7/29/2019 Phun Dd Ax de Xu Ly Kl

1/3

3 , 0 1 5 , 5 8 8. HYAMSSPRAY PICKLING PROCESSES FOR THE SURFACETREATMENT OF METALFiled Dec. 5 0 , 1952J a n . 2 , 1 9 6 2

a

J6

3 : ; B i l - 4 v0 e5 . . 'Ait

7/29/2019 Phun Dd Ax de Xu Ly Kl

2/3

U n i t e d S t a t e s . P a t e n t 0 1

3 0 1 5 , 5 8 8SPRAY ICKLING PRdCESSES FOR THE SURFACETREATMENT OFMETALM e n t a g u H y a m s , L o n d o n , E n g l a n d , a s s i g n o r , b y m e s n ea s s i g n m e n t s , t o Amchem P r o d u c t s , I n c . , A m b l e r , P a ,a c o r p o r a t i o n o f DelawareF i l e d D e c . 3 0 , 1 9 5 2 , S e r . No . 3 3 0 , 0 0 0C l a i m s p r i o r i t y , a p p l i c a t i o n G r e a t B r i t a i n D e c . 3 1 , 1 9 5 1

1 C l a i m . ( C l . 13436)The i n v e n t i o n r e l a t e s t o a p r o c e s s f o r c l e a n i n g t h e

s u r f a c e o f m e t a l b y t h e c h e m i c a l a c t i o n on s a i d m e t a l . a ts u p e r a t m o s p h e r i c t e m p e r a t u r e o f a n a q u e o u s a c i d p l c k h n gl i q u i d c a p a b l e o f d i s s o l v i n g m e t a l o x i d e from s a i d m e t a ls u r f a c e .

I t i s known t o t r e a t t h e s u r f a c e of a metal a r t i c l e witha n a q u e o u s a c i d p i c k l i n g l i q u i d b y t h e s o - c a l l e d immers i o n p r o c e s s i n which p r o c e s s t h e s u r f a c e u n d e r g o i n gt r e a t m e n t i s wholly immersed i n a b a t h o f t h e t r e a t i n gl i q u i d , o r i s p a r t l y immersed i n s a i d bath and r o t a t e d i n -such m an ner t h a t e v e r y p o r t i o n o f t h e s u r f a c e t o b et r e a t e d becomes immersed i n t h e b a t h d u r i n g t h e r o t a t i o n .

Immersi on processes are for many reasons l e s s comm e r c i a l l y a c c e p t a b l e t h a n s p r a y p r o c e s s e s f o r t h e s u r f a c et r e a t m e n t o f m e t a l by t h e c h e m i c a l a c t i o n t h e r e o n a ts u p e r a t m o s ph e r i c t e m p e r a t u r e o f a q u e o u s s u r f a c e t r e a ti n g - l i q u i d . The l i q u i d b a t h i n an immersion p r o c e s s mustb e l a r g e enough f o r t h e a r t i c l e b e i n g t r e a t e d t o b e immersed t h e r e i n i n a s a t i s f a c t o r y m a n n e r , and p a r t i c u l a r l yi n t h e c a s e o f b o x - s h a p e d a r t i c l e s s u c h a s r e f r i g e r a t o rc a b i n e t s a n d a u t o m o b i l e b o d i e s , t h e volume o f l i q u i d b a t hw h i c h must b e p r o v i d e d , a n d m a i n t a i n e d a t s u p e r a t m o sp h e r i c t e mp e r a t u r e , f o r a l o a d o f work o f g i v e n s u r f a c ea r e a i s d i s p r o p o r t i o n a t e l y h i g h c o m p a r e d w i t h t h e volumeo f l i q u i d i n t h e r e s e r v o i r o f an e q u i v a l e n t s p r a y p r o c e s so f c o n v e n t i o n a l d e s i g n . An o u t s t a n d i n g a d v a n t a g e o f as p r a y p r o c e ss o v e r an immersion p r o c e s s i s undoubtedlya g r e a t a c c e l er a t i o n i n t h e r a t e o f t h e c h e m i c a l a c t i o n o ft h e t r e a t i n g s o l u t i o n o n t h e s u r f a c e u n d e r g o i n g t r e a t m e n t ,and i n m a n y c a s e s i t o n l y becomes p o s s i b l e t o o p e r a t e ap r o c e s s , or a s u c c e s s i o n of p r o c e s s e s , i n continuous mann e r b y u s i n g s p r a y a p p l i c a t i o n o f t h e t r e a t i n g l i q u i d , o rb y u s i n g a c o m b i n a t i o n o f s p r a y a p p l i c a t i o n a n d immers i o n a p p l i c a t i o n . I n t h e l a t t e r c a s e , t h e a r t i c l e b e i n gt r e a t e d may e r o t a t e d about a h o r i z o n t a l a x i s w h i l s t part i a l l y immersed i n a b a t h o f t h e t r e a t i n g l i q u i d , a n d a tt h e same t i m e s p r a y e d w i t h t r e a t i n g l i q u i d w i t h d r a w nfrom t h e b a t h t h r o u g h a s p r a y p r o d u c i n g member.A l t h o u g h s p r a y p r o c e s s e s o f t h e t y p e t o which t h e i nv e n t i o n r e l a t e s a r e i n m a n y c a s e s h i g h l y a d v a n t a g e o u s ,t h e s a i d p r o c e s s e s a s used c o n v e n t i o n a l l y have a n u m bero f s e r i o u s d i s a d v a n t a g e s which i n m a n y c a s e s h a v e p r ev e n t e d t h e w i d e r a p p l i c a t i o n o f s u c h p r o c e s s e s , and i nc e r t a i n c a s e s have made i t i m p o s s i b l e t o u s e s u c h p r o ce s s e s o n a n i n d u s t r i a l s c a l e .

