperaturwiderstandsfähigkeit der Kunststoffbinder. Außerdem werden die Kunstharzbinder häufig einem erheblichen Abrieb ausgesetzt, weil sie von in der Luft mitgetragenen Partikeln bombardiert werden, die üblicherweise in der Luft enthalten sind, die durch den Kompressorteil hindurchläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Überzug zu schaffen, der bei Aufbringung auf eine Metalloberfläche und nach geeigneterWärmebehandlung diese Oberfläche gegen Korrosion schützt, wobei diese Oberfläche gleichzeitig gegenüber extremen Temperaturen und Abrieb geschützt wird» Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem in zweckmäßigerVfeise eine solche Überzugszusammensetzung auf eine metallische Oberfläche aufgebracht werden kann.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung besteht die Überzugszusammensetzung aus einer innigen Mischung von·6O-78 Gew.% fein verteilten Aluminiumpartikeln, 10-22 Gew„# einer Glasfritte und 10-25 GeWe# eines thermisch zersetzbaren organischen Kunstharzbinder mit niedrigem Rückstand, wobei das Gewichtsverhältnis Aluminiumpartikeln und der Glasfritte in dem Bereich zwischen ~5\1 und 6:1 liegt.

Der Ausdruck "thermisch zersetzbare organische Kunststoffbinder mit niedrigem Rückstand" soll einen organischen Kunstharzbinder b ezeichnen, der, wenn er genügend hohen Temperaturen ausgesetzt wird, sich unter Zurücklassung nur sehr geringer Rückstände zersetzt oder verdampft. Die Menge der zulässigen Rückstände kann nicht quantitativ angegeben werden, aber allgemein ist es zu bevorzugen, daß die Menge der Rückstände so gering als möglich ist.

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Unter einer "Glasfritte" wird eine Keramikzusammensetzung verstanden, die geschmolzen und abgeschreckt wurde, um ein Glas zu bilden und die dann granuliert worden ist. Es hat sich gezeigt, daß sich der Korrosionswiderstand des sich ergebenden Überzugs verbessert, wenn die Zusammensetzung außerdem 5 Gew.% eines oder mehrerer Chromate enthält.

Die feinverteilten Aluminiumpartikel haben vorzugsweise eine Partikelgröße in dem Bereich zwischen 5 und 10/Um.

Die Glasfritte enthält vorzugsweise Partikel von weniger als 20_yam Durchmesser.

Die Glasfritte weist vorzugsweise eine Mischung von Oxiden von Natrium,Bor,Kalium, Lithium, Antimon und Zinn auf.

Ein organophiler kationmodifizierter Ton kann der Überzugszusammensetzung hinzugefügt werden, um den Partikelgehalt der in Suspension befindlichen Zusammensetzung aufrechtzuerhalten. Ein solcher "Ton" ist beispielsweise die Dimethyldioctadeeyl-Ammoniüm-Montmorillonit.

Die Überzugszusammensetzung kann auf die zu überziehende Oberfläche durch herkömmliche Verfahren aifgebracht werden, beispielsweise durch Aufbürsten, durch Tauchen oder durch Aufsprühen. Demgemäß kann ein geeignetes Lösungsmittel der Überzugszusammensetzung beigegeben werden, um zu gewährleisten, daß die Zusammensetzung eine Viskosität besitzt, die für das jeweils zur Anwendung kommende Verfahren geeignet ist.

Wie erwähnt, ist der organische Kunstharzbinder vorzugs^ise einer ,-der nur sehr geringe Rückstände hinterläßt, wenn er Temperaturen ausgesetzt wird, die ausreichen hoch sind, um das Kunstharz auszubrennen. Es hat sich gezeigt, daß ein hierfür geeignetes Kunstharz ein Polymetha>Oryliekunsthariester ist.

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Wenn als organischer Kunstharzbinder ein Polymethacrylicesterkunstharz benutzt wird, dann wird vorzugsweise als Lösungsmittel für die Überzugszusammensetzung Methylzyklohexanon benutzt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zur Aufbringung eines WärmewiderstandaShigen Überzugs auf eine Metalloberfläche in der Weise durchgeführt, daß die Metalloberfläche mit einer Zusammensetzung überzogen wird, die aus einer innigen Mischung von 6O-78 Gew.% feinverteilten Aluminiumpartikeln, 10-22 Gew„# einer Glasfritte, 10-25 Gew.% eines thermisch zersetzbaren organischen Kunststoffbinders mit geringen Rückständen besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von Aluminiumpartikeln zu Glasfritte in den Bereich zwischen 3:1 und 6:1 liegt und wobei die Erhitzung der überzogenen Metalloberfläche in Luft bei einer Temperatur durchgeführt wird, die genügend hoch ist, um den organischen Kunstharzbinder auszubrennen und die Glasfritte zu schmelzen.

