CH650027A5 - Verfahren zum feuerverzinken metallischer werkstuecke. - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feuerverzinken metallischer Werkstücke durch Eintauchen in eine Zinkschmelze bei welchem die Werkstücke einer Vorbehandlung unterworfen werden, durch die ihre Oberfläche gereinigt und mit einer Zwischenschicht überzogen wird, die eine Reaktion mit der Zinkschmelze auf der gesamten Oberfläche der Werkstücke sicherstellt, und bei welchem die Werkstücke mit trockener Oberfläche in die Zinkschmelze eingetaucht und nach einer vorherbestimmbaren Zeitdauer wieder aus derselben herausgenommen werden (DD-PS 124923).
Beim Feuerverzinken werden die Werkstücke bei den bisher bekannten Verfahren an ihrer Oberfläche vorbehandelt und anschliessend durch Eintauchen in eine Zinkschmelze mit der gewünschten Zinkschicht überzogen. Übliche Zinkschmelzen bestehen im wesentlichen aus Zink und enthalten in der Regel etwa 1% Blei sowie Metalle, wie Aluminium, Eisen, Cadmium, Kupfer und Zinn, als Legierungselemente bzw. als Verunreinigungen.
Vor dem Eintauchen in einen Verzinkungskessel müssen die Werkstücke so vorbehandelt werden, dass ihre Oberfläche an allen Stellen vom schmelzflüssigen Zink gut benetzt werden kann. Nur so besteht die Gewähr dafür, dass die Zinkschmelze mit der Oberfläche der Werkstücke gleich-mässig unter Schichtbildung reagieren kann, so dass eine vollständige, lückenlose Beschichtung erzielt wird.
Die Vorbehandlung der Werkstückoberfläche kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Wenn Stahlband in stetigem Durchlauf feuerverzinkt werden soll, wird als Vorbehandlung üblicherweise ein Glühprozess angewandt, wie er beispielsweise in der DE-OS 25 37 298 und in der GB-PS 1496398 beschrieben ist. Bei einer solchen Arbeitsweise ist es erforderlich, dass die blankgeglühte Stahloberfläche vor dem Eintauchen in die Zinkschmelze nicht mehr mit Luft in Berührung kommt, damit die Oberfläche des Stahls oxidfrei bleibt. Beim Feuerverzinken einzelner metallischer Werkstücke ist eine solche thermische Vorbehandlung unter anderem aus apparativen Gründen kaum durchführbar. Deshalb werden derartige Werkstücke meist in wäss-rigen Lösungen, seltener auf mechanischem Wege durch Strahlen, vorbehandelt.
Die Werkstücke müssen in der Regel zunächst entfettet und auf diese Weise durch Wasser benetzbar gemacht werden. Hierfür sind alkalische Entfettungs- und Reinigungslösungen gebräuchlich. Nach dem Entfetten werden die Werkstücke in Wasser gespült. Anschliessend werden sie in ein Beizbad gebracht und nach dem Beizen wieder gespült. Zur Vereinfachung des Verfahrens ist es in bestimmten Fällen auch möglich, eine sogenannte Beizentfettung durchzuführen, wodurch das gesonderte Entfetten und Spülen fortfallen können. Das Beizen erfolgt beispielsweise in verdünnter Salzsäure oder in verdünnter Schwefelsäure.
Wenn die Werkstücke nass verzinkt werden sollen, werden sie meist in Säure vorgetaucht und noch nass durch eine Flussmitteldecke, die auf der Zinkschmelze schwimmt, in das flüssige Zink eingebracht (DD-PS 124 923). Wird hingegen das sogenannte Trockenverzinkungsverfahren angewandt, werden die Werkstücke in die Lösung eines Flussmittels getaucht und anschliessend getrocknet, so dass die Werkstückoberfläche mit einer Flussmittelschicht überzogen ist. Erst dann werden die Werkstücke in das schmelzflüssige Zink eingebracht. Um bei der Verzinkung eine dünnere Zinkschicht erzielen und auf diese Weise Zink einsparen zu können, wird gemäss der DD-PS 124923 vor oder während des Tauchens der Werkstücke in die Flussmittellösung Kupfer auf der Stahloberfiäche abgeschieden. Diese zusätzlich aufgebrachte Kupferschicht soll nur die Dicke der Zinkschicht herabsetzen. Auf die Verwendung eines Flussmittels kann nicht verzichtet werden.
