DE10213185A1

DE10213185A1 - Process for reducing copper solubility on the inner surface of a copper pipe

Info

Publication number: DE10213185A1
Application number: DE10213185A
Authority: DE
Inventors: Achim Baukloh; Ulrich Reiter; Stefan Priggemeyer; Christian Triquet
Original assignee: KM Europa Metal AG
Current assignee: Cunova GmbH
Priority date: 2002-03-23
Filing date: 2002-03-23
Publication date: 2003-10-02
Also published as: MXPA03001950A; CA2419630A1; AU2003200591A1; US20030178107A1; AU2003200591B2; EP1347078A3; EP1347078A2; JP2004043960A

Abstract

Bei dem Verfahren zur Verringerung der Kupferlöslichkeit an der inneren Oberfläche eines Kupferrohrs werden zum Erreichen eines gleichmäßigen gerichteten Kristallwachstums im Verlauf der Zinnbeschichtung die Prozeßparameter Oberflächenbehandlung (Entfetten und Beizen), Strömungsbedingungen (Strömungsgeschwindigkeit < 1 m/s), Temperatur (50 DEG C bis 80 DEG C) und Zeit (1 min bis 10 min) gezielt aufeinander abgestimmt. Insbesondere werden die Ebenen (101) der Kupfer- und Zinnkristalle prallel zueinander und die Richtungen (101) senkrecht aufeinander ausgerichtet.In the process for reducing the copper solubility on the inner surface of a copper tube, the process parameters surface treatment (degreasing and pickling), flow conditions (flow rate <1 m / s), temperature (50 ° C. to 80 DEG C) and time (1 min to 10 min) specifically coordinated. In particular, the planes (101) of the copper and tin crystals are aligned parallel to one another and the directions (101) are aligned perpendicular to one another.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Kupferlöslichkeit an der inneren Oberfläche eines Kupferrohrs. The invention relates to a method for reducing the copper solubility at the inner surface of a copper pipe.

Es ist bekannt, die innere Oberfläche eines Kupferrohrs mit Zinn zu beschichten, um mit Hilfe einer derartigen Zinnschicht aus dem Kupfer gelöste Kupferionen daran zu hindern, in Trinkwasser überzutreten, sofern ein derartiges Kupferrohr als Bestandteil einer Trinkwasserleitung verwendet wird. In diesem Zusammenhang ist auch die europäische Richtlinie für die Trinkwasserverordnung zu beachten. It is known to coat the inner surface of a copper pipe with tin copper ions released from the copper with the aid of such a tin layer Prevent from entering into drinking water, provided that such a copper pipe as a component a drinking water pipe is used. In this context, too European guidelines for the drinking water regulation to be observed.

Bei den bislang bekannten Verfahren zum Aufbringen einer Zinnschicht auf die innere Oberfläche eines Kupferrohrs werden nur ungeordnete Kristalle gebildet. Die Packungsdichte der Zinnkristalle war damit unbefriedigend. Kupferionen können daher über die Zinnschicht in das Trinkwasser übertreten. In the previously known methods for applying a tin layer on the only disordered crystals are formed on the inner surface of a copper tube. The The packing density of the tin crystals was unsatisfactory. Copper ions can therefore enter the drinking water via the tin layer.

Der Erfindung liegt - ausgehend vom Stand der Technik - die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine deutliche Verringerung der Kupferlöslichkeit an der inneren Oberfläche eines Kupferrohrs gewährleistet. Starting from the prior art, the invention is based on the object To create processes that significantly reduce the copper solubility at the guaranteed inner surface of a copper pipe.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. This object is achieved with the features specified in claim 1.

