Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein metallisches Substrat Die Erfindung- betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein metallisches Substrat. Es sind bereits zahlreiche Verfahren zum Beschichten eines me tallischen Substrats bekannt, die jedoch oft nicht befrie digt haben.
Kürzlich wurden die Vorzüge beim Giessen von Nichteisenmetallen durch ein Molybdänsieb entdeckt, wobei Krätze und Schlacke vom gegossenen Metall ent fernt werden. Diese Vorteile lassen sich auch erzielen, wenn Eisenmetalle durch solch ein Sieb gegossen werden. Für eine solche Anwendung wurde jedoch das Molybdän nicht für geeignet gehalten, und zwar aufgrund seiner hohen Löslichkeit in Gusseisen bei normalen Giesstem- peraturen. D.h., dass sich ein Molybdänsieb, durch das geschmolzenes Gusseisen gegossen wird, rasch in dem Gusseisen auflöst.
Es sind auch schon gelochte, kerami sche Platten zum Sieben gegossener Metalle vorgeschla gen worden; diese Platten sind jedoch sehr spröde und kostspielig herzustellen; ferner weisen sie ein sehr niedri ges Verhältnis zwischen dem Querschnitt ihrer Durch brechungen und ihrem Gesamtquerschnitt auf; daher verringern sie die Giessgeschwindigkeit .und rufen andere Nachteile hervor. Die bekannten Verfahren zum Be schichten des hier nur als Beispiel erwähnten Molybdän siebs haben sich in der Praxis nicht bewährt.
Der Erfindung liegt das Bestreben zugrunde, ein Ver fahren zu schaffen, um ein Substrat so zu beschichten, dass es die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein metallisches Substrat ist da durch gekennzeichnet, dass es aus folgenden Schritten besteht: Herstellen eines Gemischs aus dem Beschich tungsmaterial und einer -Flüssigkeit, die das metallische Substrat ätzt: Auftragen des Gemischs auf letzteres, wo bei die Flüssigkeit das metallische Substrat ätzt und die Bindung desselben mit dem Beschichtungsmaterial ver bessert, und Entfernen der Flüssigkeit vom beschichteten metallischen Substrat.
Im folgenden wird als Beispiel eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstands anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Sandform, Fig. 2 in grösserem Massstab ausschnittsweise das in Fig. 1 mit einem Kreis gekennzeichnete Gebiet, Fig. 3 in grösserem Massstab ein der Ausführungs form des oben beschriebenen Siebs in der Draufsicht und Fig. 4 ebenfalls in grösserem Massstab und aus schnittsweise einen Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3.
In der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 dient die Sandform 11 für die Benutzung beim Giessen von Ge genständen, 'die aus Eisenmetallen gebildet werden, wie z.B. aus irgendeiner Gusseisenart. Die Sandform 11 weist einen Unterkasten 12 aus Giessereisand auf, der unter Druck in einen Oberkasten 13 gepackt worden ist. Auf dem Unterkasten 12 und dem Oberkasten 13 ist eine Oberform 14 abgestützt, die auch aus Giessereisand ger- gestellt und unter Druck in einen Oberformkasten 15 gepackt worden ist. Oberform 14 und Unterkasten 12 stehen miteinander längs einer Eingriffslinie 16 in Ein griff.
Im Unterkasten 12 und in der Oberform 14 ist ein Hohlraum auf bekannte Weise ausgebildet worden; dieser Hohlraum hat die Form des zu giessenden Gegen stands. Ein Kern oder mehrere Kerne können auf be kannte Weise in den Hohlraum 17 eingesetzt werden, wenn die dem gegossenen Gegenstand öffnungen erzeugt werden sollen. Im Unterkasten 12 ist dicht an der Ein griffslinie 16 ein Giesskanal 18 ausgebildet, dessen eines Ende in den Hohlraum 17 mündet. Das andere Ende des Giesskanals 18 endet in einem vergrösserten Hohlraum 19, der dem unteren Ende eines Eingusses 21 benach bart ist; dieser ist in der Oberform 14 ausgebildet und kann als eine Erweiterung derselben betrachtet werden.
