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Verfahren zur Erhöhung des Widerstandes eines Metallgegenstandes ,gegen
die Wirkung rissig- und brüchigmachender Reagenzien und nach dem Verfahren hergestellte
1VIetallgegenstände Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung des
.Widerstandes eines Metallgegenstandes gegen die. Wirkung rissig- oder brüchigmachender
Reagenzien, bei welchem der Gegenstand mit zwei Überzügen von Metallen abweichenden
Potentials von demjenigen des Grundmetalls überzogen und der Gegenstand .einer Wärmebehandlung
-unterworfen wird, und besteht darin, daß die beiden elektrolytisch aufgebrachten
Metallüberzüge- eine- solche-Stärke aufweisen, daß -der erste Überzug eine Höchstdicke
von o,r mm und der zweite Überzug eine-Höchstdicke von o,o25 mm hat, und daß der
überzogene Gegenstand einer . Wärmebehandlung- unter solchen: Temperatur-und Zeitbedingungen
unterworfen wird,, daß die beiden Metallüberzüge ohne schädliche Beeinträchtigung
der physikalischen Struktur des Grundmetalls miteinander legiert werden.
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Bei Herstellung einer die Erfindung verkörpernden Saugerstange wird
eine Stange der gewünschten Größe, Form usw. aus einem Grundmetall, wie z. B. Stahl,
hergestellt und. den Reinigungs- und Vorbereitungsarbeiten unterworfen, die für
die . Vorbereitung des Elektroplattierens notwendig. oder erwünscht sind. Diese
Arbeiten können beispielsweise Sandblasen, Beizen und Waschen umfassen. Die Stange
wird dann in bewährter Weise und, -unter solchen Bedingungen elektroplattiert,
daß ein. dichter, gleichförmiger Überzug von korrosionsbeständigem Metall, wie z.
B. reinem Nickel, gebildet wird. Wenn auch die Dicke. des Überzuges beträchtlich
schwanken kann, und ein Überzug
von etwa o, z mm ausgezeichnete
Ergebnisse gezeitigt hat, ist es wünschenswert, dünne Überzüge im Bereich von etwa
2,5 Tausendstelmillimeter bis etwa x Zehntelmillimeter, d. h. also 0,0025 mm bis
o,1 mm Dicke zu verwenden.
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Nickel ist ein hartes und im wesentlichen korro-- sionsbeständiges
Metall mit mindestens etwas edleren Eigenschaften als das Eisenmetall; aus dem die
Stange im Grunde gebildet ist, und der so hergestellte dünne Überzug bildet selbst
einen Schutz für die Oberfläche der Saugerstange: Die natürliche Porosität dieses
Überzuges und die Porosität und die Oberflächenrisse und -lücken des darunterliegenden
Grundmetalls begünstigen einen Angriff durch solche Reagenzien, denen die Stange
während des Gebrauchs gewöhnlich ausgesetzt ist, d. h. die Beschaffenheit der Saugerstange
ist selbst nach deren Plattierung mit einem nichtkorrodierenden Überzug; wie reinem
Nickel, eine solche, daß sie eine -schnelle Beschädigung infolge von Korrosion und
Rissigwerden zuläßt, wenn die Stange korrodierenden und rissigmachenden Reagenzien
