Verfahren zur Oberflächenbehandlung von metallischem Material

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie. Die Anwendung der Erfindung ist möglich und zweckmäßig bei der konduktiven Erwärmung von strangförmigem metallischem Material zum Zweck einer Oberflächenbehandlung des Materials, z. B. des Beschichtens mit einem Schmiermittel, Schmiermittelträger oder mit einem vor Korrosion schützenden Überzug, und z. B. einer nachfolgenden Umformung.

[0002] Das Verfahren eignet sich besonders zum Aufbringen von Korrosionsschutzschichten, Schmiermittelträgern und/oder Festschmierstoffen aus einer Dispersion oder Lösung auf das metallische Material, beispielsweise auf Drähte, Stangen, Stäbe oder Rohre, die mit einem derartigen Überzug versehen werden sollen.

[0003] Es sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen metallisches Material im Durchlauf konduktiv über den gesamten Querschnitt bzw. über das gesamte Volumen auf eine Temperatur erwärmt wird, die mindestens 10 K über der Temperatur des anschließend aufzubringenden Beschichtungsmittels und die um höchstens 200 K über dessen Siedetemperatur liegt. Findet eine derartige konduktive Erwärmung mit trockenen Kontaktstellen zwischen stromzuführenden Teilen und dem zu erwärmenden Material statt, kommt es dort in der Regel zu einer unkontrollierten Funkenbildung. Dadurch wird die Qualität des zu erwärmenden Materials beeinträchtigt. Speziell bei Material mit höherem Kohlenstoffgehalt kommt es an den funkengeschädigten Oberflächenbereichen zur Ausbildung von Martensit, der eine nachfolgende Umformung sehr erschwert bzw. unmöglich macht. Ferner tritt ein hoher Verschleiß der Kontaktelemente (Rollen- oder Schleifkontakte) auf.

[0004] Das Ziel der Erfindung besteht darin, strangförmiges metallisches Material im Zuge einer Oberflächenbehandlung auf ökonomisch vorteilhafte Weise mit dünnen Feststoffschichten zu versehen, um dadurch eine Schmiermittelschicht oder einen vor Korrosion schützenden Überzug zu erzeugen und gleichzeitig eine thermische Schädigung der Materialoberfläche bei konduktiver Erwärmung zu unterbinden.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung durch die thermische Abscheidung von dünnen Feststoffschichten auf strangförmigem Material so zu gestalten, daß bei der konduktiven Erwärmung des durchlaufenden Materials eine thermische Schädigung der Materialoberfläche, z. B. durch lokale Überhitzung bzw. Funkenbildung bedingte Martensitbildung, ausgeschlossen und der Verschleiß stromübertragender Anlagenteile deutlich gesenkt wird.

[0006] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktstellen zwischen dem konduktiv zu erwärmenden Material und den stromzuführenden Anlagenteilen durch eine elektrolytische Flüssigkeit, die gelöste oder dispergierte Feststoffe enthält, benetzt werden, und daß die in der benetzenden Flüssigkeit vorliegenden abscheidbaren Substanzen durch einen Trockenprozeß unmittelbar nach Verlassen der ausgangsseitigen Kontaktstelle als dünne Feststoffschicht auf der Materialoberfläche abgeschieden werden.

[0007] Die Benetzung der Kontaktstellen kann dabei durch Betropfen, Besprühen, Umspülen oder Fluten mit der Flüssigkeit oder durch Eintauchen in die Flüssigkeit und/oder durch Hineinfördern der Flüssigkeit in die Kontaktzone durch vorher damit benetztes Material erfolgen.

[0008] Es ist zweckmäßig, als benetzende Flüssigkeit wäßrige Lösungen von Salzen wie Natriumtetraborat, Natriumphosphate, Natriumhydrogenphosphate, Eisenphosphat, Zinkphosphat, Zinksulfat, Kupfersulfat, Natriumoxalat oder von anderen Elektrolyten oder Elektrolytgemischen mit oder ohne Zusatz von Netzmitteln oder Dispergatoren, wie Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxidaddukte, zu verwenden. Als benetzende Flüssigkeit kann auch Wasser mit einem natürlichen Gehalt an Härtebildnern (Trinkwasser oder Brauchwasser) verwendet werden.