S p r a y t r e a t i n g p r o c e s s e s o f t h e t y p e t o w h i c h t h e i nv e n t i o n r e l a t e s a r e c u s t o m a r i l y c a r r i e d o u t i n a s p r a yc h a m b e r , t h e g a s e s e n t e r i n g t h e chamber h a v i n g a r e l a ~t i v e l y lo w t e m p e r a t u r e and lo w w a t e r v a p o r c o n t e n t , andt h e g a s e s l e a v i n g t h e chamber h a v i n g a somewhat h i g h e rt e m p e r a t u r e and a v e r y s u b s t a n t i a l l y h i g h e r w a t e r vaporc o n t e n t . T h i s i n c r e a s e d t e m p e r a t u r e and W a t e r vaporc o n t e n t o f t h e e x i t g a s e s i s e x t r a c t e d from t h a t p o r t i o n o ft h e t r e a t i n g l i q u i d a c t i v e l y e n g a g e d i n t h e c l e a n i n g p r o ce s s , namely t h e s p r a y , w i t h t h e r e s u l t t h a t t h e b u l k o f t h et r e a t i n g s o l u t io n l y i n g i d l e i n t h e r e s e r v o i r from w h i c ht h e s p r a y producing means i s f e d i s a t a s u b s t a n t i a l l yh i g h e r t e m p e r a t u r e t h a n t h e r e l a t i v e l y s m a l l p o r t i o n o fs o l u t i o n a c t u a l l y e n g a g e d i n t h e c l e a n i n g p r o c e s s . I t i s a no b j e c t o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n t o p r o v i d e a s p r a y t r e a ti n g p r o c e s s o f t h e t y p e r e f e r r e d t o i n which t h e b u l k o ft r e a t i n g s o l u t i o n l y i n g i d l e i n a r e s e r v o i r from w h i c h t h e

1 0

1 5

25

30

35

50

60

7 0

1 3 , 0 1 5 , 5 8 8P a t e n t e d J a n . 2 , 1 0 6 262

spray producing means i s f e d may be a t a lower temp e r a t u r e t h a n t h e s p r a y i m p i n g i n g upon t h e s u r f a c e u n d e rg o i n g t r e a t m e n t .

The a b o v e f a c t o r s have meant i n p r a c t i c e t h a t convent i o n a l s p r a y p r o c e s s e s o f t h e t y p e r e f e r r e d t o h a v e n o to p e r a t e d w i t h t h e s p r a y s a t a t e m p e r a t u r e s u b s t a n t i a l l yi n e x c e s s o f 1 7 0 F . I t i s a f u r t h e r o b j e c t o f t h i s i nv e n t i o n t o p r o v i d e a s p r a y t r e a t i n g p r o c e s s o f t h e t y p er e f e r r e d t o i n which t h e s p r a y ma y b e made t o impingeu p o n t h e s u r f a c e undergoing t r e a t m e n t a t a t e m p e r a t u r es u b s ta n t i a l l y i n e x c e s s o f 1 7 0 F . , and i n p a r t i c u l a r a t at e m p e r a t u r e i n e x c e s s o f a b o u t 2 0 0 F .