ausgesetzt wird. Die überzogene Stange wird daher mit einem zweiten korrosionsbeständigen
Metall imprägniert, welches vorzugsweise unedler ist als das Grundmetall (Eisenmetall)
und das vorzugsweise irnstande--ist; einen beträchtlichen Dampfdruck auszuüben,
wenn es einem bestimmten Erhitzungsgrad ausgesetzt wird, und zwar- schon bei einer
Temperatur im wesentlichen unterhalb seines Schmelzpunktes Die Imprägnierung kann
auf eine Anzahl Arten -.durclhgeführt werden.. Beispielsweise kann ein dünner Zinküberzug
auf die' mit Nickel überzogene Sä.ugerstange aufgebracht werden, worauf die Stange
.unter solchen Bedingungen erhitzt -wird; däß -.eine Imprägnierung des Nickelüberzuges
und auch der darunterliegenden Fläche-des Grundmetalls mit Zink erreicht wird. Die
Dicke des Zinküberzuges kann schwanken und zwecks Anpassung an besondere Verhältnisse
Änderungen unterliegen; jedoch ist ein dünner Überzug vorzuziehen, und sehr zufriedenstellendeErgebnisse
sind mit einem Zinküberzug von weniger als 0,0025 mm Dicke erreicht worden. Dieser
Überzug kann auf das Nickel entweder durch Galvanostegie oder durch ein Heißtauchverfahren
aufgebracht werden, bei welchem die mit Nickel überzogene Saugerstange in ein Bad
von geschmolzenem Zink eingetaucht und darin für eine beträchtliche Zeitdauer oder
wenigstens lange genug -gehalten wird, um- die-Aufnahme eines im wesentlichen gleichförmigen
Zinküberzuges sicherzustellen. -Wenn die Saugerstange einem Heißtauchvorgang -unterworfen
wird, ist der Zinküberzug gewöhnlich dicker, als es erforderlich oder erwünscht
ist, und das überschüssige Zink kann dann in irgendeiner geeigneten Weise entfernt
werden.
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Ungeachtet der besonderen Art und Weise, in welcher der Zinküberzug
aufgebracht ist, wird dann die Saugerstange einer Wärmebehandlung unterworfen, die
unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß - sie eine vollständige Imprägnierung
des Nickelüberzuges mit Zink gewährleistet. Die Erhitzung wird vorzugsweise in einer
nichtoxydierenden Atmosphäre und unter solchen. .Bedingungen. -durchgeführt, daß
eine gleichförmige Erhitzung der Säugerstange sichergestellt ist: Dies läBt sich
wirksam in einem Induktionsofen erreichen, in den die mit Nickel überzogenen Gegenstände
so eingelegt werden, daß sie innerhalb des durch die- Induktionsspulen erzeugten
magnetischen Feldes liegen. Die Zeit, die dazu erforderlich ist, die Stangen oder
überzogenen Gegenstände auf die gewünschte Temperatur zu bringen, schwankt natürlich
mit der Größe der Gegenstände und auch der Frequenz des den Induktionsspulen zugeführten
Stromes. Beispielsweise wird eine Frequenz von ioo ooo Wechseln/Sek. die Erhitzung
in außerordentlich kurzer Zeit vollziehen, während Frequenzen der Größenordnung
von 8oo bis iooo Wechseln/Sek. die gewünschte Erhitzung unter gewöhnlichen Bedingungen
bewirken werden, wenn auch die Erhitzungsdauer eine etwas längere sein wird.
