DE1198168B - Verbundwerkstoff aus Aluminiumlegierungen fuer Bau- oder Apparateteile, insbesondereeines Heisswasserbehaelters - Google Patents

Description

• Verbundwerkstoff aus Aluminiumlegierungen für Bau- oder Apparateteile, insbesondere eines Heißwasserbehälters Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbundwerkstoff für Bau- oder Apparateteile, insbesondere eines Heißwasserbehälters, mit hoher Korrosionsbeständigkeit gegen heißes Wasser.
• Für die Herstellung von Lagerbehältern und von Rohren zum Fortleiten von Wasser bei gewöhnlichen Temperaturen eigneten sich zwar allgemein Aluminium und seine Legierungen; sie erwiesen sich jedoch in wasserführenden Systemen über 60°C unerwartet als erheblich korrodiert. Heißes Wasser verändert anscheinend die Oberfläche von derartigen Werkstoffen und macht sie anfälliger für die Korrosion. Nach der elektrochemischen Korrosionstheorie ergeben in einer Aluminiumlegierung einige Partikeln mit einem höheren Elektrodenpotential als das Ummantelungsmetall eine winzig kleine Zelle, wobei der Strom von der anodischen oder Hochpotentialkomponenten zu den umgebenden Bereichen niedrigen Potentials oder kathodischen Bereichen in Gegenwart eines Elektrolyten, wie Wasser, fließt; die Potentialdifferenz zwischen den Partikeln und dem Grundmaterial scheint durch heißes Wasser vergrößert zu werden.
• Als sehr zweckdienlich erweist sich zum Schützen eines aus Aluminiumlegierungen bestehenden Bau-oder Apparateteiles gegen Korrosion das Aufplattieren einer dünnen Lage von einer unterschiedlichen Aluminiumlegierung mit einem höheren Elektrodenpotential, d. h. einer solchen, die gegenüber der Legierung des Konstruktionsbauteiles anodisch ist. Diese Plattierung wird beim Aussetzen des für die Herstellung von Gegenständen benutzten Verbundwerkstoffes einem korrodierenden Medium bevorzugt angegriffen und allmählich aufgezehrt, wobei im wesentlichen ein Angreifen des kathodischen Bau-oder Kernteiles verhindert wird. Ein derartiger elektrischer Schutz ist besonders vorteilhaft an den Kanten eines Bleches oder einer Platte oder dort, wo die Plattierung durchlöchert und dabei der Grundwerkstoff oder das Kernmetall freigelegt wird. Nach Feststellung sind aber einige herkömmliche, als Plattierwerkstoff dienende Legierungen weniger wirksam in Gegenwart heißen Wassers, als dies aus ihrem Verhalten in Berührung mit diesem bei Raumtemperatur zu erwarten war. Dieses Versagen des Plattierwerkstoffes im Schützen eines Grundwerkstoffes oder Kernmetalls zeigt sich an den Stellen der Durchlöcherungen der Plattierung; anstatt einer normalerweise erwarteten Verhinderung der Durchdringung des aus dem Grundwerkstoff bestehenden Teiles durch seitliche Vergrößerung des eingefressenen Loches wird dieses immer tiefer. Ein derartiges Verhalten ist aber bei einem für Heißwasserrohr- oder Behälterwände benutzten Verbundwerkstoff selbstverständlich unerwünscht, da hierbei in extremen Fällen die Wandungen abgeschwächt und schließlich sogar durchlöchert werden können; dies läßt sich so erklären, daß die Plattierung ein Anodischwerden der Grundwerkstofflegierung nicht zu verhindern vermag.
• Bei der Konstruktion eines Behälters besteht aber nicht nur das Problem einer Korrosionsverhinderung, sondern auch dasjenige für Erstellen einer dauerhaften und starken, aber nichtkostspieligen Legierung. Eine Aluminium-Magnesium-Legierung entspricht für viele Zwecke im kalgewalzten Zustand den erheblichen Anforderungen unter höchsten Korrosionsbeanspruchungen, die Plattierung muß sich aber gegenüber dem Grundwerkstoff anodisch verhalten. Bekannt hierfür war ein aus einem Verbundwerkstoff gefertigtes Erzeugnis aus einem Kernmaterial oder Grundwerkstoff, bestehend aus 10/0 Magnesium, 1,2 °/o Mangan, Rest Aluminium, und aus einem Plattierwerkstoff aus einer Legierung mit nominell 10/0 Zink, Rest Aluminium und 0,4 bis 0,7 °/o Verunreinigungen. Dieser Verbundwerkstoff eignete sich zwar gut bei vielen Anlagen zur Handhabung heißen Wassers im Hause oder in der Industrie, verhielt sich aber infolge übermäßiger Anfälligkeit zu Korrosion auf anderen Gebieten nicht zufriedenstellend und besaß auch weiterhin nicht das erwünschte Fertigkeitsniveau für einige Konstruktionen. Zur Behebung dieses Nachteiles wurde eine Legierung aus im wesentlichen 2 bis 4°/o Magnesium, 0,5 bis 10/0 Mangan, Rest Aluminium, empfohlen. Eine solche Legierung besitzt im kaltgewalzten Zustande eine Zugfestigkeit von 3080 kg/cms und eine Streckgrenze von 2450 kg/cmg; diese Werte liegen beträchtlich über den Festigkeitswerten für die obengenannten handelsgängigen Produkte.
• Aber auch diese an sich feste Legierung gewährleistete nicht einen ausreichenden kathodischen Schutz für den Verbundwerkstoff, weil die Plattierung für Erzielung struktureller Vorteile ein höheres Elektrodenpotential als bisher üblich aufweisen muß.