Durch die Reaktion des Flussmittels mit der Werkstückoberfläche beim Schmelztauchen findet ein heftiger Beizvorgang statt, der beim Feuerverzinken für notwendig gehalten wird, um eine gleichmässige und vollständige Beschichtung zu erzielen. Diese Reaktion bewirkt eine starke Emission luftfremder Schadstoffe, wie beispielsweise Ammoniak, Salzsäure, Ammoniumchlorid, Zinkoxid und Zinkchlorid. Ausserdem entstehen beim Eintauchen der Werkstücke in die Zinkschmelze auf deren Oberfläche grosse Mengen an Zinkasche und Gekrätz, die vor dem Herausziehen der Werkstücke aus der Zinkschmelze durch Abstreifen entfernt werden müssen. Hierdurch entstehen hohe Verluste an Zink. Die von der Zinkschmelze im Rauch aufsteigenden Schadstoffe bedeuten eine erhebliche Umweltbelastung. Es ist daher erforderlich, dieselben zu erfassen, abzuleiten und zu reinigen, damit sie unschädlich gemacht werden können. Die Beseitigung solcher Schadstoffe, beispielsweise mit Hilfe von Gasreinigungsanlagen, erfordert einen erheblichen apparativen Aufwand.
Wegen der schlechten Reinigungsmöglichkeiten der Emissionen sind seit Jahren Bemühungen darauf gerichtet, raucharme Flussmittel zu entwickeln und einzusetzen, um den Schadstoffgehalt der Abluft zu mindern. Hierbei werden lediglich andere Flussmittel, d.h. beispielsweise Lösungen andérer Salze, eingesetzt. Solche Salze sind in der Regel s
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teurer als die klassischen Salze Zinkchlorid und Ammoniumchlorid, so dass höhere Kosten anfallen. Ausserdem entstehen auch bei Verwendung raucharmer Flussmittel immer noch erhebliche Emissionen von Schadstoffen. Raucharme Flussmittel sind ausserdem nicht universell anwendbar, da bei einzelnen Chargen ein Nachstreuen von Ammoniumchlorid notwendig ist. Weiterhin verbleibt auch hier der Nachteil, dass immer noch grosse Mengen an Zinkasche und Gekrätz entstehen, die von der Oberfläche der Zinkschmelze entfernt werden müssen und zu hohen Verlusten an Zink führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem metallische Werkstücke beim Eintauchen in eine Zinkschmelze auf einfache Weise mit einem fest haftenden Zinküberzug versehen werden können, ohne dass beim Eintauchen luftfremde Schadstoffe entstehen.
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass als Zwischenschicht eine dünne Metallschicht auf die Werkstücke aufgetragen wird, und dass die Werkstücke ohne vorausgehende Flussmittelbehandlung in die Zinkschmelze eingetaucht werden.
Ein solches Verfahren weist folgende Vorteile auf:
- Da kein Flussmittel eingesetzt wird, ist die Emission luftfremder Schadstoffe vermieden.
- Der Aufwand, der bisher notwendig war, um solche Schadstoffe zu beseitigen bzw. ihre Entstehung zu mindern, ist nicht mehr erforderlich.
- Das Verfahren arbeitet deshalb sehr umweltfreundlich.
- Auf der Oberfläche der Zinkschmelze entstehen nicht mehr durch das Eintauchen metallischer Werkstücke bedingte Zinkasche und Gekrätz, so dass auch keine dadurch hervorgerufenen Zinkverluste in Kauf genommen werden müssen.
- Die Oberfläche der verzinkten Werkstücke ist frei von Asche- und Flussmittelrückständen und weist dehalb eine bessere Korrosionsbeständigkeit und Lackierbarkeit auf.
Obwohl auf eine Flussmittelbeschichtung verzichtet wird, ergibt das Verfahren einwandfreie, fest haftende Zinküberzüge auf den Werkstücken. Diese Tatsache muss als besonders überraschend angesehen werden, da für die Fachwelt seit Jahrzehnten für das Feuerverzinken einzelner Werkstücke im Tauchverfahren das vorherige Behandeln dieser Werkstücke mit einem Flussmittel zwingend vorgeschrieben schien, was auch durch das ständige Bemühen, raucharme Flussmittel zu entwickeln, untermauert wird.
