DE1621310C

DE1621310C - Verfahren zum Unschädlichmachen von Metall Staubteilchen

Info

Publication number: DE1621310C
Authority: DE
Inventors: Charles Harold Niagara Falls NY Lemke (V St A )
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Publication date: 1971-04-29

Description

In den USA.- Patentschriften 3184 292 und 3184 331 wird die Erzeugung von Diffusionsüberzügen auf Metallsubstraten unter Verwendung von Metallbadschmelzen beschrieben. Bei diesen Verfahren werden die zu überziehenden Gegenstände eine bestimmte Zeit in das Bad bei erhöhter Temperatur eingegeben. Beim Entnehmen der überzogenen Gegenstände aus dem Bad verdampft ein Teil des flüssigen, an den Oberflächen des Gegenstandes haftenden Badmaterials. Eine Verdampfung ergibt sich auch an der freiliegenden Oberfläche des Bades selbst. Mit der Zeit füllt sich die das Bad umgebende Atmosphäre mit feinen, metallischen Staubteilchen, und der Boden des Raumes wird von den Staubteilchen bedeckt.

Versuche, die durch den Staub hervorgerufene, potentielle Gefahr zu steuern, haben nicht völlig zufriedengestellt. Der Einsatz von inerten Gasen in der Atmosphäre ermöglicht zwar für einige Zeit eine gewisse Kontrolle, aber der angesammelte Metallstaub muß schließlich doch aus dem Überzugsraum entfernt werden. Darüber hinaus muß eine straffe. Kontrolle der gasförmigen Atmosphäre aufrechterhalten werden, um eine Ansammlung von Sauerstoff zu verhindern, der, zusammen mit nur 4 Volumprozent Metallstaub zu einem gefährlichen Zustand führt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit, die reaktionsfähigen Staubteilchen unschädlich zu machen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Unschädlichmachen von Metallstaubteilchen, die bei Diffusionsverfahren in Metallschmelzen, bestehend aus Aktivmetallüberträger und mindestens einem Diffusionselement, entstehen, bei dem in die das Metallschmelzbad umgebende Atmosphäre ein inertes, "Wasserdampf enthaltendes Gas geleitet wird.

Die Erfindung ermöglicht es, den bei Diffusionsüberzugsverfahren gebildeten, reaktionsfähigen Staub unschädlich zu machen. Sie stellt, was von noch größerer Bedeutung ist, eine bequeme Arbeitsweise zur Entaktivierung der Staubteilchen in dem Maße, wie die Teilchen bei dem Überzugsverfahren erzeugt werden, zur Verfugung. Darüber hinaus läßt sich das Verfahren anwenden, ohne die Oxydationsbeständigkeit der überzogenen Gegenstände zu beeinträchtigen, und bei Gegenständen mit glänzender Oberfläche, z. B. verchromten Gegenständen, bleiben die Oberflächen von störenderuVerfärbungen frei.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird in die das Überzugsbad umgebende Atmosphäre während des Übe.rziehverfahrens Argon eingeführt, das eine gelenkte Menge an Wasser enthält. Man setzt kontinuierlich eine ge'nügende "Wassermenge zu, um die bei der Entaktivierung des Staubes entfernte zu ersetzen. Die benötigte Wassermenge hängt naturgemäß von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Stärke der Staubbildung wie auch der Temperatur der das Überzugsbad umgebenden Atmosphäre. Die Bedingungen werden vorzugsweise so gelenkt, daß man über dem Taupunkt der gasförmigen Atmosphäre arbeitet, um eine Kondensation von Feuchtigkeit auf der Überziehapparalur zu verhindern. Es hat sich gezeigt, daß eine Aufrechlerhaltung der Temperatur der Umgebungsatinosphäre im Bereich von etwa 50 bis 70"C bei einem im Bereich von etwa 17 bis 25''C liegenden Taupunkt die besten Ergebnisse liefert.

Zur Bestimmung der Reaktionsfähigkeil des während des Überziehvorgangs erzeugten Staubes, d. h. Bestimmung, ob die Staubteilchen völlig unschädlich gemacht worden sind, kann man die Atmosphäre auf Wasserstoff überwachen. Beim Aufhören der Wasserstcffentwicklung ist der Staub nicht mehr reaktionsfähig. Bei einem kontinuierlichen Überziehverfahren kann man zur Bestimmung der Gaszusammensetzung periodisch oder kontinuierlich Proben des Gases nehmen. Man kann das aus dem Überziehraum abgezogene Gas mit einer gelenkten Menge an Sauerstoff verdünnen und über einen entsprechenden Katalysator leiten, um durch Umsetzung mit Sauerstoff unter Bildung von Wasser Wasserstoff zu entfernen, und dann in das Überziehverfahren zurückführen.

