DE1621310C

DE1621310C - Process for rendering metal dust particles harmless

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.U.S. Patents 3,184,292 and 3,184,331 is the creation of diffusion coatings on metal substrates using molten metal baths described. In this process, the objects to be coated become a specific one Time entered in the bath at elevated temperature. When removing the coated objects from part of the liquid bath material adhering to the surfaces of the object evaporates in the bath. Evaporation also occurs on the exposed surface of the bath itself. Over time the atmosphere surrounding the bath fills with fine, metallic dust particles, and the floor of the The space is covered by the dust particles.

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.Attempts to control the potential hazard posed by the dust have not been entirely successful satisfied. The use of inert gases in the atmosphere allows one for some time some control, but the accumulated metal dust has to get out of the coating room after all removed. In addition, it must be tight. Maintain control of the gaseous atmosphere to prevent oxygen build-up, along with only 4 percent by volume Metal dust leads to a dangerous condition. The object of the present invention is thus that to render reactive dust particles harmless.

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.The invention relates to a method for rendering harmless metal dust particles that are present in Diffusion process in molten metal, consisting of an active metal carrier and at least one Diffusion element, arise in which the atmosphere surrounding the molten metal bath contains an inert, "Gas containing water vapor is passed.

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.The invention enables the reactive dust formed in diffusion coating processes to render harmless. More importantly, it provides a convenient way of working to deactivate the dust particles to the extent that the particles are generated in the coating process will be available. In addition, the process can be used without the resistance to oxidation of the coated objects, and for objects with a glossy surface, z. B. chrome-plated objects, the surfaces remain free of disruptive discoloration.

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.According to one embodiment of the invention, in the atmosphere surrounding the coating bath Introduced during the pulling process argon containing a controlled amount of water. Man continuously adds a sufficient "amount of water, to replace the one removed when the dust was deactivated. The amount of water required depends of course on a number of factors including the level of dust formation and temperature the atmosphere surrounding the coating bath. The conditions are preferably directed so that one works above the dew point of the gaseous atmosphere to cause condensation of moisture to prevent on the pulling apparatus. It has been shown that maintaining the temperature the ambient atmosphere in the range of about 50 to 70 "C with one in the range of about 17" up to 25''C dew point provides the best results.

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.To determine the reactivity of the dust generated during the coating process, i. H. Determination of whether the dust particles have been made completely harmless can be seen in the atmosphere Monitor hydrogen. When the evolution of hydrogen ceases, the dust is no longer reactive. In the case of a continuous coating process, one can determine the gas composition periodically or continuously take samples of the gas. You can pull that out of the pull-over space Dilute gas with a directed amount of oxygen and over an appropriate catalyst conduct to remove hydrogen by reaction with oxygen to form water, and then return to the enrobing process.

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.It is not necessary to continuously introduce the steam into the coating atmosphere, but sufficient water should be introduced to ensure that complete deactivation occurs. Accumulation of incompletely deactivated particles is particularly dangerous because, even in the presence of a dry, inert gaseous atmosphere, these particles react with explosive force when they are exposed to a metal at red-hot temperature, e.g. B. 700 ⁰ C, brought together ■. You can work with periodic injections of a moisture-laden gas. On the other hand, you can also introduce or spray water vapor alone into the inert, gaseous atmosphere as a mist. Suitable inert gases are the noble gases, e.g. B. helium, neon and xenon, as well as hydrogen. Argon is preferred.

In den Beispielen beziehen sich Teil- und Prozentangaben, wenn nicht anders angegeben,auf das Gewicht.In the examples, parts and percentages refer to unless otherwise stated, by weight.

Example 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.This example illustrates the use of a directed amount of water vapor in an inert gas atmosphere to deactivate the dust particles that occur during diffusion coating of metal objects in a Calcium bath melt can be obtained.

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.In an electrically heated, equipped with a mechanical stirrer Flußstahltiegel a Überzugsbadschmelze was prepared containing calcium, about 4 ° / ₀ powdered chromium (particle size <0.044 mm, and -325 mesh), at l ° / ₀ nickel and about 6 ° / ₀ calcium nitride , each based on the calcium weight. The coating crucible and a second, electrically heated crucible, which contained sodium metal for quenching the coated samples, were arranged at the bottom of an enclosed, essentially airtight coating space, which was equipped with a circulation fan and filter system, openings for introducing and removing samples, and facilities for dosing Argon and diverted amounts of water into the room and a gas ventilation system with positive sealing was fitted.

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.Before coating the samples, the room was flushed with argon and then the temperature of the coating and quenching baths were brought to about 1160 and IK) ⁰ C, respectively. Finally, enough water vapor was introduced into the argon atmosphere to give a dew point of 18 "C.