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Es wurde gefunden, daß die Imprägnierung über einen verhältnismäßig
weiten Temperaturbereich vor sich geht, natürlich in Abhängigkeit von dem jeweils
verwendeten Imprägnierungsmetall und in gewissem Maße von dem als primärer Überzug
verwendeten Metall und der Beschaffenheit des erhaltenen Überzuges. Wenn Nickel
als primärer Überzug und Zink als Imprägnierungsmetall verwendet werden, kann die
Temperatur dieser Wärmebehandlung zwischen Temperaturen, die so niedrig sind wie
148;8°C, und im wesentlichen oberhalb des Schmelzpunktes von Zink liegenden Temperaturen
schwanken, und es sei hier bemerkt; daß es ein Temperatur-Zeit- Verhältnis gibt,
welches für die Erzielung einer vollständigen Imprägnierung wesentlich ist. Wenn
ein Gegenstand, wie eine mit Nickel überzogene Saugerstänge, in einem Induktionsofen
und in einer nichtoxydierenden oder neutralen Atmosphäre gleichförmig erhitzt wird,
kann beispielsweise eine zufriedenstellende Imprägnierung in einer Zeit von annähernd
io Minuten erreicht werden, wenn die Temperatur der Stange annähernd gleich g8i°C
ist: Wenn niedrigere Temperaturen angewandt werden, wird die Erhitzungsdauer notwendigerweise
verlängert, und für Temperaturen von annähernd 176,5 bis 205°C sollte die Erhitzungsdauer
auf annähernd 3 Stunden ausgedehnt werden. Es versteht sich jedoch, daß dieses Temperatur-Zeit-Verhältnis
beispielsweise auch von der Beschaffenheit des in Frage stehenden Gegenstandes,
der Art der Erhitzung, dem Verwendungszweck, dem der Gegenstand dienen sohl, der
Größe des Gegenstandes, der Dicke des primären Überzuges und/oder dem in dem Überzug
verwendeten Metall und/oder dem Imprägnierungsmetall abhängt. Wenn der Gegenstand
so beschaffen ist, daß er schnell die gewünschte Temperatur- erreicht, können ferner
auch die Verhältnisse eine Erhitzungszeit angezeigt erscheinen lassen; die beträchtlich
kürzer ist als- die oben angegebene Zeit, während andererseits gewisse Gegenstände
und gewisse- -Verwendungszwecke eine viel längere Erhitzungsdauer angezeigt erscheinen
lassen; besonders wenn es sich um die niedrigen Temperaturen handelt.
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Die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Gegenstände sind
für eine ausgedehnte Zeitdauer im wesentlichen frei vom Brüchig- oder Rissigwerden
oder
wenigstens von einem gefährlichen Grad des Brüchig-oder Rissigwerdens,
und zwar selbst dann, wenn sie solchen brüchig- oder rissigmachenden Reagenzien
ausgesetzt sind, wie sie gewöhnlich im Ülbohrlochpumpenbetriebe angetroffen werden.
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Eine so behandelte, d. h. mit einem primären Nickelüberzug versehene
und dann einer Imprägnierungswärmebehandlung in Gegenwart von metallischem Zink
unterzogene Saugerstange ist stark widerstandsfähig gegen die korrodierende und
brüchig- oder rissigmachende Wirkung der Wasserlösungen von Natriumchlorid und Schwefelwasserstoff,
denen sie gewöhnlich im Gebrauch ausgesetzt ist. Es wurde auch gefunden, daß selbst
dort, wo das Grundmetall, aus dem der Gegenstand gebildet ist, metallurgisch so
beschaffen ist, daß es für Brüchig- oder Rissigwerden stark empfänglich ist, das
Verfahren eine bedeutungsvolle und günstige Wirkung hat. Wenn das Grundmetall metallurgisch
derart ist; daß es gegen Brüchig- oder Rissigwerden gewöhnlich etwas widerstandsfähig
ist, schützt das beschriebene Verfahren vor einem Brüchig- oder Rissigwerden, wie
es gewöhnlich durch industrielle Verwendungen verursacht wird, bei denen der Gegenstand
entweder beständig oder zeitweise einem stark aktiven brüchig-oder rissig machenden
Reaktionsmittel ausgesetzt ist.
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Es zeigt sich, daß nach der Wärmebehandlung eines mit Nickel und Zink
überzogenen Gegenstandes, wie z. B. der Saugerstange, der Zinküberzug an Dicke wesentlich
abgenommen hat, und er kann in Abhängigkeit von den Bedingungen der Erhitzung in
solchem Maße abgenommen haben, daß er fast völlig verschwunden ist. In diesem Zusammenhang
sei auch bemerkt, daß, sofern die Atmosphäre innerhalb des Heizofens nicht sorgfältig
geregelt wird, einiges Zinkoxyd an der Stange in Form einer Verkrustung erscheinen
kann. Dieses Zinkoxyd ist jedoch unschädlich, sofern es nicht in übermäßigen Mengen
gebildet wird, und kann in irgendeiner geeigneten Weise entfernt werden, nachdem
der Gegenstand abgekühlt ist. Es ist somit ersichtlich, daß eine neutrale oder reduzierende
Atmosphäre während der Wärmebehandlung nicht unbedingt erforderlich ist, wenn sie
auch sehr erwünscht ist.
