CZ291314B6

CZ291314B6 - Lázeň a způsob pro zinkování ponorem do roztaveného kovu

Info

Publication number: CZ291314B6
Application number: CZ19982664A
Authority: CZ
Inventors: Michael Gilles; Richard Sokolowski
Original assignee: Umicore
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2003-01-15
Also published as: NO318234B1; NO983811D0; EP0956380A1; AR005918A1; PE13798A1; KR19990087257A; UA48215C2; JP2000505506A; IN192596B; PL186172B1; SK107498A3; KR100466950B1; US6153314A; SK282891B6; BG102653A; NO983811L; CZ266498A3; ZA971076B; ES2166971T3; PT956380E

Abstract

L ze se slitinov²m zinkem, pro povl k n ocelov²ch v²robk ponorem do taveniny, p°i em l ze obsahuje 3 a 15 % hmotn. c nu, olovo v koncentraci a k nasycen l zn , 0 a 0,06 % hmotn. alespo jednoho z t chto prvk : hlin k, v pn k a ho° k, kde zbytek tvo° zinek jak koliv jakosti od p°etaven ho zinkov ho odpadu a po zvl vysokou jakost /SHG/.\

Description

Lázeň a způsob pro zinkování ponorem do roztaveného kovu

Oblast techniky

Vynález se týká lázně pro zinkování ponorem do roztaveného kovu (hot-dip). sestávající ze slitinového zinku, která je obzvláště vhodná k dávkovému zinkování ocelových výrobků, s proměnlivým obsahem křemíku nebo s neznámým složením.

Dosavadní stav techniky

Při zinkování oceli v běžných neslitinových zinkových lázních nastávají vážné problémy, když ocel obsahuje více než 0,02 % hmotn. křemíku. Výsledný zinkový povlak je jednak příliš silný a příliš křehký, a jednak má dále šedavý vzhled. Je to způsobeno skutečností, že vrstva slitiny železa a zinku, která se vytváří na povrchu oceli, která je ve styku s běžnou zinkovou lázní, vzrůstá lineárně v závislosti na čase během celé doby ponoření v lázni, když ocel obsahuje více než 0,02 % hmotn. křemíku. To nezastává u ocelí s menším obsahem křemíku, protože rychlost narůstání vrstvy je zde úměrná druhé odmocnině doby ponoření v lázni. Vliv obsahu křemíku v oceli na tloušťku povlaku je znázorněn formou diagramu na obr. 1. Nejvyšší bod formou diagramu znázorňující tloušťku povlaku u ocelí s obsahem křemíku 0,03 až 0,15 % hmotn., se nazývá Sandelinův bod.

V minulosti bylo věnováno velké úsilí ke zvládnutí tohoto problému. U způsobu nazvaného Technigalva^(R) se lázeň tvořená slitinou zinku s 0,05 až 0,06 % hmotn. niklu. Jak ze znázorněno na obr. 1, Sandelinův bod v lázni Technigalva^(R) zmizí, ale tloušťka povlaku stále vzrůstá s obsahem křemíku v oceli. U způsobu zvaného Polygalva^(R) se používá zinková lázeň s 0,035 až 0,045 % hmotn. hliníku a 0,003 až 0,005 % hořčíku. Jak je znázorněno na obr. 1, dává lázeň podle způsobu Polygalva^(R) dosti dobré výsledky. Přináší však nevýhodu v tom, že její obsah hliníku se musí velice přesně řídit, protože reakce mezi ocelí a lázní se téměř úplně přeruší, když obsah hliníku v lázni překročí 0,05 % hmotn.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je vytvoření lázně pro zinkování ponorem do roztaveného kovu, sestávajícího ze slitinového zinku, u níž je tloušťka povlaku méně závislá na obsahu křemíku v oceli, než u lázně Technigalva^(R), a mnohem méně závislá na malých odchylkách ve složení lázně, než u lázně Polygalva^(R).