Für die Beschichtung von Werkstücken mit der dünnen Metallschicht, durch welche die bisher stets angewandte Flussmittelschicht ersetzt wird, eignen sich prinzipiell alle Metalle, die die gebeizte Werkstückoberfläche so gegen Oxi-dation schützen, dass die Reaktion mit der Zinkschmelze auf der gesamten Werkstückoberfläche stattfinden kann. Geeignete Metalle sind beispielsweise Aluminium, Blei, Cadmium, Kupfer, Nickel, Wismut, Zink, Zinn und auch Legierungen aus diesen Metallen. Die dünne Metallschicht kann beispielsweise durch Galvanisieren, Zementation bzw. Kontaktmetallisierung, chemisch-reduktive Abscheidung oder auch durch mechanische bzw. physikalische Verfahren aufgebracht werden, wie beispielsweise Aufreiben, Aufstäuben oder Aufdampfen.
Bei der Zementation bzw. Kontaktmetallisierung wird ein Werkstück zusammen mit einem Kontaktmetall in eine Lösung eingetaucht. Für das Kontaktmetall wird ein elektro-negatives Metall als Hilfsmetall verwendet, und es findet eine Abscheidung durch Ladungsaustausch (Zementation) statt. Dieser Ladungsaustausch läuft allein durch die Potentialdifferenz der unterschiedlichen eingesetzten Metalle ab, also ohne äussere Stromquelle. So wird beispielsweise ein Werkstück aus Stahl zusammen mit einem Zinkstück in eine Zinklösung eingetaucht. Das Zinkstück ist dabei das Kontaktmetall; d.h. es berührt das Werkstück. In der Zinklösung bildet das Zink Zinkionen, wobei Elektronen frei werden, die an die Oberfläche des aus Stahl bestehenden Werkstückes gelangen. Dort reduzieren sie aus der Zinklösung Zinkionen, was zur Bildung einer dünnen Zinkschicht auf der Oberfläche des Werkstückes führt, das nach einer vorher bestimmten Zeitdauer aus der Zinklösung herausgenommen wird.
Die Dicke der dünnen Metallschicht auf den Werkstücken kann sehr gering sein. Sie soll vorzugsweise unter 1 (im liegen. Es ist dabei überraschenderweise nicht erforderlich, dass diese schützende Metallschicht porenfrei ist, sondern es reichen auch Schichten aus, von denen man weiss, dass sie in sich nicht geschlossen, sondern mit Poren behaftet sind.
Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielweise erläutert:
Die Werkstücke werden zunächst in eine Badwanne 1 eingebracht, in welcher sie so lange entfettet werden, bis ihre Oberfläche mit Wasser benetzbar ist. Anschliessend werden die Werkstücke gespült, damit Reste des Entfettungsbades von der Werkstückoberfläche entfernt werden. Zum Spülen kann eine Spülkaskade 2 verwendet werden, in welcher die Werkstücke mit Wasser gespült werden. Die Spülkaskade 2 kann vorzugsweise so angeordnet werden, dass der Wasserüberlauf in die Badwanne 1 führt, so dass Verdampfungsverluste im Entfettungsbad auf diese Weise ausgeglichen werden können. Nach dem Spülen werden die Werkstücke in eine Badwanne 3 mit einem Beizbad gebracht, das ebenso wie das Entfettungsbad warm arbeitet und Verdampfungsverluste hat. Diese Verdampfungsverluste können ebenfalls durch eine nachfolgende Spülkaskade 4 ergänzt werden, in welcher die Werkstücke nach dem Beizen gespült werden.
Danach werden die Werkstücke in einem Beschich-tungsbad 5 mit der dünnen Metallschicht versehen. Bei dem Beschichtungsbad 5 kann es sich beispielsweise um ein galvanisches Bad handeln. Nach dem Verlassen des Beschich-tungsbades 5 werden die Werkstücke in einer weiteren Spülkaskade 6 gespült und anschliessend in einer Trockenstation 7 getrocknet. Sie können danach in eine Zinkschmelze eingetaucht werden, die in einem Behälter 8 vorhanden ist. Nach einer ausreichenden, vorherbestimmbaren Zeit werden die Werkstücke aus der Zinkschmelze herausgenommen und gekühlt. Sie sind dann mit einer geschlossenen, fest haftenden Zinkschicht überzogen.
Das Beschichtungsbad 5, die Spülkaskade 6 und die Trok-kenstation 7 sind nur erforderlich, wenn die dünne Metallschicht nicht trocken auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht wird. Sie können beispielsweise beim Aufbürsten oder Aufstäuben der Metallschicht entfallen. An die Stelle des Beschichtungsbades 5 tritt in diesem Fall eine mechanisch arbeitende Vorrichtung.
Die Reinigung der Werkstückoberfläche kann mit dem Aufbringen der dünnen Metallschicht kombiniert werden. Die dünne Metallschicht kann dann gleichzeitig mit einer Beizentfettung in der Badwanne 1 abgeschieden werden.