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Sehr zufriedenstellende Ergebnisse sind beim Imprägnieren von mit
Nickel überzogenen Stahlblechen mit Zink erzielt worden, wobei die Bleche in Form
eines Packens angeordnet und zwischen die mit Nickel überzogenen Stahlbleche Zinkbleche
gelegt waren. Diese Packen werden vorzugsweise in einer reduzierenden Atmosphäre
und vorzugsweise auf eine Temperatur etwas unterhalb des Schmelzpunktes von Zink
erhitzt, und zwar für eine Zeit, die nicht nur ausreicht, um eine gleichförmige
Erhitzung des Packens zu verursachen, sondern auch das Ergebnis herbeizuführen,
d. h. es muß das zuvor erwähnte Temperatur-Zeit-Verhältnis in Betracht gezogen werden
und die Länge der Zeit eine solche sein, daß die angewendete niedrige Temperatur
ausgeglichen wird.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß es zwar nicht unbedingt erforderlich
ist, daß das Imprägnierungsmetall zu Beginn der Wärmebehandlung in inniger Berührung
mit dem überzogenen Gegenstand steht, daß es aber wesentlich ist, daß die Wärmebehandlung
unter solchen Bedingungen durchgeführt wird, daß der Gegenstand einer unmittelbaren
Berührung mit dem Imprägnierungsmetall unterliegt, wenn dieses Metall eine Beschaffenheit
durchläuft, bei welcher es einen kolloidalen Zustand erreicht oder ihm nahekommt.
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Eine weitere Betrachtung der Packenbehandlung der mit Nickel überzogenen
Bleche zeigt, daß die Zinkbleche des Packens immer wieder benutzt werden können
und daß die gewünschte Imprägnierung der mit Nickel überzogenen Eisenbleche erreicht
wird, selbst wenn die Zinkbleche an Gewicht nicht wesentlich vermindert sind und
selbst wenn sie sich nicht in inniger Berührung mit den mit Nickel überzogenen Blechen
über die ganze Fläche dieser Bleche befinden. Hieraus ist ersichtlich, daß während
der Wärmebehandlung ein Teil des der Wärmebehandlung unterworfenen Zinks einen Zustand
durchläuft, der einem dampfförmigen Zustand nahekommt, und in diesem Zustand stark
aktiv als Imprägnierungsmittel für die mit Nickel überzogenen Eisenbleche ist. In
Anbetracht dessen ist es ersichtlich, daß Gegenstände, wie mit Nickel überzogene
Saugerstangen, vor der Imprägnierungswärmebehandlung nicht mit Zink überzogen zu
werden brauchen. Das Zink kann in den Induktionsofen in Form von Zinkmetallpulver
eingeführt und dieses Pulver in geeigneter Weise an der Stange mittels eines Klebmittelüberzuges
gehalten werden, welcher durch die entwickelte Hitze zum Verschwinden gebracht wird.
Unter diesen Umständen durchläuft das Zinkpulver zweifellos einen Zustand, der einem
dampfförmigen Zustand gleicht, und aus diesem Grunde ist es als Imprägnierungsmittel
wirksam.
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Das Verfahren nach der Erfindung kann auch in anderen Einzelheiten
abgeändert werden, z. B. kann das Grundmetall eines Gegenstandes, wie einer Saugerstange,
mit einem Imprägnierungsmetall, wie z. B. Zink, imprägniert werden, bevor es mit
dem Metall von hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Nickel, überzogen wird. Wenn dies geschieht,
kann das Zink auf die Stange durch ein elektrolytisches Verfahren oder durch ein
Galvanisierverfahren aufgebracht und die erste Wärmebehandlung in der zuvor beschriebenen
Weise durchgeführt werden, d. h. in einem Induktionsofen und innerhalb einer neutralen
oder reduzierenden Atmosphäre. Nach dieser Wärmebehandlung wird das an der Stange
in Form eines Überzuges verbleibende Zink vorzugsweise entfernt und die Stange für
einen Überzug aus reinem Nickel vorbereitet. Dieser Überzug wird elektrolytisch
aufgebracht und die Stange wiederum einer Imprägnierungswärmebehandlung unterworfen
zum Zwecke des Imprägnierens und Verstopfens der Poren des Nickelüberzuges.