Tohoto cíle se dosáhne lázní podle vynálezu, která obsahuje buď 3 až 15 % hmotn. niklu, a která může obsahovat olovo v koncentraci od 0 % hmotn. až k nasycení lázně, a alespoň jeden z těchto prvků: hliníku, vápník a hořčík, v koncentraci do 0,06 % hmotn., přičemž zbytek tvoří zinek a neodstranitelné nečistoty.

Když lázeň neobsahuje nikl, má doporučený obsah cínu 3,5 až 14 % hmotn., zejména 5 až 10 % hmotn. Když lázeň obsahuje nikl, má doporučený obsah cínu, resp. niklu 2,5 až 5 % hmotn., resp. 0,03 až 0,06 % hmotn.

Obsah niklu v lázni, která má 1 až 5 % hmotn. cínu, musí být alespoň 0,01 % hmotn., jinak může tloušťka povlaku značně kolísat, podle obsahu křemíku v oceli. Obsah niklu však musí být vyšší než 0,1 % hmotn., jinak nastává nebezpečí tvoření plovoucí pěny.

Přidání olova, v koncentraci od 0 % hmotn. až do nasycení lázně, například 0,1 až 1,2 % hmotn., může být výhodné ke snížení povrchového napětí lázně. Přidáním alespoň jednoho z prvků

-1 f hliník, vápník a hořčík, s výhodou v koncentraci 0 až 0,03 % hmotn., a zejména 0,005 až 0,015 % hmotn., může být také výhodné k ochraně zinku před oxidací, jinak se na povrchu lázně tvoří žlutavý povlak, který znečišťuje galvanizované výrobky.

Obsah hliníku by však neměl zejména přesáhnout 0,03 % hmotn., jinak vzniká nebezpečí vzniku nepokrytých míst. Obsah hořčíku a/nebo vápníku by neměl zejména přesáhnout 0,03 % hmotn., jinak by mohly oxidy MgO nebo CaO plovoucí na povrchu lázně znečistit povlak, a navíc by se lázeň mohla stát méně tekutou, což by mohlo mít za následek zhoršení povrchové úpravy při vytváření povlaku.

Zinek může mít jakoukoliv jakost od přetaveného zinkového odpadu až po zvlášť vysokou jakost / (SHG). Avšak doporučuje se používání alespoň Zn 98,5 (ISO Standard 752- 1981), zejména alespoň Zn 99,5 a v nej lepším případě alespoň 99,95.

*

Mělo by zde být uvedeno, že LU-A-81 061 popisuje způsob spočívající v použití galvanizační lázně, obsahující alespoň 70% hmotn. zinku, vyznačující se tím, že do galvanizační lázně se přidá jeden nebo několik z následujících prvků: chrom, nikl, bor, titan, vanad, zirkon, mangan, měď, niob, molybden, kobalt, antimon, vápník, lithium, sodík, draslík, v takovém množství, že lázeň obsahuje méně než 2 % hmotn. každého prvku, počítáno samostatně.

Také ve spisu GB-2 289 691 je popsán povlak širokého rozsahu kovových substrátů s vrstvou slitiny na základě zinku a cínu, která má nízkou odrazivost a je vysoce odolná proti korozi. Je zde uveden povlak ze slitiny zinku, s koncentrací zinku 30 až 85 % hmotn. a koncentrací cínu 15 až 70 % hmotn.

Tato slitina může také obsahovat nikl, vizmut, antimon, měď, železo a olovo. Povlak se může nanášet na substrát způsobem zinkování ponorem do roztaveného kovu (hot-dip), tj. průchodem kovového substrátu pokovovací nádrží s obsahem roztavené slitiny.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže znázorněn pomocí následujících příkladů, s odvoláním na výkres, kde na obr. 1 je pro srovnání podle dosavadního stavu techniky znázorněn formou diagramu vliv obsahu 35 křemíku v oceli na tloušťku povlaku a na dalších obr. 2 až 4 je podle vynálezu formou diagramu znázorněn vliv obsahu cínu na tloušťku povlaku, přičemž na obr. 2 je znázorněn tento vliv obsahu cínu v zinkové lázni, na obr. 3 je znázorněn tento vliv obsahu cínu v zinkové lázni s obsahem 0,055 % hmotn. niklu a na obr. 4 je znázorněn tento vliv obsahu cínu v zinkové lázni s obsahem 1,2 % hmotn. olova.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Šest typů ocelových vzorků označené X, Μ, E, D, R a Y s různými obsahy křemíku a fosforu bylo galvanizováno v zinkových lázních, zvlášť vysoké jakosti (SHG) zinku Zn s různými obsahy cínu Sn, s použitím teploty lázně 450 °C a ponořením do lázně po dobu 5 minut. Bylo 50 prováděno měření tloušťky povlaku. Výsledky testů jsou sumarizovány v následující tabulce 1.