Die Überzugszusammensetzung kann außerdem bis zu 5 Gew.# eines oder mehrerer Chromate enthalten.

Die Wärmebehandlung der metallischen Oberfläche nach Überziehen mit der Überzugszusammensetzung wird durch die Schmelzcharakteristik der jeweiligen Glasfritte bestimmt, die in der Überzugszusammensetzung benutzt wird. Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn die Glasfritte auf einer Mischung von Oxiden von Natrium,Bor, Kalium, Lithium, Antimon und Zinn besteht, die Erhitzung der überzogenen Metalloberfläche bei einer Temperatur von 190⁰C - 5°Cfür eine Stunde mit einer zweistündigen daran anschließenden Wärmebehandlung bei 56O⁰C - 5⁰C ausreicht, um den Kunstharzbinder auszubrennen und die Fritte zu schmelzen. Wenn es jedoch nicht erwünscht ist, die Fritte unmittelbar nach dem Überziehen zu schmelzen, kann die überzogene Oberfläche bei einer Temperatur wärmebehandelt werden, die genügend groß ist, um das Lösungsmittel aus dem Kunstharzbinder zu entfernen« Der so behandelte überzug wäre infolgedessen widerstandsfähig gegenüber einer Beschädigung bei der Be-

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handlung.

Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn der Überzug einen Binder aus

polymethacrylischem Ester aufweist, die Wärmebehandlung während

einer Stunde bei 190⁰C - 5°C ausreicht, um das Lösungsmittel aus dem Kunstharz zu verdampfen.

Vorzugsweise wird die metallische Oberfläche, die mit dem Überzug gemäß der Erfindung versehen werden soll, durch Sandstrahlgebläse gereinigt,und zwar mit 120/220 grade Aluminiumoxidpartikeln, bevor der Überzug aufgebracht wird, um eine gute Verbindung zwischen dem Überzug und der Oberfläche zu gewährleisten. Wenn ein solcher SandstrahlVorgang nicht möglich ist, wie beispielsweise beiplattierten Oberflächen, dann wird die Oberfläche vorzugsweise chemisch geätzt, bevor der Überzug aufgebracht wird.

Nachstehend wirddie Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht:

Eine Mischung, welche die folgenden Bestandteile enthielt, wurde in einer Kugelmühle 24 Stunden lang bearbeitet:

Bedacryl 122 X Kunstharzbinder 90 g

Methyl Cyclohexanon Lösungsmittel 200 g

AM 590 Glasfritte 25 g

AM 407 Glasfritte 25 g

Barium Chromat 2,5 g

Strontium Chromat 2,5 g

Chromoxid 5 g

Bedacryl 122X ist ein Polymethacrylickunstharz, welches von Imperial Chemical Industries Limited hergestellt wird.

AM 390 Glasfritte wird von Blythe Colours Limited hergestellt und besteht aus einer Mischung von Oxiden von Natrium, Bor, Kalium Lithium und Antimon.

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AM 407 Glasfritte wird von Blythe Products Limited hergestellt und besteht aus einer Mischung von Oxiden des Natriums, Bor, Kalium, Lithium, Antimon und Zinn.

500 g von 400 grade Aluminiompulver (Partikelgröße zwischen 5-lO^.m ) wurde dann der Mühle hinzugefügt und die Seharge wurde eine weitere Stunde lang gemahlen. Die so erzeugte Überzugszusammensetzung wurde dann aus der Mühle entfernt und die Viskose unter zu Hilfenahme von Methylcyclohexanon eingestellt bis sie in dem Bereich von 20-25 sek.(nach dem B.S.Typ 4 Viscometer) bei 20⁰C lag.

Ein 12#iges Chromstahlprüfstück wurde dann zum Überziehen mit der so erzeugten Zusammensetzung vorbereitet, indem eine Entfettung in Trichlorethylendampf stattfand und danach erfolgte ein Trockenabriebblasen mit 120/229 grade Aluminiumoxidpartikel.

Dann wurde eine Lage der Überzugszusammensetzung auf den Prüfkörper mit einer Spritzpistole aufgesprüht, die bei einem Druck von etwa 1,76 kg/cm (25 psi) arbeitete. Nach Trocknung der ersten Schicht wurde eine zweite ähnliche Schicht in gleicher Weise aufgebracht.