Die Erfindung hat erkannt, daß bei einem gerichteten Kristallwachstum im Verlaufe der Zinnbeschichtung eine hohe Packungsdichte der Zinnkristalle erreicht werden kann. Die hohe Packungsdichte der Zinnschicht führt zu einer sehr homogenen, gleichmäßig ausgebildeten und äußerst stabilen Kupfer/Zinn-Phase. Dazu wird die Zinnschicht gleichmäßig und mit einer geringen Dicke in einer Größenordnung von etwa 0,1 µm bis 3 µm bei geringer Porenanzahl aufgebracht. Das gerichtete Kristallwachstum wird durch eine gezielte Einstellung der Prozeßparameter Oberflächenvorbehandlung (Entfetten und Beizen), Strömungsbedingungen (Strömungsgeschwindigkeit < 1 m/s), Temperatur (50 °C bis 80 °C) und Zeit (1 min bis 10 min) erreicht. The invention has recognized that in the case of directional crystal growth the tin coating a high packing density of the tin crystals can be achieved can. The high packing density of the tin layer leads to a very homogeneous, evenly formed and extremely stable copper / tin phase. For this, the Tin layer evenly and with a small thickness on the order of about 0.1 µm to 3 µm applied with a small number of pores. That directed Crystal growth is achieved through a targeted adjustment of the process parameters Surface pre-treatment (degreasing and pickling), flow conditions (Flow rate <1 m / s), temperature (50 ° C to 80 ° C) and time (1 min up to 10 min).

Trotz des Sachverhalts, daß schon nach relativ kurzer Betriebszeit kein metallisches Zinn mehr an der Rohroberfläche festgestellt werden kann, bleibt dennoch die Eigenschaft der geringen Kupferlöslichkeit aufgrund der äußerst stabilen Cu/Sn-Phase erhalten. Erfindungsgemäß behandelte Rohroberflächen zeichnen sich durch eine sehr geringe Kupferlöslichkeit und hohe Beständigkeit aus. Despite the fact that after a relatively short period of operation no metallic Tin can still be found on the pipe surface, but remains Property of low copper solubility due to the extremely stable Cu / Sn phase obtained. Pipe surfaces treated according to the invention are notable for a very low copper solubility and high resistance.

Die Ermittlung der Kristallstruktur von Zinn wird bevorzugt mit Hilfe der Ergebnisse von Röntgenbeugungsexperimenten durchgeführt. Bei der Wechselwirkung zwischen der Röntgenstrahlung und Einkristallen werden die einfallenden Wellen wegen des gitterhaften Aufbaus der Zinnkristalle in diskrete Raumrichtungen gebeugt. Während die Lage einer Beugungsrichtung durch die Orientierung des Kristallgitters zum Primärstrahl, die Gitterdimensionen und die verwendete Wellenlänge bestimmt wird, hängt die Intensität des abgebeugten Strahls von der Verteilung der Zinnatome in der Elementarzelle ab. The determination of the crystal structure of tin is preferred using the results performed by X-ray diffraction experiments. When interacting between X-rays and single crystals are the incident waves because of the lattice structure of the tin crystals bent in discrete spatial directions. While the position of a diffraction direction by the orientation of the crystal lattice to Primary beam, the grating dimensions and the wavelength used is determined The intensity of the diffracted beam depends on the distribution of the tin atoms in the Unit cell.

Dazu wurde von einem erfindungsgemäß mit Zinn beschichteten Kupferrohr ein Längenabschnitt als Probe abgeteilt. Diese Probe wurde dann in Längsrichtung geschlitzt und diese längsgeschlitzte Probe anschließend zu einem Flachmaterial aufgebogen. Dieses Flachmaterial mit der Zinnbeschichtung nach oben wurde dann mit Röntgenstrahlen mit λ (FeK_α) = 1.9373 Å bestrahlt, wobei der Röntgenstrahl unter verschiedenen Beugungswinkeln auf die ebene Probe gerichtet wurde. Die Ergebnisse zeigen, daß unter verschiedenen Winkeln eine hohe Röntgenstrahl-Beugungsintensität festgestellt wurde, womit der Beweis erbracht ist, daß die Röntgenstrahlen nahezu 100% reflektiert werden. Die Zinnatome weisen folglich eine sehr hohe Packungsdichte auf. Es wird eine zufriedenstellende Sperrschicht für die Kupferionen gegen einen Übertritt in das Trinkwasser gebildet. For this purpose, a length section was divided as a sample from a copper pipe coated with tin according to the invention. This sample was then slit in the longitudinal direction and this longitudinally slit sample was then bent into a flat material. This flat material with the tin coating facing upwards was then irradiated with X-rays with λ (FeK _α ) = 1.9373 Å, the X-ray beam being directed onto the flat sample at different diffraction angles. The results show that a high X-ray diffraction intensity was found at different angles, which proves that the X-rays are reflected almost 100%. The tin atoms therefore have a very high packing density. A satisfactory barrier layer for the copper ions is prevented from entering the drinking water.