-2CZ 291314 B6

Tabulka 1 (lázně Zn-Sn)

	Typ oceli	X	M	E	D	R	Y
	% hmotn. Si	0.010	0,092	0,177	0.450	0,018	0,075
	% hmotn. P					0,069	0,017
Obsah Sn v lázni			Tloušťka povlaku v pm
0,0 % hmotn.		63	244	136	236	398	271
1,0 % hmotn.		77	228		189
2,5 % hmotn.		82	136	82	168	138	222
5,0 % hmotn.		78	100		100
10,0% hmotn.		91	86	67	84	98	81
20,0 % hmotn.		76	65	64	64	78	57
30,0 % hmotn.		59	58	54	61	67	52

Grafické zobrazení těchto výsledků formou diagramu na obr. 2 znázorňuje, že při obsahu cínu Sn asi 3 % hmotn. se na pěti ze šesti ocelových vzorků již vytvoří povlak o tloušťce menší než 150 pm, a že při obsahu cínu Sn 5 % hmotn. mají všechny testované ocelové vzorky povlaky v rozsahu 75 pm až 110 pm. V této souvislosti by mělo být uvedeno, že nejvhodnější tloušťka je 70 až 90 pm. Mělo by být také uvedeno, že ocelový vzorek typu s 0,075 % hmotn. Si a 0,017 % hmotn. P je obzvláště reaktivní, kde účinek fosforu P na reaktivitu oceli je mnohem výraznější než účinek křemíku Si. Z těchto údajů je zřejmé, že se výsledky nezlepší, když obsah cínu Sn přesáhne 15 % hmotn., a že se doporučuje nepoužívat vyšší obsah než 10 % hmotn.

Příklad 2

Stenné typy ocelových vzorků jev příkladu 1 byly galvanizovány v zinkových lázních, zvlášť vysoké jakosti (SHG) zinku Zn s 0,05 % hmotn. niklu Ni a různými obsahy cínu Sn, za stejných podmínek jako v příkladu 1. Výsledky testů jsou sumarizovány v následující tabulce 2.

Tabulka 2 (lázně Zn - 0,055 Ni - Sn)

	Typ oceli	X	M	E	D	R	Y
Obsah Sn v lázni			Tloušťka povlaku v pm
0,0 % hmotn.		59	116	134	212	413	242
1,0 % hmotn.		67	97	92	195
2,5 % hmotn.		69	80	70	115
5,0 % hmotn.		72	80	72	95	88	88

Grafické zobrazení těchto výsledků formou diagramů na obr. 3 znázorňuje, že obsah cínu Sn 1 % hmotn. přináší již výrazné zlepšení. Také znázorňuje, že doporučuje používat obsah v rozsahu 2,5 až 5 % hmotn.

Příklad 3

Stejné typy ocelových vzorků jako v příkladu 1 byly galvanizovány v zinkových lázních, zvlášť vysoké jakosti (SHG) zinku Zn s 1,2 % hmotn. olova Pb a s různými obsahy cínu Sn, za stejných podmínek jako v příkladu 1. Výsledky testů jsou sumarizovány v následující tabulce 3:

-3f

Tabulka 3 (lázně Zn - 1,2 Pb - Sn)

	Typ oceli	X	M	E	D	R	Y
Obsah Sn v lázni			Tloušťka povlaku v pm
1,0 % hmotn.		79	219		199
1,5 % hmotn.					192
2,0 % hmotn.					174
2,5 % hmotn.					155
3,0 % hmotn.		82	109	88	138	123	128

Grafické zobrazené těchto výsledků formou diagramu na obr. 4 opět znázorňuje příznivý účinek 5 cínu Sn na tloušťku povlaku.

