DE2823873B2

DE2823873B2 - Verfahren zum Schützen von verchromten Oberflächen

Info

Publication number: DE2823873B2
Application number: DE2823873A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Ing. Dr. Leoben Ludewig (Oesterreich)
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine AG
Priority date: 1977-06-28
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1979-04-26
Also published as: HU177249B; IN149037B; CS421678A2; CS235701B1; PL110387B1; FR2396095A1; GB1587472A; DE2823873C3; AU3653878A; ATA457677A; BE868551A; ZA782995B; AT350869B; PL207834A1; JPS5417334A; DE2823873A1

Description

Oberflächen von Gegenständen aus Stahl werden häufig zum Schutz gegen Korrosion mit einer Verchromung versehen. Dies gilt beispielsweise für die Oberfläche der Innenstempel von Grubenstempeln, welche teleskopisch im Außenstempel unter Zwischenschaltung einer Dichtung geführt sind. In solchen Fällen wird meistens eine Hartverchromung angewendet, und Beschädigungen der Verchromung sind hier im besonderen Maße nachteilig, da dadurch die dichte Führung des Innenstempels im Außenstempel in Frage gestellt wird und damit die Gefahr eines Druckmittelverlustes und als Folge hiervon eines Einsinkens des Grubenstempels im Laufe des Betriebes entsteht. Ein solches Einsinken stellt aber gerade bei Grubenstempeln eine große Gefahr dar, da sich im Falle des Einsinkeiis eines oder mehrerer Grubenstempel der auf die anderen Grubenstempel wirkende Gebirgsdruck erhöht und diese anderen Grubenstempel durch Überbelastung beschädigt werden können. Verchromungen, und zwar sowohl Glanz-Verchromungen als auch Hartverchromungen, stellen aber an sich keinen vollständigen Schutz gegen Korrosion dar. Es hat sich gezeigt, daß in rißfrei hergestellte Chromschichten durch mechanische oder thermische Beanspruchung Mikrorisse auftreten. Diese Risse sind nun Angriffsstellen für eine Korrosion des unter der Chromschicht liegenden Grundmetalls. Es kommt zu einem sogenannten Lochfraß durch galvanische Lokalelementbildung.

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Schützen von verchromten Oberflächen von Gegenständen aus Stahl, insbesondere von Grubenstempeln gegen Korrosion und besteht im wesentlichen darin, daß die verchromten Oberflächen in einem Vakuum mit einem Imprägnierungsmittel imprägniert und vor oder während der Imprägnierung auf mindestens 100° C erwärmt werden. Eine Hartchromschicht enthält Wasserstoff, und dieser Wasserstoff erzeugt durch Effusion zusätzliche Risse und unterstützt so den korrosiven Angriff. Durch die Erwärmung des verchromten Gegenstandes diffundiert der Wasserstoff aus der Chromschicht nach außen. Durch diese Erwärmung wird speziell bei höheren Temperaturen ein Härteabfall herbeigeführt, der jedoch die Verschleißeigenschaften nur unwesentlich beeinflußt. Die Mikrorissigkeit wird durch Spannungen in der Chromschicht begünstigt. Solche Spannungen treten im Laufe der Verwendung des verchromten Gegenstandes, insbesondere eines Grubenstempels, unweigerlich früher oder !später auf. Chrom weist nun eine geringere Wärmedehnung auf als Stahl. Der Wärmedehnungskoeffizient von Chrom ist 8,05 ■ 10~⁶, während beispielsweise der Wärmedehnungskoeffizient von Stahl mit einem C-Gehalt von 0,2 bis 0,6 Gew.-% 12,6 · 10"⁶ beträgt. Durch die Erwärmung des verchromten Gegenstandes wird nun eine Zugspannung in der Chromschicht hervorgerufen, wodurch die Mikrorissigkeit, welche früher oder später auf jeden Fall auftreten würde, bereits vorzeitig erzeugt wird. Wenn die Mikrorissigkeit bereits bei der Behandlung des verchromten Gegenstandes und nicht erst später hervorgerufen wird, so besteht die Möglichkeit, daß bei der Imprägnierung das Imprägnierungsmittel in die Mikrorisse gelangt, und durch die Anwendung des Unterdruckes wird ein Eindringen des Imprägniermittels in die Mikrorisse gewährleistet oder zumindest begünstigt. Durch die Spannungen im späteren Betrieb wird dann die Mikrorissigkeit nicht mehr erhöht, und da diese Mikrorisse bereits im Imprägnierungsmittel gefüllt sind, wird daher die Gefahr einer durch die Mikrorisse hindurch erfolgenden Korrosion behoben. Die Erwärmung soll zweckmäßig auf einer Temperatur zwischen 100 und 110° C erfolgen, da bei diesen Temperaturen bereits der Wasserstoff aus der