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 dieIn separate operations, a number of 10/20 cm Flußstahlproben of 2 '/ _a ^mm thickness with 15 minutes of immersion in the stirred was coated stall molten bath. (After coating each sample, a small amount, 10 g, of powdered chrome was added to the had.) After removing from the bath, the coated samples were placed in the

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 überzogenenThe quenching crucible containing molten sodium is immersed and, after quenching, removed from the enrobing chamber. The details of the enrobing work are given in the table. A significant amount of calcium dust as well as some sodium dust was formed in the room during the enrobing and quenching operations. After coating and quenching each sample, the fan was temporarily turned off and samples of the dust were taken from the filter and elsewhere in the room. To test the responsiveness of the dust both in the humid atmosphere of argon and in air was the dust with an incandescent wire of an alloy of about 6O ° / o nickel, about 24 ° / ₀ iron, about 16 ° / ₀ chromium and about 0, 1 ° / "carbon (about 1000 ⁰ C) brought together. The collected dust was essentially rendered harmless, since even the most reactive dust samples only sprayed, but did not ignite or even burn, when touched with the hot wire. After cleaning, all showed coated

ίο Proben eine glänzende, scheinende Oberfläche, die sich bei Korrosionsstandardprüfungen als ausgezeichnet korrosionsfest erwies.ίο samples a shiny, shiny surface that In standard corrosion tests, it was found to be extremely resistant to corrosion.

Probesample Temperatur des
Überzugsbades
°^c Temperature of
Coating bath
° ^c Temperatur des
Abschreck bades
⁰CTemperature of
Deterring baths
⁰ C Temperatur der
Atmosphäre
in dem
(J beizieh raumTemperature of
the atmosphere
by doing
(J near the room Taupunkt
(H₂O im Argon)
°c dew point
(H ₂ O in argon)
° c Dauer der
Überführung
zum Abschrecken
SekundenDuration of
Overpass
to deter
Seconds Über
Dicke
mmOver
thickness
mm zugseigensc
Oberfl
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Cr, %train ownsc
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Ni,% 11 11581158 110110 5858 18 '18 ' 2222nd 0,03350.0335 39,939.9 0,50.5 22 11601160 130130 5757 1818th 2222nd 0,03300.0330 40,740.7 0,70.7 33 11601160 140140 5959 1717th 2222nd 0,03350.0335 40,840.8 0,60.6 44th 11591159 146146 6060 1818th 2222nd 0,03330.0333 42,142.1 0,70.7 55 11591159 150150 5757 1818th 2424 0,03330.0333 42,042.0 0,60.6 66th 11591159 150150 5656 1818th 2222nd 0,03180.0318 40,640.6 0,50.5 77th 11571157 140140 5555 2020th ■ 22■ 22 0^03200 ^ 0320 39,039.0 0,70.7 88th • 1157• 1157 140140 5757 2020th 2222nd 0,03180.0318 41,641.6 0,50.5

*) Bestimmung mittels Röntgenfluoreszenz an dem Badrührorgan zugewandter Oberfläche.*) Determination by means of X-ray fluorescence on the surface facing the bath stirrer element.

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.In a comparative experiment, dust was collected after a coating operation of the type described in Example 1, with the modification that only dry argon was introduced into the coating space. When matching with the hot. Wire (about 1000 ⁰ C) in air reacted a heap of dust with explosive force.

, ^ B e i s ρ i e 1 2, ^ 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.Using an apparatus of the types described in Example 1, samples of a 10 x 20 x V ^ cm motor vehicle bumper material were coated at a temperature of the plating bath of 115O ⁰ C and the quench ^{bath of 120 0} C, the bath being in addition to the chromium and nickel about 8 ° / ₀ containing calcium nitride and moistened in the stall area at 70 ° / ₀ relative humidity at 25 ° C, argon was introduced. The light emerging from the pull-space gas had prior to coating of the first two samples a dewpoint of 9 ° C, but shortly after coating of the second sample showed a drop to 0 ⁰ C.

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. The wet argon was then purged from the stall with dry argon. When resuming the enrobing work, humidified argon was again introduced into the enrobing room, and two more samples were coated as above. The gas leaking from the enrobing room had one Dew point of -3 ° C. The coverability was now interrupted and wiped an area of the floor of the room dust-free. In the middle of the cleaned Area became a little Iüiifchun of dust given. When ignited with a hot stick, the pile of dust produced an immediate, violent ignition.

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.Other experiments have shown that calcium dust which has been partially deactivated with wet argon can be ignited in dry argon with the release of considerable energy.
The values given in the above examples relate to the use of calcium as the active metal in the coating bath and sodium as a quenching medium, but if the calcium is replaced by barium, strontium and lithium or used in a mixture with these and potassium or a sodium as the quenching medium -Potassium alloy is used, corresponding results are obtained.

Claims

Patent claims:

1. Process for rendering metal dust particles harmless during diffusion processes arise in molten metal, consisting of active metal carriers and at least one diffusion element, thereby ■ marked · draws that in the atmosphere surrounding the molten metal bath an inert, water vapor containing gas is passed.

2. The method according to claim 1, characterized in, that the temperature of the atmosphere surrounding the molten metal bath is above their dew point is maintained.

3. The method according to claim 1 and or or 2, characterized in that the temperature of the atmosphere surrounding the molten metal bath in the range of 50 to 70 ⁰ C with a dew point in the range of 17 to. 25 ° C is maintained.

4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that argon is used as the inert gas.