Nachdem die zweite Schicht an der Luft getrocknet war, wurde der Prüfkörper in einem Ofen eine Stunde lang bei 190⁰C - 5⁰C erhitzt, um das Lösungsmittel zu entfernen. Dann wurde die Temperatur auf 56O⁰C - 5°C erhöht und auf dieser Temperatur zwei Stunden lang gehalten, um den Kunstharzbinder auszubrennen und die Glasfritte zu schmelzen.

Nach der Abkühlung wurde der Prüfkörper untersucht und es zeigte sich, daß der Überzug hart war, eine elektrische Leitfähigkeit besaß und eine Oberflächenbeschaffenheit mit drei Rauigkeitserhebungen zwischen 0,62 und 0,89yUm (25-35 Mykrozoll) besaß

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und eine Dicke zwischen 0,038 mm und 0,055 mm (0,0015 und 0,002 Zoll) besaß. Dann wurde der Prüfkörper einem Korrosionsversuch mit zehn Zyklen ausgesetzt, wobei in jedem Zyklus eine Erhitzung des Prüfkörpers während zweier Stunden auf 450°C in trockener Hitze erfolgte, wonach der Prüfkörper einer Salzbesprühung bei Raumtemperatur über 22 Stunden ausgesetzt wurde. Dann wurde der Prüfkörper wiederum untersucht und es zeigte sich, daß keine Korrosion erkennbar war.

Da Überzüge, die gemäß der Erfindung erzeugt werden, eine geschmolzene Glasmatrix aufweisen, ist ersichtlich, daß solche Überzüge gegenüber Abrieb widerstandsfähiger sind als Überzüge, die eine relativ weiche und dem Abrieb ausgesetzte Kunstharzmatrix aufweisen.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

I)/ Überzugszusammensetzung, bestehend aus einer innigen Mischung feinverteilter Aluminiumpartikel, einer Glasfritte und eines thermisch zersetzbaren ,organischen Kunstharzbinders mit geringen Zersetzungsresten, dadurch gekennzeich net, daß die Zusammensetzung 60-78 Gew.# feinverteilter Aluminiumpartikel, 10-22 Gew.% der Glasfritte und 10-25Gew.# des thermisch zersetzbaren, organischen Kunstharzbinders enthält, wobei das GewichtBverhältnis von Aluminiumpartikeln zu Glasfritte im Bereich zwischen 3:1 und 6:1 liegt.
2) Überzugszusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η nzeichnet, daß sie bis zu 5 Gew.% eines oder mehrerer Chromate enthält.
3) Überzugszusammensetzung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichne t,daß die Aluminiumpartikel eine Partikelgröße in einem Bereich zwischen 5-lOum besitzen.
4) Überzugszusammensetzung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfritte Partikel von weniger als 20twn Durchmesser aufweist.
5) Überzugszusammensetzung nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeic hne t, daß die Glasfritte aus einer Mischung von Oxiden von Natrium, Bor, Potasche, Lithium, Antimon und Zinn besteht.
6) Überzugszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch geken. nzei chnet, daß die außerdem

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ORIGINAL INSPECTED

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einen organophilen, kationmodifizierten Ton enthält.
7) Überzugszusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der organophile, kationmodifizierte Ton Dimethyldioctadecylammoniummontmorillonit ist.
8) Überzugszusammensetzung nach den Ansprüchen 1-7» dadurch gekennz e i chnet, daß der organische Kunstharzbinder ein Polymethacrylicesterkunstharz ist.
9) Verfahren zur Aufbringung eines hitzebeständingen Schutzüberzuges auf eine Metalloberfläche, wobei die Metalloberfläche mit einer innigen Mischung aus feinverteilten Aluminiumpartikeln einer Glasfritte und thermisch zersetzbaren, organischen Kunstharzbinder mit niedrigen Rückständen überzogen wird und die überzogene Metalloberfläche in Luft erhitzt wird, wobei die Temperatur genügend hoch ist, um den organischen Kunstharzbinder auszubrennen und die Glasfritte zu schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung folgende Bestandteile enthält: 60-78Gew.# feinverteilter Aluminiumpartikel, 10-22Gew.# Glasfritte und 10-25 Gew.^ des thermisch zersetzbaren, organischen Kunstharzbinders mit geringen Rückständen, wobeidas Gewichtsverhältnis zwischen Aluminiumpartikeln und Glasfritte im Bereich zwischen 3:1 und 6:1 liegt.

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