Chromschicht zumindest zu einem großen Teil nach außen diffundiert und da die bei diesen Temperaturen auftretenden Wärmedehnungen genügen, um eine Mikrorissigkeit zu erzeugen, welche bei der Beanspruchung im Betrieb dann nicht mehr oder nicht > mehr wesentlich unterschritten wird. Eine bei größeren Wärmedehnungen erzeugte stärke/e Rissigkeit würde sich ungünstig auswirken. Gemäß der Erfindung soll vorzugsweise ein Vakuum von 0,01 bis 0,005 bar angewendet werden. m

Um den erfindungsgemäßen Effekt zu erreichen, soll nach Möglichkeit die außen liegende Chromschicht nicht höher erwärmt werden als das unter dieser Chromschicht liegende Stahlmaterial. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung r> erfolgt daher die Erwärmung durch Induktion oder im Falle von außen verchromten hohlen Gegenständen, wie dies beispielsweise rohrförmige Grubenstempel sind, durch Einleiten eines heißen Mediums, insbesondere Heißluft, in den Hohlraum. :< >

Als Imprägniermittel wird gemäß der Erfindung ein handelsübliches Korrosionsschutzöl auf Paraffin- oder Silikonbasis mit einer Viskosität von 1 cm² see"¹ bis 10cm²sec~', vorzugsweise von 2 cm²sec"' bis 5 cm²sec~' verwendet (Werte bei 20° C). r.

Das Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, daß die verchromten Gegenstände in ein geschlossenes Gefäß eingesetzt werden und daß während oder nach der Erhitzung das Gefäß evakuiert und mit einem das Imprägnierungsmittel enthaltenden Gefäß an ei- «> ner Stelle unterhalb des Spiegels des Imprägnierungsmittels verbunden wird. Wenn die Erwärmung des verchromten Gegenstandes vor dem Evakuieren erfolgt, müssen höhere Zeiten angewendet werden, und die zu wählende Zeit richtet sich in erster Linie nach r> der vorhandenen Chromschichtstärke. Im allgemeinen wird in einem solchen Fall bei Temperaturen von 100 bis 250° C eine Behandlungszeit von 6 bis 24 Stunden ausreichen. Diese Behandlungszeit kann verringert werden, wenn die Erwärmung bereits im Vakuum erfolgt. Die erforderliche Zeit richtet sich auch hier wiederum nach der Stärke der Chromschicht. Die Aufbringung des Imprägnierungsmittels im Vakuum kann beispielsweise auch durch Tauchimprägnierung erfolgen. 4-,

Allen Imprägnierungsmitteln, welche für das erfindungsgemäße Verfahren in Frage kommen, ist gemein, daß sie ein höheres Hydrophobierungsvermögen und ein gutes Haftvermögen auf der Metalloberfläche aufweisen. Diese Bedingungen werden von -,< > einer großen Anzahl von Korrosionsschutzölen und Wachsen erfüllt. Sofern Korrosionsschutzwachse, Ceresine und Wachse aus der Kohleveredelung für die Vakuum-Tauchimprägnierung verwendet werden, werden die imprägnierten Stempel im Anschluß an -,<-, die Imprägnierung durch Polieren mit einer Tuchscheibe von überschüssigem anhaftendem Wachs befreit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung zur Durch- _bo führung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert, welche eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.

Die Zeichnung zeigt schematisch mehrere rohrförmig ausgebildete und induktiv beheizbare Behälter 1. _h-, Diese Behälter 1 weisen an ihrem oberen Ende Verschlußdeckel 2 auf, welche ein luftdichtes Verschließen der Behälter ermöglichen. An den unteren Enden der Behälter 1 sind Lochplatten 3 vorgesehen, auf denen in der Zeichnung dargestellte Grubenstempel 4 ruhen. Durch diese Lochplatten wird ein Aufsteigen des Imprägnierungsmittels 5 aus einem Speichertank 6 über Leitungen 7 nach Öffnen der Ventile 8 ermöglicht. Die oberen Enden der Behälter 1 sind konisch erweitert, um das gleichzeitige Einsetzen mehrerer Stempel zu erleichtern. In diese oberen Enden der Behälter 1 münden Vakuumleitungen 9, welche die Behälter 1 über ein Magnetventil 10 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbinden. Diese Vakuumpumpen können von mechanischen Vakuumpumpen gebildet sein, beispielsweise als Drehschieberpumpen ausgebildet sein. In den oberen konisch erweiterten Bereich der Behälter münden des weiteren die Enden einer Druckausgleichsleitung 11, über weiche nach Betätigung eines Magnetventils 12 Luft unter atmosphärischem Druck oder aber wahlweise auch mit erhöhtem Druck, beispielsweise etwa 5 bis 10 bar, in die evakuierten Behälter strömen kann. Während des Druckausgleiches sind die Ventile 10 zur Vakuumpumpe und 8 zum das Imprägniermittel enthaltenden Behälter geschlossen.