Nach dem Spülen in der Spülkaskade 2 werden die Werkstücke bei einer solchen Arbeitsweise direkt zur Trockenstation 7 transportiert.
Für die dünne Metallschicht, welche an Stelle der bisher verwendeten Flussmittelschicht als Zwischenschicht auf die gereinigte Oberfläche der Werkstücke aufgebracht wird, eignen sich alle Metalle, die sicherstellen, dass auf der gesamten Oberfläche eine Reaktion mit der Zinkschmelze stattfindet. Es können beispielsweise Aluminium, Antimon, Blei, Cadmium, Kupfer, Nickel, Zink, Zinn und Wismut ver5
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wendet werden. Auch Legierungen aus diesen Metallen sind geeignet. Die dünne Metallschicht kann galvanisch, chemisch-reduktiv, durch Zementation bzw. Kontaktmetallisierung, mechanisch oder physikalisch aufgebracht werden. Es reichen Schichtdicken von weniger als 1 u.m aus.
Im folgenden werden drei Beispiele zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung angegeben:
Beispiel 1
Werkstücke aus Stahl werden in einer alkalischen Ab-kochentfettungslösung bei etwa 90°C gereinigt, bis sie durch Wasser benetzbar sind. Anschliessend werden die Werkstücke gespült, um Reste der Entfettungslösung von ihrer Oberfläche zu entfernen. Danach werden die Werkstücke in einem Beizbad, beispielsweise in 12%-iger Schwefelsäure mit Sparbeizzusatz, bei etwa 60°C so lange gebeizt, bis Oxide vollständig von ihrer Oberfläche entfernt sind. Danach werden die Werkstücke wieder gespült.
Anschliessend wird als Zwischenschicht eine dünne Zinnschicht auf die Werkstücke aufgebracht. Die Zinnschicht wird durch Kontaktmetallisierung mit Zink als Kontaktmetall abgeschieden. Die Dicke der Zinnschicht beträgt etwa 0,3 (im. Danach werden die Werkstücke gespült, getrocknet und abschliessend in die Zinkschmelze getaucht. Nach einer Tauchdauer von etwa 5 Minuten werden die Werkstücke aus s der Zinkschmelze herausgenommen und gekühlt.
Beispiel 2
Stahlteile werden wie bei Beispiel 1 entfettet, gespült, gebeizt und gespült. Danach gelangen sie in eine Lösung aus io 8%-iger Salzsäure mit 70 mg/1 Antimon (Ill)-chlorid. Sie werden in dieser Lösung bei Raumtemperatur mit einer etwa 0,1 (im dicken Schicht aus Antimon versehen. Spülen, Trocknen, Verzinken und Kühlen erfolgen wie bei Beispiel 1.
is Beispiel 3
Werkstücke aus Stahl werden in einer Beizentfettungslö-sung aus 80 g/1 Salzsäure, 50 ml/1 Emulgatorgemisch und 1 g/1 Kupfersulfat bei Raumtemperatur entfettet, gebeizt und mit einer Kupferschicht von etwa 0,12 um Dicke versehen. 2o Spülen, Trocknen, Verzinken und Kühlen erfolgen wie bei Beispiel 1.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zum Feuerverzinken metallischer Werkstücke durch Eintauchen in eine Zinkschmelze, bei welchem die Werkstücke einer Vorbehandlung unterworfen werden, durch die ihre Oberfläche gereinigt und mit einer Zwischenschicht überzogen wird, die eine Reaktion mit der Zinkschmelze auf der gesamten Oberfläche der Werkstücke sicherstellt, und bei welchem die Werkstücke mit trockener Oberfläche in die Zinkschmelze eingetaucht und nach einer vorherbestimmbaren Zeitdauer wieder aus derselben herausgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht eine dünne Metallschicht auf die Werkstücke aufgetragen wird, und dass die Werkstücke ohne vorausgehende Flussmittelbehandlung in die Zinkschmelze eingetaucht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Metallschicht in einer Beizentfettungslösung auf die Werkstücke aufgebracht wird.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Metallschicht eine Dicke von weniger als 1 lim hat.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Metallschicht mit Poren behaftet ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Metallschicht galvanisch aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Metallschicht chemisch-reduktiv aufgebracht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Metallschicht durch Zementation bzw. Kontaktmetallisierung aufgebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Metallschicht mechanisch aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dünne Metallschicht physikalisch aufgebracht wird.
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