Es ist nicht notwendig, den Wasserdampf kontinuierlich in die Uberziehatmosphäre einzuführen, aber man soll genügend Wasser einführen, damit das Eintreten einer vollständigen Entaktivierung sichergestellt wird. Eine Ansammlung von unvollständig entaktivierten Teilchen ist besonders gefährlich, da diese Teilchen selbst in Gegenwart einer trockenen, inerten gasförmigen Atmosphäre mit explosiver Gewalt reagieren, wenn sie mit einem Metall bei Rotgluttemperatur, z. B. 700⁰C, zusammengebracht ■ werden. Man kann mit periodischen Injektionen eines feuchtigkeitsbeladenen Gases arbeiten. Andererseits kann man auch Wasserdampf allein in die inerte, gasförmige Atmosphäre als Nebel einführen bzw. einsprühen. Geeignete inerte Gase sind die Edelgase, z. B. Helium, Neon und Xenon, wie auch Wasserstoff. Argon wird bevorzugt verwendet.

In den Beispielen beziehen sich Teil- und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben,auf das Gewicht.

Beispiel I

Dieses Beispiel erläutert den Einsatz einer gelenkten Menge an Wasserdampf in einer inerten Gasatmosphäre zur Entaktivierung der Staubteilchen, die beim Diffusionsüberziehen von Metallgegenständen in einer Calciumbadschmelze erhalten werden.

In einem elektrisch beheizten, mit einem mechanischen Rührer ausgestatteten Flußstahltiegel wurde eine Überzugsbadschmelze zubereitet, die Calcium, etwa4 °/₀gepulvertes Chrom (Teilchengröße <0,044 mm bzw. —325 Maschen), unter l°/₀ Nickel und etwa 6°/₀ Calciumnitrid, jeweils auf das Calciumgewicht bezogen, enthielt. Der Überziehtiegel und ein zweiter, elektrisch beheizter Tiegel, der Natriummetall zum Abschrecken der überzogenen Proben enthielt, waren am Boden eines umschlossenen, im wesentlichen luftdichten Überziehraums angeordnet, der mit einem Umwälzgebläse und Filtersystem, Öffnungen zum Einführen und Entnehmen von Proben, Einrichtungen zum Eindosieren von Argon und gelenkten Mengen an Wasser in den Raum und einem Gasentlüftungssystem mit zwangläufiger Abdichtung ausgestattet war.

Vor dem Überziehen der Proben wurde der Raum mit Argon gespült und dann die Temperatur des Überzugs- und des Abschreckbades auf etwa 1160 bzw. IK)⁰C gebracht. Zuletzt wurde in die Argonatmosphürc genügend Wasserdampf eingeführt, um einen Taupunkt von 18" C zu ergeben.

In getrennten Arbeitsgängen wurde eine Reihe von 10/20 cm Flußstahlproben von 2'/_a ^mm Dicke durch 15 Minuten Eintauchen in die gerührte Überzieh-Badschmelze überzogen. (Nach überziehen jeder Probe wurde das Had mit einer kleinen Menge, 10 g, gepulvertem Chrom versetzt.) Nach Entnehmen aus dem Bad wurden die überzogenen Proben in den die

Natriumschmelze enthaltenden Abschrecktiegel getaucht und nach dem Abschrecken aus dem Überziehraum entnommen. Die Einzelheiten der Überzieharbeit sind in der Tabelle genannt. Während der Überzieh- und Abschreckarbeiten bildete sich in dem Raum eine beträchtliche Menge an Calciumstaub wie auch etwas Natriumstaub. Nach dem Überziehen und Abschrecken jeder Probe wurde das Gebläse vorübergehend abgeschaltet, und aus dem Filter und an anderen Stellen im Raum wurden Proben des Staubes genommen. Zur Prüfung der Reaktionsfähigkeit des Staubes sowohl in der feuchten Argonatmosphäre als auch in Luft wurde der Staub mit einem weißglühenden Draht aus einer Legierung von etwa 6O°/o Nickel, etwa 24°/₀ Eisen, etwa 16°/₀ Chrom und etwa 0,l°/„ Kohlenstoff (etwa 1000⁰C) zusammengebracht. Der gesammelte Staub war im wesentlichen unschädlich gemacht, da selbst die reaktionsfähigsten Staubproben beim Berühren mit dem heißen Draht nur ein Sprühen, aber kein Entflammen oder sogar Brennen ergaben. Nach dem Reinigen zeigten alle überzogenen

ίο Proben eine glänzende, scheinende Oberfläche, die sich bei Korrosionsstandardprüfungen als ausgezeichnet korrosionsfest erwies.