[0009] Nach weiteren zweckmäßigen Ausgestaltungen der Erfindung kann die Schichtdicke der auf der Oberfläche des durchlaufenden metallischen Materials abgeschiedenen Substanzen durch die Konzentration der Substanzen in der benetzenden Flüssigkeit und/oder durch die den Kontaktstellen zugeführte elektrische Leistung und/oder durch die ausgangsseitige Materialtemperatur geregelt werden.

Das nun folgende Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

[0010] Stahldraht der Qualität D73 mit einem Durchmesser von 5.5 mm wird mit einer Geschwindigkeit von 1.18 m/s und einer elektrischen Leistung von 12 kW im Durchlauf konduktiv erwärmt. Dabei werden die Stromzuführungsrollen mit einer wäßrigen Lösung, die 12 Masse-% Natriumtetraborat und 0.32 Masse-% Polyvinylalkohol enthält, besprüht. Damit wird auf der Drahtoberfläche eine geschlossene, gleichmäßige Feststoffschicht Juwelierborax mit einer Schichtmasse von 4...5 g.m⁻² abgeschieden. Der Draht kann nun entweder nach herkömmlicher Art umgeformt oder vorher noch mit einer Schmiermitteldispersion beschichtet werden.

[0011] Würde dieser Draht in bisher üblicher Weise mit einer elektrischen Leistung von 10...15 kW im Durchlauf kontinuierlich erwärmt, so käme es an den Kontaktstellen zwischen den stromzuführenden Anlagenteilen (Stromzuführungsrollen) und dem zu erwärmenden Draht aufgrund hoher Übergangswiderstände zur Funken- oder Lichtbogenbildung. Dabei wird die Drahtoberfläche lokal so stark erhitzt, daß sich bei der nachfolgenden Abkühlung martensitische Strukturen ausbilden, die wegen ihrer Härte eine nachfolgende Umformung stark behindern und somit zu einer Qualitätsminderung oder sogar zum Ausschuß des Materials führen.

[0012] Durch die Anwendung der Erfindung werden derartig hohe Übergangswiderstände ausgeschlossen und eine gleichbleibende Materialqualität gesichert.

Ansprüche

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung durch eine thermische Abscheidung von in wäßrigen Lösungen oder Dispersionen vorliegenden Substanzen in Form dünner Feststoffschichten auf konduktiv erwärmtem, strangförmigem, metallischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktstellen zwischen dem konduktiv zu erwärmenden Material und den stromzuführenden Anlagenteilen durch eine elektrolytische Flüssigkeit, die gelöste oder dispergierte Feststoffe enthält, benetzt werden, und daß die in der benetzenden Flüssigkeit vorliegenden abscheidbaren Substanzen durch einen Trockenprozeß unmittelbar nach Verlassen der ausgangsseitigen Kontaktstelle als dünne Feststoffschicht auf der Materialoberfläche abgeschieden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Benetzung der Kontaktstellen durch Betropfen, Besprühen, Umspülen oder Fluten mit der Flüssigkeit oder durch Eintauchen in die Flüssikgeit und/oder durch Hineinfördern der Flüssigkeit in die Kontaktzone durch vorher damit benetztes Material erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als benetzende Flüssigkeit wäßrige Lösungen von Salzen wie Natriumtetraborat, Natriumphosphate, Natriumhydrogenphosphate, Eisenphosphat, Zinkphosphat, Zinksulfat, Kupfersulfat, Natriumoxalat oder von anderen Elektrolyten oder von Elektrolytgemischen mit oder ohne Zusatz von Netzmitteln oder Dispergatoren, wie Polyvinylalkohol oder Polyethylenoxidaddukte, verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der auf der Oberfläche des durchlaufenden metallischen Materials thermisch abgeschiedenen Substanzen durch die Konzentration der Substanzen in der benetzenden Flüssigkeit und/oder durch die den Kontaktstellen zugeführte elektrische Leistung und/oder durch die ausgangsseitige Materialtemperatur geregelt wird.