According t o t h e p r e s e n t i n v e n t i o n a p r o c e ss o f t r e a ti n g t h e s u r f a c e o f m e t a l b y t h e c h e m i c a l a c t i o n t h e r e o na t s u p e r a t m o s p h e r i c t e m p e r a t u r e o f a n a q u e o u s s u r f a c ec l e a n i n g l i q u i d a p p l i e d a s s p r a y f r o m s p r a y p r o d u c i n gm ean s a s r a p i d l y movin g spray o n t o s a i d s u r f a c e comp r i s e s c o n t a c t i n g t h e s a i d s p r a y w h i l s t m o v i n g t o w a r d ss a i d s u r f a c e w i t h h e a t e d m a t e r i a l t h e t e m p e r a t u r e o fwhich i s h i g h e r t h a n t h a t o f t h e s p r a y and i s i n e x c e s s o f1 8 0 F . I n a p r e f e r r e d form o f t h e i n v e n t i o n , t h e s u r f a c ec l e a n i n g l i q u i d u n d e r g o e s i n c r e a s e i n t e m p e r a t u r e whenp a s s i n g a s s p r a y from t h e s p r a y producing means t o t h es u r f a c e b e i n g t r e a t e d .

The p r o c e s s o f t r e a t i n g t h e s u r f a c e o f m e t a l m a y be ap i c k l i n g p r o c e s s , i n p a r t i c u l a r a p i c kl i n g p r o c e s s i n v o l v i n gt h e d i s s o l u t i o n from t h e m e t a l s u r f a c e o f m e t a l o x i d e s u c has r u s t .

S i n c e w a t e r vapor l e a v i n g t h e s p r a y t r e a t i n g zone o f ap r o c e s s a c c o r d i n g t o t h e p r e s e n t i n v e n t i o n i s p r e f e r a b l yd e r i v e d m a i n l y t h r o u g h e v a p o r a t i o n o f l i q u i d o t h e r t h a nt h a t a c t i v e l y e n g a g e d i n t h e t r e a t i n g p r o c e s s , i t i s p a r t i c ul a r l y d e s i r a b l e , when t h e s p r a y t r e a t m e n t i s c a r r i e d o u t i na s p r a y chamber, t o r e c o v e r t h e l a t e n t h e a t p r e s e n t i ns a i d w a t e r v a p o r by e x t r a c t i n g v a p o r s a n d g a s e s from s a i dc h a m b e r , t h r o u g h c o m p r e s s i o n m e a n s i n t o h e a t - e x c h a n g emeans w h e r e i n t h e v a p o r s g i v e up s u b s t a n t i a l l y a l l t h e i rl a t e n t h e a t o f v a p o r i z a t i o n t o a h e a t - e x c h a n g e ? u i d . T h i sh e a t - e x c h a n g e ? u i d may b e a q u e o u s s u r f a c e t r e a t i n gl i q u i d ?owing on i t s way t o t h e s p r a y p r o d u c i n g m e a n s ,f o r example a t s ome p o i n t between a p u m p and t h e s p r a yp r o d u c i n g means f e d b y t h e pump.

The v a p o r s and g a s e s e x t r a c t e d from t h e s p r a y chamb e r t h r o u g h t h e c o m p r e s s i o n means 3 1 m a y b e r e t u r n e db y a c o n d u i t 3 2 A t o s a i d chamber t o s u p p l y h e a t t ot h e s p r a y t h e r e i n b y c o n d e n s a t i o n u p o n t h e s u r f a c e o fs a i d s p r a y , o r may e p a s s e d t o a s e c o n d chamber, c o mm u n i c a t i n g w i t h t h e ? r s t c h a m b e r , i n w h i c h s e c o n d chamb e r t h e v a p o r s a r e condensed u p o n s p r a y i n a n o t h e rp r o c e s s o p e r a t i n g i n a c c o r d a n c e w i th t h e i n v e n t i o n , a n dt h r o u g h w h i c h t h e m e t a l s u r f a c e u n d e r g o i n g t r e a t m e n th a s p a s s e d o r i s a b o u t t o p a s s .

The compression means m a y be a c o n v e n t i o n a l a x i a lo r r a d i a l ? o w b l o w e r o f c a p a c i t y s u ? i c i e n t t o c o m p r e s san d h e a t t h e v a p o r s and g a s e s t o t h e d e g r e e n e c e s s a r y f o r e f f i c i e n t h e a t - e x c h a n g e o r c o n d e n s a t i o n .