Der Einguss 21 erstreckt sich senkrecht durch die Ober form 14 und endet mit seinem oberen Ende in einem ver- grösserten Eingusstrichter 22. An der dem Giesskanal 18 gegenüberliegenden Seite des Hohlraums 17 ist ein Stei ger 23 ausgebildet, der sich durch einen Abschnitt des Unterkastens 12 und durch die Oberform 14 hindurch er- streckt. Der Steiger 23 endet in der oberen Oberfläche der Oberform 14.
Während des Giessens wird das geschmolzene Guss- eisen in den Eingusstrichter 22 aus einer Gusspfanne oder dgl. bei einer Temperatur gegossen, die beträchtlich unter dem Schmelzpunkt des Molybdäns liegt. Dieses ge schmolzene Gusseisen läuft den Einguss 21 hinunter, durchläuft den Giesskanal 18 und gelangt so in den Hohlraum 17. Es muss eine' ausreichende Metallmenge vergossen werden, um den Steiger 23 zu füllen und zu ge währleisten, dass das gesamte Volumen des Hohlraums 17 ausgefüllt wird.
Das auf diese Weise vergossene Guss- eisen enthält Schlacken oder andere Krätze, die in den Hohlraum 17 eintreten können und innerhalb des erziel ten gegossenen Gegenstands Unreinheiten hervorrufen. Um diese Verunreinigungen vom erzielten Gussstück fernzuhalten, ist innerhalb der Form 11 ein beschichte tes, expandiertes Molybdänsieb 25 angeordnet, und zwar an der Eingriffslinie 16, das sich quer über den .Quer schnitt des Eingusses 21 erstreckt.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ist das beschichtete Sieb 25 unter Benutzung eines expandierten Grund-Molyb dänsiebs hergestellt worden. Das Molybdänsieb ist mit einer Vielzahl von im wesentlichen gleich grossen und gleichförmig verteilten, vieleckigen Öffnungen 26 ausge bildet, die durch einheitliche Stränge 27 aus Molybdän begrenzt sind. Die die benachbarten Öffnungen 26 begrenzenden Stränge 27 sind einstückig miteinander verbunden, und * zwar an den Spitzen der vieleckigen Öffnungen, wie die Fig. 3 zeigt. Diese Form des Siebs kann durch jede bekannte Metallstrecktechnik hergestellt werden.
Wie bekannt, ist Molybdän in Eisenmetallen bei Schmelz- oder Giesstemperaturen leicht löslich. Wenn daher geschmolzenes Gusseisen unmittelbar das Molyb dänsieb berührt, würde es sich bald auflösen und dann nicht mehr dem beabsichtigten Zwecke dienen. Aus die sem Grunde wird auf den Molybdänsträngen 27 eine Be schichtung 28 abgeschieden, die vollständig diese Stränge 27 umhüllt, die Öffnungen 26 aber offen lässt. Selbstver ständlich wird die Grösse der Öffnungen 26 etwas durch die Anwendung der Beschichtung 28 verkleinert. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Molybdänsieb eine Maschendicke von etwa 0,5 mm und eine Strang breite von 0,25 mm. Die Grösse der nichtbeschichteten Öffnungen beträgt etwa 7 mm in ihrer Längsabmessung und etwa<B>3,12</B> mm in ihrer kürzesten Abmessung.
Auf einem Quadratzentimeter befinden sich etwa 10 Maschen; die durchbrochene Fläche der Masche beträgt etwa 850/o ihres gesamten Querschnitts.