Der Speichertank 6, welcher das Imprägniermittel 5 enthält, weist eine elektrische Heizung 13 auf, so daß das Imprägniermittel stets auf der gewünschten Temperatur gehalten werden kann und im flüssigen Zutsand durch die Leitungen 7, das Ventil 8 und die Lochplatten 3 in den Behälter gelangen kann. Die Temperatur im Behälter 6 richtet sich nach der Art des verwendeten Imprägnierungsmittels. Bei Verwendung von Korrosionsschutzölen kann die Imprägnierung grundsätzlich auch bei Zimmertemperaturen, also ohne zusätzliche Aufheizung durch die elektrischen Heizstäbe 13, erfolgen. Zur Verminderung der ölviskosität wird aber auch hier vorzugsweise eine schwach erhöhte Temperatur, beispielsweise zwischen 40 und 70° angewendet. Bei Verwendung von Korrosionsschutzmaßnahmen wird eine Temperatur von 20 bis 30 ° über dem Fließpunkt des Wachses angewendet.

Das Imprägniermittel wirkt nach öffnen der Ventile 8 auf die auf die Imprägnierungstemperatur erhitzten Grubenstempel ein. Die Behälter 1 weisen zur Erhitzung der Grubenstempel Induktionsspulen 14 auf, welche beispielsweise von wasserdurchflossenen Kupferhohlleitern gebildet sind und an die erforderliche Wechselspannungsquelle angeschlossen sind. Die Wechselspannung hat hierbei in der Regel eine Frequenz von 50 Hz. Die einzelnen Induktionsspulen benachbarter Behälter können, wie in der Zeichnung dargestellt, in Serie geschaltet sein, wobei sich die Stromstärke bzw. Spannung nach der jeweilig benötigten Heizleistung bestimmt. Nach Erreichen der Wärmebehandlungs- bzw. der Imprägnierungslemperatur wird die elektrische Heizleistung gedrosselt bzw. abgeschaltet.

Die Grubenstempel können zunächst in passend geformten Drahtkörben zum Zwecke der Wärmebehandlung in Luftumwälzöfen eingebracht werden, welche nicht in deir Zeichnung dargestellt sind. Die Erwärmung kann aber auch selbstverständlich bereits im Behälter der Tauchimprägnierungsapparatur erfolgen, wobei die Erwärmung bei luftgefülltem oder aber evakuiertem Behälter vorgenommen werden kann.

Wird die Erwärmung der Grubenstempel in einem Luftumwälzofen vorgenommen, so ist es erforderlich.

die Grubenstempel nach der vorgesehenen Behandlungszeit unverzüglich unter Vermeidung nennenswerter Abkühlung in die Behälter 1 zu überführen und diese Behälter zu evakuieren. Sobald der gewünschte Enddruck von etwa 1,3 Pa erreicht ist, werden die Magnetventile 8 betätigt und so lange Imprägnierungsmittel eingelassen, bis die Grubenstempel gänzlich mit dem Imprägnierungsmittel überdeckt sind. Hierauf werden die Magnetventile 8 wieder geschlossen.

Anschließend erfolgt durch Öffnung des Magnetventils 12 über eine Belüftungsleitung bzw. Druckausgleichsleitung 11 die Belüftung des Raumes über den Grubenstempel. Während dieses Druckausgleiches dringt das Öl oder das geschmolzene Wachs in das Rißnetzwerk der Chromschichten ein. Dieses Eindringen kann dadurch weiter beschleunigt werden, daß durch Umsteuerung des Ventils 12 der Luftdruck über dem Grubenstempel auf Werte von etwa 5 bis 10 bar erhöht wird. Nach ca. 5 min werden die Behälter 1 neuerlich entspannt, wozu wiederum das Ventil 12 umgesteuert wird. Nach dem Entspannen kann der Behälter durch Abnehmen der Deckel 2 geöffnet werden und das Imprägnierungsmittel durch Betätigung der Ventile 8 wiederum in den Speichertank 6 zurückfließen. Der Stempel wird mittels eines Kranes aus dem Behälter ausgehoben und das an den Stempeln anhaftende Imprägnierungsmittel entfernt. Zur Entfernung des überschüssigen Imprägnierungsmittels kann beispielsweise saugfähiges Papier verwendet werden.

