Verfahren zur Erzeugung einer Zinnschicht auf der inneren Oberfläche von Hohlbauteilen aus Kupferlegierungen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer die Kupferlöslichkeit in Wasser begrenzenden Zinnschicht an der inneren Oberfläche von Hohlbauteilen wie Rohren, Rohrverbindern oder Armaturen, aus einer Kupferlegierung, insbesondere aus Rotguß oder Messing.

[0002] Installationsbauteile aus Kupfer bzw. Kupferlegierungen haben sich für die Trinkwasserversorgungsanlagen in der Hausinstallation bewährt. Bei einem einzuhaltenden Grenzwert der Kupferionenabgabe von 2 mg/l bei zwölfstündiger Stagnation des Wassers ist man bestrebt, generell den unmittelbaren Kontakt zwischen Kupfer und Wasser durch eine Innenbeschichtung zu vermeiden. Zur Gewährleistung einer für den menschlichen Verbrauch geeigneten Wasserqualität gemäß der Trinkwasserverordnung werden dabei bevorzugt innenverzinnte Installationsbauteile eingesetzt.

[0003] Ein gebräuchliches Verfahren der Innenverzinnung von Kupferrohren ist die chemische Abscheidung von Zinn auf der Innenoberfläche der Kupferrohre, wie dies beispielsweise in der US-A-2,282,511 beschrieben ist. Hierzu wird das Kupferrohr mit einer chemischen Verzinnungslösung durchspült. Die Abscheidung von Zinn erfolgt dann durch eine einfache chemische Metallverdrängung (lonenaustausch). Es lösen sich Kupferionen aus dem Grundmetall und gleichzeitig wird eine äquivalente Menge Zinnionen aus der Verzinnungslösung abgeschieden. Dies geschieht unter dem Einfluß des Potentials, das zwischen der^- Verzinnungslösung und dem Kupfer besteht. Eine äußere Spannung oder ein elektrischer Strom ist nicht erforderlich.

[0004] Die chemische Verzinnung zeichnet sich durch ihre einfache Arbeitsweise bei vergleichsweise geringem Kostenaufwand für die apparative Einrichtung aus. Auch kann Zinn an der Innenseite von nur schwer zugänglichen Hohlbauteilen abgeschieden werden.

[0005] Nachteilig ist jedoch die Tatsache, daß der Austausch von Zinnionen gegen Kupferionen in Abhängigkeit von der vorhandenen Potentialdifferenz zwischen der Verzinnungslösung und dem Kupferbauteil abläuft. Die Abscheidungsrate nimmt daher in Abhängigkeit von der aufgebrachten Schichtdicke bzw. der Potentialdifferenz ab. Hierdurch kommt es bei Materialien mit inhomogenen Oberflächen zu einem gestörten Schichtaufbau. Die Reaktion kommt zum Stillstand, sobald das Grundmetall vollständig durch den Überzug bedeckt ist.

[0006] In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß bei bleihaltigen Kupferlegierungen, insbesondere Rotguß oder Messing, der Verzinnungserfolg durch das an der zu verzinnenden Oberfläche befindliche Blei nachteilig beeinflußt wird. Das auf der Oberfläche befindliche und gegenüber der Legierungskonzentration in der Regel deutlich höher konzentrierte Blei mit einem Anteil von bis zu 30 % behindert den lonenaustausch von Zinn- und Kupferionen. Hierdurch leidet die Haftung der Zinnschicht an der Oberfläche der zu verzinnenden Hohlbauteile. Auch lassen sich meist nur Dicken der Zinnschicht erreichen, die unter 1µm liegen. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die Bleimigration aus dem Basismaterial in das Trinkwasser durch die Zinnschicht praktisch nicht verringert wird.

[0007] Grundsätzlich ist es bekannt, bei Installationsbauteilen für Trinkwasserversorgungsanlagen aus Legierungen auf der Basis von verbleitem Kupfer die Bleiabgabe durch Behandlung der Bauteile mit einer wässrigen Reduktionslösung auf Säurebasis zu reduzieren. Derartige Vorschläge gehen aus der EP 0 683 245 B1 oder der WO 97/06313 hervor.

[0008] Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Innenverzinnung von Hohlbauteilen aus bleihaltigen Kupferlegierungen aufzuzeigen, welches größere Zinnschichtdicken mit verbesserter Haftung ermöglicht.

[0009] Diese Aufgabe wird verfahrensgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

[0010] Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, das auf der inneren Oberfläche befindliche und den lonenaustausch von Zinn- und Kupferionen behindernde Blei durch eine Behandlung mit einer wässrigen Reduktionslösung auf Säurebasis ätzend zu entfernen bzw. nahezu bleifreie Oberflächen zu erzielen, bevor diese in einem nachfolgenden Behandlungsschritt in der üblichen Weise chemisch verzinnt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders gut für die Innenverzinnung von Installationsbauteilen aus Rotguß oder Messing.

[0011] Das auf der zu verzinnenden Oberfläche befindliche Blei, welches mit üblichen Entfettungsverfahren, nicht beseitigt werden kann, wird durch die gezielte Behandlung vor der Verzinnung entfernt. In diesem Zusammenhang kommen insbesondere chlorid- und sulfatfreie nicht oxidierende Wasserstoffsäuren als Reduktionslösung zur Anwendung, wie dies Anspruch 2 vorsieht.

[0012] Die im nachfolgenden Verzinnungsprozeß erzielbaren Zinnschichtdicken liegen deutlich über 1 µm. Auch die Haftung der Zinnschicht mit dem Basismaterial ist erheblich verbessert. Ferner ist auch die Bleidurchlässigkeit der Zinnschicht deutlich verringert.

[0013] Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich in prozeßautomatisierten Fertigungsvorgängen wirtschaftlich durchführen. Die Hohlbauteile werden wie üblich zunächst mit einem alkalischen oder einem sauren Reinigungsmittel innen entfettet. Nach dem Entfettungsvorgang werden die Hohlbauteile mit Wasser gespült. Hieran kann sich gegebenenfalls eine weitere Vorbehandlung der inneren Oberfläche durch Beizen anschließen. Optional wird nach dem Beizen gespült mit vollentsalztem Wasser.

[0014] In einem gesonderten Spülvorgang mit einer chlorid- und sulfatfreien nicht oxidierenden Wasserstoffsäure erfolgt dann die Bleielimination an der inneren Oberfläche. Im Anschluß daran erfolgt ein nochmaliger Spülvorgang, bevor die Hohlbauteile mit einer Verzinnungslösung durchspült werden. Nach dem Verzinnungsvorgang wird das Kupferrohr kalt oder heiß gespült und getrocknet.

Ansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung einer die Kupferlöslichkeit in Wasser begrenzenden Zinnschicht an der inneren Oberfläche von Hohlbauteilen, wie Rohren, Rohrverbindern oder Armaturen, aus einer Kupferlegierung, insbesondere aus Rotguß oder Messing, bei welchem zunächst der Bleigehalt an der inneren Oberfläche der Hohlbauteile durch Behandlung mit einer wässrigen Reduktionslösung auf Säurebasis verringert wird, wobei als Reduktionslösung eine Wasserstoffsäure verwendet wird und anschließend die Hohlbauteile chemisch verzinnt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem eine chlorid- und sulfatfreie nicht oxidierende Wasserstoffsäure als Reduktionslösung zur Anwendung gelangt.