Die Beschichtung 28 ist aus einem Werkstoff, der einen höheren Schmelzpunkt hat als gegossenes Gussei- sen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Be schichtung 80% Aluminiumoxid und 20 Gewichtsprozent Siliziumdioxid auf. Die Beschichtung wird durch Bildung eines Gemischs angewandt, das ungefähr 58 Gewichts prozent des Gemischs von Aluminiumoxid und Silizi umoxid in den oben erwähnten Prozentsätzen enthält, sowie 42 Gewichtsprozent von Natriumhydroxid. Die Natriumhydroxidlösung hatte 200 Gramm Natriumhy- droxid je Liter Wasser.
Das beschichtete Sieb wurde dann an der Luft während einer halben Stunde getrock net und wurde dann einem auf 400 C eingestellten Ofen zugeführt; das beschichtete Sieb kann aber auch unmit telbar in den 400 C-Ofen eingeführt werden. Das be schichtete Sieb wurde dann in dem 400 C-Ofen zwei Stunden belassen. In dem dem Sieb zugeführten Gemisch wurden kleine Anteile von Aluminiumoxid und Silizium- dioxid aufgelöst. Nach dem darauf folgenden Trocknen und Backen im 400 C-Ofen wurden das aufgelöste Alu miniumoxid und Siliziumdioxid gefällt; diese wirkten als Bindemittel für den übrigen. Teil des Aluminiumoxids und Siliziumdioxids, so dass das beschichtete Sieb ohne Ablösen der Schicht benutzt werden konnte.
Das Beschichten des Siebs auf die oben beschriebene Weise schützt das Molybdän sehr wirksam vor der Auf lösung in dem geschmolzenen Gusseisen. Weiterhin ist das beschichtete Sieb sehr wirksam, um Krätze u. Schlak- ken vom Gusseisen während des Giessens zu entfer nen. Wenn eine dickere Beschichtung erwünscht ist, kann das oben erwähnte Beschichtungsverfahren so oft wiederholt werden, wie es notwendig erscheint, um die gewünschte Schichtdicke zu erzielen.
Unter gewissen Umständen kann es wünschenswert sein, eine Schicht mit grösserer Starrheit zu erzielen, wo durch von selbst eine höhere Lebensdauer ohne Beschä digung der Schicht erzielt wird. Eine solche Schicht ist durch Sintern oder Schmelzbeschichtung des Siebs ge bildet worden, das auf die oben beschriebene Weise be schichtet worden ist. Um das zu erzielen, wurde das be schichtete Sieb in dem 400 C-Ofen getrocknet und dann zum Wasserstoffofen überführt; während es sich noch in warmem Zustand befand. Auf diese Weise nimmt das Natriumhydroxid keine Feuchtigkeit aus der Luft auf; darauf wurde das Sieb während einer Minute im Wasser stoffofen bei 1600 C erhitzt.
Diese Temperatur reichte aus, um ein Sintern oder ein Aufschmelzen der Schicht zu erzeugen. Das Siliziumdioxid, das dem Aluminium oxid beigegeben worden ist, reduzierte die Schmelztem peratur des Gemischs, so dass ein Schmelzen bei unge fähr l600 C erfolgt. Das Natriumhydroxid greift das Molybdänsieb leicht an; wenn es höheren Temperaturen unterworfen wird, bewirkt es eine Ätzung, die bei der Bindung des Gemischs von Aluminiumoxid und Silizium- dioxid an das Sieb unterstützend mithilft.
Nach dem Aufschmelzen des beschichteten Siebs wird es noch in Gegenwart der Wasserstoffatmosphäre gekühlt; wenn es genügend abgekühlt ist, wird es mit dem Aussenraum in Verbindung gebracht. Das erzielte Sieb war vollständig überzogen, und der Überzug war sehr hart und anhaf tend. Wie schon früher erwähnt ist, kann eine dickere Beschichtung durch eine beliebig oft durchgeführte Wie derholung des oben beschriebenen Vorgangs erzielt wer den. Die Schichtdicke bei einfacher Beschichtung beträgt etwa 0,05 mm; wenn die Beschichtung zweimal durchge führt wird, dann beträgt die Schichtdicke etwa 0,15 mm.