The p r e s en t i n v e n t i o n w i l l n o w b e i l l u s t r a t e d by t h ef o l l o w i n g e x a m p l e .The d r a w i n g i s a n o u t s i d e e l e v a t i o n , p a r t l y e x p l o d e d ,

o f a s p r a y c l e a n i n g a p p a r a t u s u t i l i z i n g my i n v e n t i o n .R e f e r r i n g t o t h e d r a w i n g , t h e r e s e r v o i r 2 1 i s c h a r g e dw i t h a n a q u e o u s a c i d i c s u r f a c e c l e a n i n g s o l u t i o n . T h i ss o l u t i o n i s maintained w h i l s t i n r e s e r v o i r 21 a t a temp e r a t u r e o f around 1 6 0 F . w i t h t h e a i d o f steamh e a t i n g c o i l 2 2 - 2 3 , a n d i s c o n t i n u o u s l y w i t h d r a w nt h r o u g h p i p e s 24 a n d 25 by means o f c e n t r i f u g a l p u m p3 6 t h r o u g h t h e i n s i d e o f t h e t u b u l a r h e a t - e x c h a n g e r 2 6i n t o s p r a y p i p e s 2 7 , a t a r a t e such t h a t t h e r e i s a c o mp l e t e t u r n o v e r o f t h e s o l u t i o n i n r e s e r v o i r 21 e v e r y 1 0m i n u t e s . S t e a m a t 3 0 p . s . i . g . i s i n t r o d u c e d t h r o u g h t h esteam s p r a y p i p e s 33 s o t h a t a mixture o f l i q u i d andu n c o n d e n s e d s t e a m s t r i k i n g t h e s u r f a c e o f a n aluminium

7/29/2019 Phun Dd Ax de Xu Ly Kl

3/3

3w o r k p i e c e i n t r o d u c e d a t 34 and removed a t 35 h a s ane ? e c t i v e t e m p e r a t u r e o f 2 0 0 F . Vapors and a i r a r ec o n t i n u o u s l y w i t h d r a w n from t h e p r o c e s s i n g chambert h r o u g h p i p e s 28 and 29 i n t o a R o o t s t y p e b l o w e r 31wherein t h e y a r e compressed and h e a t e d t o some 1 0p . s . i . g . a n d p a s s e d t h r o u g h t h e o u t s i d e o f e x c h a n g e r 2 6c o u n t e r c u r r e n t t o t h e s o l u t i o n e n t e r i n g from p i p e 2 5 ,condensed l i q u i d and a i r b e i n g vented a t 32 t o a warmwater r i n s e t a n k , not shown.

I c l a i m :P r o c e s s o f c l e a n i n g t h e s u r fa c e o f m e t a l i n a s p r a ychamber b y t h e c h e m i c a l a c t i o n on s a i d m e t a l a t s u p e ra t m o s p h e r i c t e m pe r a t u r e o f a n a q u e o u s a c i d p i c k l i n gl i q u i d c a p a b l e o f d i s s o l v i n g m e t a l o x i d e f r o m s a i d m e t a ls u r f a c e , w h i c h c o m p r i s e s a p p l y i n g s a i d a q u e o u s a c i dp i c k l i n g l i q u i d f r o m s p r a y p r o d u c i n g means a s r a p i d l ymoving s p r a y o n t o s a i d s u r f a c e and c o n d e n s i n g steamhaving a t e m p e r a t u r e i n e x c e s s o f 1 8 0 F . u p o n s a i ds p r a y w h i l s t t h e s p r a y i s moving t o w a r d s t h e s a i d s u r

8 , 0 1 5 , 5 8 8

10

15

4f a c e , v a p o r s a n d g a s e s b e i n g e x t r a c t e d d u r i n g t h e p r o ce s s from s a i d chamber t h r o u g h c o m p r e s s i o n means an dt h e n r e t u r n e d t o s a i d chamber t o s u p p l y h e a t t o s a i ds p r a y by c o n d e n s a t i o n u p on t h e s u r f a c e o f s a i d s p r a y .

R e f e r e n c e s C i t e d i n t h e ? l e o f t h i s p a t e n tUNITED STATES PATENTS

103,371 Reynolds ____________ __ May 4 , 1 8 7 07 8 3 , 8 6 8 Jarratt ______________ _ Feb. 28 , 1 9 0 5

1, 4 3 4 ,011 Hin ckley ____________ _ Oct. 31, 1 9 2 21 ,45 1 ,9 81 Heller _________________ Apr. 1 7 , 19231,532,789 Vollrath _____________ . . Apr. 7 , 19251,602,189 Davis ______ - ' _ _ ...... _ Oct. 5, 19261,629,486 Dougherty ___________ __ May 4 , 19272 , 0 2 3 , 4 9 6 Todd '______________ _ D e c . 10, 1 9 3 52 ,065 ,462 Olsson ______________ . _ D e c . 22 , 1 9 3 62,324,804 Van Gelderen _______ __ July 2 0 , 19432,330,655 Zucker ______________ . _ S e p t . 28 , 1943