In vorteilhafter Weitergestaltung des erfindungsgemäßen Grundgedankens wird nach Patentanspruch 2 die Ebene (101) der Zinnkristalle parallel zu der inneren Oberfläche des Kupferrohrs ausgerichtet. In an advantageous further development of the basic idea of the invention Claim 2 the plane (101) of the tin crystals parallel to the inner Surface of the copper pipe aligned.

In diesem Zusammenhang ist es dann gemäß Patentanspruch 3 ferner von Vorteil, wenn die Ebene (101) der Zinnkristalle parallel zu der Ebene (101) der Kupferkristalle ausgerichtet wird. In this context, it is then also advantageous according to claim 3, if the plane (101) of the tin crystals is parallel to the plane (101) of the copper crystals is aligned.

Eine darüber hinausgehende weitere Verbesserung wird nach Patentanspruch 4 dadurch erzielt, daß die Ebene (101) der Kupfer- und Zinnkristalle parallel zueinander und die Richtungen [101] senkrecht aufeinander ausgerichtet werden. A further improvement going beyond that is defined in claim 4 achieved in that the plane (101) of the copper and tin crystals parallel to each other and the directions [101] are aligned perpendicular to each other.

Die vorteilhafte Zinnbeschichtung wurde durch folgende interne Vergleichsuntersuchung bestätigt:
Ein erfindungsgemäß beschichtetes Kupferrohr wurde 15 Monate mit Trinkwasser in Kontakt gebracht. Aufgrund dieses Kontakts entstand auf der inneren Oberfläche eine Zinnhydroxidschicht (Sn₃O₂(OH)₂). Von diesem Kupferrohr wurde ebenfalls ein Längenabschnitt abgetrennt, in Längsrichtung aufgeschnitten, flach gebogen und dann einer Röntgenbestrahlung mit λ (FeK_α) = 1.9373 Å unterworfen. Hierbei wurde festgestellt, daß die Reflektion der Röntgenstrahlen (Röntgenstrahlenbeugungsintensität) deutlich unter 100% lag. Man hätte also annehmen können, daß das Ziel der Erfindung nicht erreicht wurde. The advantageous tin coating was confirmed by the following internal comparison test:
A copper pipe coated according to the invention was brought into contact with drinking water for 15 months. As a result of this contact, a tin hydroxide layer (Sn ₃ O ₂ (OH) ₂ ) was formed on the inner surface. A length section was also cut from this copper tube, cut open in the longitudinal direction, bent flat and then subjected to X-ray radiation with λ (FeK _α ) = 1.9373 Å. It was found that the reflection of the X-rays (X-ray diffraction intensity) was significantly below 100%. One might have assumed that the object of the invention was not achieved.

Anschließend wurde die Zinnhydroxidschicht vollkommen entfernt, so daß der ursprüngliche Beschichtungszustand wieder vorhanden war. Das heißt, auf dem Kupfer lag eine Kupfer/Zinn-Phase (Cu₆Sn₅). The tin hydroxide layer was then completely removed, so that the original coating state was restored. This means that there was a copper / tin phase (Cu ₆ Sn ₅ ) on the copper.

Dann wurde wiederum eine Röntgenbestrahlung vorgenommen, bei der eine nahezu 100%ige Reflektion festgestellt wurde. Hiermit ist das Verfahren gemäß der Erfindung vollauf in seiner Vorteilhaftigkeit bestätigt. Then an X-ray was again performed, in which an almost 100% reflection was found. This is the procedure according to Invention fully confirmed in its advantageousness.

Claims

1. Method for reducing the copper solubility on the inner surface of a Copper pipe, in which to achieve a uniform directional Crystal growth in the course of the tin coating and formation of a Copper / tin phase the process parameters surface treatment (degreasing and Pickling), flow conditions (flow speed <1 m / s), Temperature (50 ° C to 80 ° C) and time (1 min to 10 min) targeted to each other be coordinated.

2. The method according to claim 1, wherein the plane (101) of the tin crystals is aligned parallel to the inner surface of the copper tube.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the level (101) of Tin crystals are aligned parallel to the plane (101) of the copper crystals.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which the levels (101) the copper and tin crystals parallel to each other and the directions [101] be aligned perpendicular to each other.