Das beschriebene Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung beschränkt sich weder auf Molybdänsiebe noch auf Siebe schlechthin; es lässt sich bei jedem Sub strat anwenden, das aus metallischen Werkstoffen be steht.
Method for applying a coating to a metallic substrate The invention relates to a method for applying a coating to a metallic substrate. Numerous methods for coating a metallic substrate are already known, but they have often not been satisfactory.
Recently, the benefits of casting non-ferrous metals through a molybdenum screen were discovered, removing dross and slag from the cast metal. These advantages can also be obtained when ferrous metals are poured through such a sieve. However, molybdenum was not considered suitable for such an application because of its high solubility in cast iron at normal casting temperatures. That is, a molybdenum screen through which molten cast iron is poured quickly dissolves in the cast iron.
There are also perforated, ceramic cal plates for sieving cast metals have been proposed; however, these panels are very brittle and expensive to manufacture; They also have a very niedri ges ratio between the cross section of their openings and their overall cross section; therefore they reduce the casting speed and cause other disadvantages. The known methods for loading the molybdenum sieves mentioned here only as an example have not proven themselves in practice.
The invention is based on the endeavor to provide a method for coating a substrate in such a way that it does not have the disadvantages mentioned above.
The method according to the invention for applying a coating to a metallic substrate is characterized in that it consists of the following steps: producing a mixture of the coating material and a liquid that etches the metallic substrate: applying the mixture to the latter, where the Liquid etches the metallic substrate and improves the bonding of the same with the coating material, and removing the liquid from the coated metallic substrate.
In the following, an embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail with reference to the drawings. 1 shows a cross-section through a sand mold, FIG. 2 shows a detail of the area marked with a circle in FIG. 1 on a larger scale, FIG. 3 shows a plan view of the embodiment of the above-described screen on a larger scale, and FIG. 4, also on a larger scale and from a cross-section along the line IV-IV in FIG. 3.
In the embodiment of Figs. 1 and 2, the sand mold 11 is for use in casting articles formed from ferrous metals, e.g. of some kind of cast iron. The sand mold 11 has a lower box 12 made of foundry sand which has been packed into an upper box 13 under pressure. On the lower box 12 and the upper box 13, an upper mold 14 is supported, which has also been made from foundry sand and packed into an upper mold box 15 under pressure. Upper form 14 and lower box 12 are interlocked with one another along an engagement line 16 in a.
In the lower box 12 and in the upper mold 14, a cavity has been formed in a known manner; this cavity has the shape of the object to be cast. A core or several cores can be inserted into the cavity 17 in a known manner if the openings for the cast object are to be created. In the lower box 12, a pouring channel 18 is formed close to the A handle line 16, one end of which opens into the cavity 17. The other end of the pouring channel 18 ends in an enlarged cavity 19 which is adjacent to the lower end of a sprue 21 disclosed; this is formed in the upper mold 14 and can be viewed as an extension of the same.
The sprue 21 extends vertically through the upper mold 14 and ends with its upper end in an enlarged pouring funnel 22. On the side of the cavity 17 opposite the pouring channel 18, a riser 23 is formed which extends through a section of the lower box 12 and extends through the upper mold 14. The riser 23 terminates in the upper surface of the upper mold 14.
During casting, the molten cast iron is poured into the pouring funnel 22 from a pouring ladle or the like at a temperature which is considerably below the melting point of the molybdenum. This ge molten cast iron runs down the sprue 21, runs through the pouring channel 18 and so gets into the cavity 17. A sufficient amount of metal must be cast to fill the riser 23 and to ensure that the entire volume of the cavity 17 is filled becomes.
The cast iron cast in this way contains slag or other dross which can enter the cavity 17 and cause impurities within the cast object obtained. In order to keep these impurities away from the casting obtained, a coated, expanded molybdenum sieve 25 is arranged within the mold 11, namely at the line of action 16 which extends across the cross section of the sprue 21.