Výsledky dosažené se 3 % hmotn. cínu jsou zde zřejmě poněkud lepší než v příkladu 1 (viz obr. 2). Proto může být výhodné přidání olova do lázně.

Předcházející údaje jasně vysvětlují, že lázeň podle vynálezu umožňuje překonat jako nevýhody lázně „Technigalva⁽ , tak lázně Polygalva^(R). Další výhody lázně podle vynálezu spočívají ve skutečnosti, že poskytuje hezčí květinový vzor a vyšší lesk, než lázně podle dosavadního stavu techniky. Je také pozoruhodné, že v průběhu dlouhodobých testů lázní podle vynálezu nebylo pozorováno tvoření strusky nebo pěny usazené na dně nebo plovoucí na hladině lázně. Také je důležité, že je omezená spotřeba cínu, kde obsah cínu v povlaku je mnohem nižší než obsah cínu v lázni. Proto je lázeň podle vynálezu obzvláště výhodná pro způsoby zinkování, kde galvanizér musí povrchově zpracovávat všechny druhy ocelových výrobků, přičemž obvykle nezná jejich obsah křemíku a fosforu.

Claims

1. Lázeň pro zinkování ponorem do roztaveného kovu se slitinovým zinkem, vyznačujícím se tím, že obsahuje 3 až 15 % hmotn. cínu, olovo v koncentraci od 0 % hmotn. až k nasycení lázně, a 0 až 0,06 % hmotn. alespoň jednoho z těchto prvků: hliník, vápník a hořčík, přičemž zbytek tvoří zinek jakékoliv jakosti od přetaveného zinkového odpadu

30 až po zvlášť vysokou jakost.

2. Lázeň pro zinkování ponorem do roztaveného kovu se slitinovým zinkem, vyznačujícím se tím, že obsahuje 1 až 5 % hmotn. cínu, 0,01 až 0,1 % hmotn. niklu, olovo v koncentraci od 0 % hmotn. až k nasycení lázně a 0 až 0,06 % hmotn. alespoň jednoho

35 z těchto prvků: hliník, vápník a hořčík, přičemž zbytek tvoří zinek jakékoliv jakosti od přetaveného zinkového odpadu až po zvlášť vysokou jakost.

3. Lázeň podle nároku 1, vyznačujícím se tím, že obsahuje 0 až 0,03 % hmotn. alespoň jednoho z těchto prvků: hliník, vápník a hořčík.

4. Lázeň podle nároku 2, vyznačujícím se tím, že obsahuje 0 až 0,03 % hmotn. alespoň jednoho z těchto prvků: hliník, vápník a hořčík.

5. Lázeň podle nároku 1 nebo 3, vyznačujícím se tím, že obsahuje 3,5 až

45 14 % hmotn. cínu.

6. Lázeň podle nároku 5, vyznačujícím se tím, že obsahuje 5 až 10 % hmotn. cínu.

-4CZ 291314 B6

7. Lázeň podle nároku 2 nebo 4, vyznačujícím se tím, že obsahuje alespoň 2,5 % hmotn. cínu.

8. Lázeň podle nároků 2, 4 nebo 7, vyznačujícím se tím, že obsahuje alespoň

0,03 % hmotn. niklu.

9. Lázeň podle nároku 8, vyznačujícím se tím, že obsahuje 0,03 až 0,06 % hmotn. niklu.

10. Lázeň podle nároků 1 až 9, vyznačujícím se tím, že obsahuje 0,005 až 0,015 % hmotn. alespoň jednoho z těchto prvků: hliník, vápník a hořčík. I

11. Způsob dávkového zinkování ocelových výrobků ponorem do roztaveného kovu, vyznačujícím se tím, že se při něm používá lázeň podle nároků 1 až 10.