Probe	Temperatur des Überzugsbades °^c	Temperatur des Abschreck bades ⁰C	Temperatur der Atmosphäre in dem (J beizieh raum	Taupunkt (H₂O im Argon) °c	Dauer der Überführung zum Abschrecken Sekunden	Über Dicke mm	zugseigensc Oberfl zusamme Cr, %	haften ächcri- i setzung*) Ni, %
1	1158	110	58	18 '	22	0,0335	39,9	0,5
2	1160	130	57	18	22	0,0330	40,7	0,7
3	1160	140	59	17	22	0,0335	40,8	0,6
4	1159	146	60	18	22	0,0333	42,1	0,7
5	1159	150	57	18	24	0,0333	42,0	0,6
6	1159	150	56	18	22	0,0318	40,6	0,5
7	1157	140	55	20	■ 22	0^0320	39,0	0,7
8	• 1157	140	57	20	22	0,0318	41,6	0,5

*) Bestimmung mittels Röntgenfluoreszenz an dem Badrührorgan zugewandter Oberfläche.

In einem Vergleichsversuch wurde Staub nach einer Überzieharbeit der in Beispiel 1 beschriebenen Art mit der Abänderung gesammelt, daß in den Überziehraum allein trockenes Argon eingeführt wurde. Beim Zusammenbringen mit dem heißen . Draht (etwa 1000⁰C) in Luft reagierte ein Häufchen des Staubes mit explosiver Gewalt.

, ^ B e i s ρ i e 1 2

Unter Verwendung einer Vorrichtung der im Beispiel 1 beschriebenen Arten wurden Proben eines 10 · 20 · V^cm-Kraftfahrzeug-Stoßstangenmaterials bei einer Temperatur des Überzugsbades von 115O⁰C und des Abschreckbades von 120⁰C überzogen, wobei das Bad neben dem Chrom und Nickel ungefähr 8°/₀ Calciumnitrid enthielt und in den Überziehraum auf 70°/₀ relative Feuchte bei 25° C befeuchtetes Argon eingeführt wurde. Das aus dem Überziehraum austretende Gas hatte vor dem Überziehen der ersten beiden Proben einen Taupunkt von 9° C, aber kurz nach Überziehen der zweiten Probe ergab sich ein Absinken auf 0⁰C.

Das nasse Argon wurde dann mit trockenem Argon aus dem Überziehraum ausgespült. Bei der Wiederaufnahme der Überzieharbeit wurde erneut befeuchtetes Argon in den Überziehraum eingeführt, und zwei weitere Proben wurden wie oben überzogen. Das aus dem Uberziehraum austretende Gas hatte einen Taupunkt von —3°C. Die Überziehbarkeit wurde nun unterbrochen und ein Bereich des Bodens des Raums staubfrei gewischt. In die Mitte des gesäuberten Bereichs wurde ein kleines I Iüiifchun des Staubes gegeben. Beim Entzünden mit einem heißen Stab ergab das Staubhäufchen eine sofortige, heftige Entflammung.

Andere Versuche haben gezeigt, daß Calciumstaub, der mit nassem Argon teilentaktiviert worden ist, sich in trockenem Argon unter Freisetzung einer beträchtlichen Energie entzünden läßt.
Die in den vorstehenden Beispielen genannten Werte beziehen sich auf die Verwendung von Calcium als aktivem Metall im Überzugsbad und von Natrium als Abschreckmedium, aber wenn man das Calcium durch Barium, Strontium und Lithium ersetzt oder im Gemisch mit diesen einsetzt und als Abschreckmedium Kalium oder eine Natrium-Kalium-Legierung verwendet, werden entsprechende Ergebnisse erhalten.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Unschädlichmachen von Metallstaubteilchen, die bei Diffusionsverfahren in Metallschmelzen, bestehend aus Aktivmetallüberträger und mindestens einem Diffusionselement, entstehen, dadurch ■ gekenn· zeichnet, daß in die das Metallschmelzbad umgebende Atmosphäre ein inertes, Wasserdampf enthaltendes Gas geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Temperatur der das Metallschmelzbad-umgebenden Atmosphäre auf über ihren Taupunkt gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und bzw. oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der das Metallschmelzbad umgebenden Atmosphäre im Bereich von 50 bis 70⁰C bei einem Taupunkt im Bereich von 17 bis. 25° C gehalten wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Gas Argon verwendet wird.