DE2823873B2 - Verfahren zum Schützen von verchromten Oberflächen - Google Patents
Verfahren zum Schützen von verchromten OberflächenInfo
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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 (9)
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.
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