As shown in FIGS. 3 and 4, the coated screen 25 has been made using an expanded molybdenum base screen. The molybdenum sieve is formed with a plurality of substantially the same size and uniformly distributed, polygonal openings 26, which are bounded by uniform strands 27 of molybdenum. The strands 27 delimiting the adjacent openings 26 are integrally connected to one another, namely at the tips of the polygonal openings, as FIG. 3 shows. This shape of the screen can be made by any known metal stretching technique.
As is known, molybdenum is easily soluble in ferrous metals at melting or casting temperatures. Therefore, if molten cast iron touched the molybdenum sieve directly, it would soon dissolve and then no longer serve its intended purpose. For this reason, a coating 28 is deposited on the molybdenum strands 27, which completely envelops these strands 27, but leaves the openings 26 open. Of course, the size of the openings 26 is somewhat reduced by the application of the coating 28. In a preferred embodiment, the molybdenum sieve has a mesh thickness of about 0.5 mm and a strand width of 0.25 mm. The size of the uncoated openings is approximately 7 mm in their longitudinal dimension and approximately <B> 3.12 </B> mm in their shortest dimension.
There are about 10 meshes in one square centimeter; the openwork area of the mesh is about 850% of its total cross section.
The coating 28 is made of a material which has a higher melting point than cast iron. In a preferred embodiment, the coating comprises 80% aluminum oxide and 20% by weight silicon dioxide. The coating is applied by forming a mixture containing approximately 58 percent by weight of the mixture of alumina and silicon oxide in the percentages mentioned above, and 42 percent by weight of sodium hydroxide. The sodium hydroxide solution had 200 grams of sodium hydroxide per liter of water.
The coated screen was then dried in air for half an hour and was then fed into an oven set at 400 ° C .; the coated screen can also be inserted directly into the 400 C oven. The coated screen was then left in the 400 C oven for two hours. Small amounts of aluminum oxide and silicon dioxide were dissolved in the mixture fed to the sieve. After the subsequent drying and baking in the 400 C oven, the dissolved aluminum oxide and silicon dioxide were precipitated; these acted as binders for the rest. Part of the aluminum oxide and silicon dioxide so that the coated screen could be used without peeling off the layer.
Coating the screen in the manner described above is very effective in protecting the molybdenum from being dissolved in the molten cast iron. Furthermore, the coated screen is very effective to remove scabies and the like. Slag from the cast iron during casting. If a thicker coating is desired, the above-mentioned coating process can be repeated as often as appears necessary to achieve the desired layer thickness.
Under certain circumstances it may be desirable to achieve a layer with greater rigidity, which by itself means a longer service life without damaging the layer. Such a layer has been formed by sintering or melt-coating the screen which has been coated in the manner described above. To achieve this, the coated screen was dried in the 400 C oven and then transferred to the hydrogen oven; while it was still warm. This way the sodium hydroxide does not absorb moisture from the air; then the sieve was heated in a hydrogen oven at 1600 C for one minute.
This temperature was sufficient to produce sintering or melting of the layer. The silicon dioxide that was added to the aluminum oxide reduced the melting temperature of the mixture, so that it melted at around 1600 ° C. The sodium hydroxide easily attacks the molybdenum sieve; if it is subjected to higher temperatures, it causes etching, which aids in binding the mixture of aluminum oxide and silicon dioxide to the screen.
After the coated screen has melted, it is still cooled in the presence of the hydrogen atmosphere; when it has cooled sufficiently, it is brought into contact with the outside space. The screen obtained was completely coated and the coating was very hard and adherent. As mentioned earlier, a thicker coating can be achieved by repeating the process described above as often as required. The layer thickness with a single coating is about 0.05 mm; if the coating is carried out twice, then the layer thickness is about 0.15 mm.
The described method for applying a coating is not limited to molybdenum sieves or sieves per se; it can be applied to any substrate that is made of metallic materials.