• Daher ist Ziel der Erfindung die Herstellung eines für Bau- und Apparateteile geeigneten Verbundwerkstoffes, insbesondere für einen Heißwasserbehälter, mit hoher Festigkeit wie auch Korrosionsbeständigkeit. Er besteht aus einer Aluminium-Mangan-Magnesium-Legierung als Grundwerkstoff und einer Aluminium-Zink-Legierung als Plattierwerkstoff und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff aus einer Legierung mit im wesentlichen 2 bis 4 Gewichtsprozent Magnesium, 0,5 bis 1 Gewichtsprozent Mangan, Rest Aluminium, besteht, wobei Zink nur als Verunreinigung in einer Menge von weniger als 0,035 Gewichtsprozent enthalten ist und der Plattierwerkstoff aus einer Legierung mit im wesentlichen 1 bis 4 Gewichtsprozent Magnesium, 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Zink, Rest Aluminium, besteht und nicht mehr als insgesamt 0,15 Gewichtsprozent an Verunreinigungen enthält.
• In dieser Kombination verhindert die Aluminium-Magnesium-Zink-Legierung als Plattierwerkstoff jedwede Umkehrung des relativen Elektrodenpotentials der Grundwerkstoff oder Kernlegierung in heißem Wasser von etwa 87,8 oder 93,3'C. Bau- und Apparateteile aus diesem neuen Verbundwerkstoff erweisen sich als viel besser unter äußerst normwidrigen Bedingungen, z. B. dort, wo das Wasser sauer ist, gegebenenfalls Schwermetallsalze enthält und wo von den letztgenannten Ablagerungen der entsprechenden Metalle auf der berührten Aiuminiummetalloberläche zu erwarten sind.
• Der Grundwerkstoff kann außerdem noch 0,1 bis 0,50/, Kupfer enthalten. Für die Kornverfeinerung und Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit empfiehlt sich auch ein Zusatz von 0,05 bis 0,501, Chrom. Verunreinigungen dürfen in dieser Legierung mit maximal 0,250/, Eisen, 0,250/0 Silicium, 0,250/, Zink und 0,2°/o Titan zugegen sein, sollen aber insgesamt 0,15 Gewichtsprozent nicht überschreiten.
• Wie bereits angegeben, soll für den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff der Plattierwerkstoff aus einer hochreinen Aluminium-Magnesium-Zink-Legierung mit 1 bis 4 Gewichtsprozent Magnesium und 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Zink bestehen. Allerdings werden auch Legierungen, in denen der Gehalt an Magnesium demjenigen an Zink gleich ist oder diesen überschreitet, für Herstellung von Bau- und Apparateteilen bevorzugt. Als Verunreinigung soll Eisen 0,08 °/o, Silicium 0,10 °/o und Kupfer 0,02 °/o bei einem Maximum von je 0,01 Mangan, Nickel und Chrom und von 0,020/0 Titan nicht überschreiten. Hier soll auch die Gesamtsumme aller angegebenen Verunreinigungen keinesfalls über 0,15 Gewichtsprozent liegen. Mit diesen niedrigen Grenzen wird eine Legierung hoher Reinheit erstellt.
• Der Plattierwerkstoff soll auf den Grundwerkstoff in bekannter Weise unter Wärme und Druck, z. B. durch Walzen, Pressen, Schmieden oder Auspressen, aufgebracht werden. Diese Herstellungsmethoden für den für Herstellung der Bau- und Apparateteile bestimmten Verbundwerkstoff führen zu einer plastischen Verformung und erstellen eine Verarbeitungsbeschaffenheit unterschiedlich zu derjenigen beim Vergießen oder Nichtbearbeiten. Der Plattierwerkstoff soll eine Dicke von etwa 2 bis 20 °/o, vorzugsweise 5 bis 100/0 von der Gesamtdicke des Verbundwerkstoffes aufweisen. Für die Verwendung zum Herstellen von Behältern, Rohren, Gefäßen oder Kesseln für heißes Wasser empfiehlt sich gewöhnlich eine Dicke von 0,64 bis 6,35 mm. Abhängig von dem schließliehen Gebrauch kann der Plattierwerkstoff entweder nur auf der einen oder auf beiden Seiten angebracht werden.
• Der für den Bau eines Heißwasserbehälters in F i g. 1 wiedergegebene Behälter hat einen zylindrischen, senkrecht stehenden Wandungsteil 10; wobei die Kopfkappen 16 und der Abschlußdeckel 18 am Kopfende bzw. am Boden des zylindrischen Gehäuses angeschweißt oder anderweitig daran angesetzt sind. Das Einlaßrohr 24 für kaltes Wasser ist an einer Armatur 22 befestigt, die in einer passenden Öffnung oder Paßstück im Deckel 16 eingeschraubt ist. Als Auslaß dient das kürzere Rohr 20, das ebenfalls am Deckel angeschraubt oder auf andere Weise an ihm befestigt ist. Die Verbundausführung der zylindrischen Wand und der Kopf- und Bodenabschlußstücke ist vergrößert aus F i g. 2 zu erkennen. Der aus der erfindungsgemäßen Aluminium-Magnesium-Mangan-Legierung bestehende Grundwerkstoff oder Kern 12 ist an der Innenoberfläche mit dem aus einer hochreinen Aluminium-Magnesium-Zink-Legierung bestehenden Plattierwerkstoff 14 plattiert.
• Im folgenden Beispiel wird die Wirksamkeit des hochreinen Plattierwerkstoffes beim Schützen des Grundwerkstoffes mit einem ersteren geringer Reinheit in Vergleich gestellt. Beispiel Bei Scheibenstücken von durch Eintauchen in heißes Wasser zu prüfenden Verbundblechplatten mit einer Dicke von 1,63 mm nahm der Grundwerkstoffteil jedesmal 80 °/o und der Plattierwerkstoffteil auf jeder Oberfläche 10°/o von der Gesamtdicke ein. Der erste bestand aus einer handelsgängigen Legierung mit einer nominellen Zusammensetzung von 3 °/o Magnesium, 10/0 Mangan, Rest Aluminium und Verunreinigungen. In einem Falle (A) bestand der Plattierwerkstoff aus 3,5 °/o Magnesium, 10/, Zink, insgesamt 0,4 °/o an Verunreinigungen von Eisen, Silicium, Kupfer usw., Rest Aluminium, im anderen Falle (B) aus 3,5 °/o Magnesium, 10/, Zink, insgesamt nur 0,10°/o aus den gleichen Verunreinigungen, Rest Aluminium.
• Die Bleche mit den Plattierungen (A) und (B) wurden in angesäuertes Wasser (pH = 4,0) bei einer Temperatur von 80,0°C 35 Tage eingetaucht, dann untersucht und die Beschaffenheit und Tiefe jeglicher Lochbildungen notiert. Die hierbei erhaltenen Ergebnisse waren folgende:

  Korrosion der dem sauren Wasser ausgesetzten

  Plattenproben

  Maximale Plattier- Kern-

  Plattierung Tiefe werkstoff eindringung

  der Löcher Dicke

  mm mm mm

  A 0,483 0,152 0,330

  B 0,178 0,152 0,025

  Man sieht, daß sich dort, wo die Locheinfressungen bis zum Kern gingen, dessen beträchtliche Durchdringung des Kernes bei der Plattierung (A), aber praktisch keine bei (B) zeigte. Darüber hinaus wurde beobachtet, daß der Durchmesser der Löcher bei der hochreinen Plattierung größer war. Dies weist auf einen wirksameren Schutz hin.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verbundwerkstoff für Bau- und Apparateteile, insbesondere eines Heißwasserbehälters, mit hoher Korrosionsbeständigkeit gegen heißes Wasser, bestehend aus einer Aluminium-Mangan-Magnesium-Legierung als Grundwerkstoff und einer Aluminium-Zink-Legierung als Plattierwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff aus einer Legierung mit im wesentlichen 2 bis 4 Gewichtsprozent Magnesium, 0,5 bis 1 Gewichtsprozent Mangan, Rest Aluminium, besteht, wobei Zink nur als Verunreinigung in einer Menge von weniger als 0,035 Gewichtsprozent enthalten ist und der Plattierwerkstoff aus einer Legierung mit im wesentlichen 1 bis 4 Gewichtsprozent Magnesium, 0,5 bis 2 Gewichtsprozent Zink, Rest Aluminium, besteht und nicht mehr als insgesamt 0,15 Gewichtsprozent an Verunreinigungen enthält.
2. 2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent Chrom enthält.
3. 3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff 0,1 bis 0,5 Gewichtsprozent Kupfer enthält.
4. 4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnesiumgehalt des Plattierwerkstoffes gleich seinem Zinkgehalt ist oder diesen überschreitet.
5. 5. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattierwerkstoff eine Dicke von 2 bis 20 °/o, vorzugsweise 5 bis 100/0 von der Gesamtdicke des Verbundwerkstoffes aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 918 427.