Verchromte Grubenstempel der gleichen Produktionsserie wurden zu Vergleichszwecken einerseits durch Tauchen an Luft bei Zimmertemperatur und andererseits durch eine Wärmebehandlung und eine daran sich anschließende Tauchimprägnierung mit einem Korrosionsschutzöl zusätzlich gegen korrosiven Angriff geschützt. Das überschüssige Öl wurde mi saugfähigem Papier entfernt und die Stempel einerr Korrosionstest nach Kesternich (DIN 50018) unterworfen.

Beim Vergleich der Proben stellte sich heraus, dat • durch Tauchen an Luft zusätzlich gegen Korrosion geschützte Stempellproben bereits nach 6-8 Kesternichrunden Rositpunkte bzw. -flecken aufwiesen während die im Vakuum zusätzlich geschützten Sternpelproben auch nach 20 Runden metallisch blank waren und erst nach 25 Runden vereinzelte Rostpunkt« aufwiesen. Üblicherweise wurde bisher das Überdauern von 6—8 Kesternichrunden als ausreichender Korrosionsschutz angesehen. Es ist aber einigermaßer schwer, aus Kesternichtests Schlußfolgerungen für die Praxis im Grubenbetrieb zu ziehen, und es hat siel immer wieder gezeigt, daß das Überdauern von 6-i Kesternichrunden durchaus nicht ausreicht, um in rauhen Grubenbetrieb das Auftreten von Rostpunk ten nach relativ kurzer Zeit zu verhindern. Nach den Duplex-Verfahren verchromte Stempel mit einer Ins gesamtchromauflage von 50 μπι überdauern meis auch nur 6-8 Kesternichrunden. Die erfindungsge maß behandelten Stempel mit einer Chromauflag< von 50 μπι, welche nun 20 Kesternichrunden ein wandfrei überdauern, können demgegenüber sicher Hch als wesentlich besser korrosionsgeschützt be zeichnet werden. Der Korrosionsschutz einer einstuf ij mikrorissigen Verchromung durch anschließend) Temperaturbehandlung und Vakuum-Tauchimprä gnierung ist zweifelsfrei wesentlich billiger als ein< Doppelverchromung bei gleicher Chromschichtstärk< ohne Imprägnierung. Aus den obigen Vergleichswer ten geht klar hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur billiger, sondern auch dem aufwendigeren Doppelverchromungsverfahren überleger ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schützen von verchromten Oberflächen von Gegenständen aus Stahl, insbesondere von Grubenstempeln gegen Korrosion, dadurch gekennzeichnet, daß die verchromten Oberflächen in einem Vakuum mit einem Imprägnierungsmittel imprägniert und vor oder während der Imprägnierung auf mindestens 100° C erwärmt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die verchromten Oberflächen aufweisenden Gegenstände auf 100° bis 250⁰C, vorzugsweise auf 100 bis 110° C, erwärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vakuum von 0,01 bis 0,005 bar angewendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch Induktion erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei außen verchromten hohlen Gegenständen die Erwärmung durch Einleiten eines heißen Mediums, insbesondere Heißluft, in den Hohlraum erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die verchromten Gegenstände in ein geschlossenes Gefäß eingesetzt werden und daß während oder nach der Erhitzung das Gefäß evakuiert und mit einem das Imprägnierungsmittel enthaltenden Gefäß an einer Stelle unterhalb des Spiegels des Imprägnierungsmittels verbunden wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß als Imprägnierungsmittel ein handelsübliches Korrosionsschutzöl auf Paraffin- oder Silikonbasis, mit einer Viskosität von 1 cm²sec~' bis 10cm²sec~', vorzugsweise 2 cm²sec~' bis 5 cm²sec~', verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß für das Schützen einer Chromoberfläche mit einer Schichtstärke von 50 bis 100 μπι die verchromten Gegenstände während einer Zeitdauer von 6 bis 24 Stunden auf einer Temperatur von 100 bis 250° C gehalten werden, worauf die verchromten Gegenstände unmittelbar einer Tauchimprägnierung im Vakuum unterzogen werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung der verchromten Gegenstände im Vakuum erfolgt und bei Temperaturen von 100 bis 250° C während einer Zeit von weniger als 6 Stunden vorgenommen wird.