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Ein guter ununterbrochener Überzug von Zink auf Eisen schützt das
Eisen gegen zahlreiche Formen von Feuchtigkeitskorrosion, bis das metallische Zink
verschwindet oder die Vollständigkeit unterbrochen wird. In manchen Fällen blieb
der durch das Zink gewährte Schutz bestehen, bis das Zink mindestens
als
Überzug von .merkbarer Dicke völlig verschwunden war: Metallisches Zink ist beträchtlich
unedler und anodischer als Eisenmetall, wie z. B. Eisenoder Stahl: Es ist in der
Tat noch-weit anodischer als für Schutzzwecke -erforderlich, und infolgedessen schwindet
es zu -schnell. -Ferner- gestattet -ein. reiner. Zinküberzug auf Eisen oder Stahl
oder selbst ein über einem Nickelüberzug auf das Eisen oder den Stahl aufgebrachter
reiner Zinküberzug außen aufgebrachten Reagenzien, das Eisenoder den Stahl durch..
den Überzug bzw. die Überzüge hindurch brüchig oder rissig zu machen: Nicht -allein
:dies ist der Fall, vielmehr scheint die Aufbringung eines reinen Zinküberzuges
auf mit Nickel überzogenes Eisen oder .Stahl auch den Widerstand -gegen die Wirkung
von brüchig- öder rissig-.machenden Reagenzien herabzusetzen und verursacht selber.
ein Brüchig- öder Rissigwerden des Eisens oder Stahles in zahlreichen Wasserlösungen.
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- Im vorstehenden wird die Bezeichnung reiner Zinküberzug zur Unterscheidung
von der. Aufbringung von Zink auf den Metallgegenstand nach dem bei der Erfindung
in Betracht kommenden Verfahren .verwendet. Die. sich -bei der Anwendung der Erfindung
auf einen. Metallgegenstand ergebende Nickel-Zink-Verbindung oder ähnliche Verbindung
ist gemildert-- und schwach elektrolytisch, aber trotzdem .ausreichend anodisch
und. kräftig in bezug auf solche Grundmetalle wie -die=_Eisenmetalle, um einen im
wesentlichen dauerhaften Schutzüberzug für diese Metalle zu bilden.- Es hält um
ein Vielfaches länger stand als reine Zinküberzüge und ist um ein Vielfaches. wirksamer
.als reine Nickelüberzüge.
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. Für .zahlreiche gewerbliche Anwendungen ist es ,erwünscht, .den.
.erhaltenen Überzug nach der Irnprägnierungswärmebehandlung mit chemischen Reaktionsmitteln
zu behandeln zwecks Entfernung von Zink- oder anderen Oxyden sowie des meisten,
`wenn nicht gesamten freien Oberflächenzinks oder sonstigen Imprägnierungsmetalls.
Dies kann mit Säuren und Säurelösungen geschehen,: und es werden für diesen Zweck
phosphorsaure Salze. und Essigsäure empfohlen. Essei jedoch bemerkt, daß auch eine
Cyanidlösung (wie z. B. NaCN) sowie Parkerisier- und Bonderisierlösungen verwendet
werden können. Diese Maßnahme der Entfernung von -Oxyden und überschüssigem Imprägnierungsmetall
verbessert das Aussehen des behandelten .Gegenstandes- und .verbessert auch im gewissen
Maße seine Widerstandseigenschaften gegen Korrosion -und Brüchig- oder. Rissigwerden.