DE102004007361B4

DE102004007361B4 - Verfahren zur Modifizierung von verzinkten Stahloberflächen und Schwarzstahloberflächen

Info

Publication number: DE102004007361B4
Application number: DE102004007361A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. Müller; Hans-Jürgen Prof. Dr. Tiller; Ingrid Erler
Original assignee: Innovent eV Technologieentwicklung
Current assignee: Innovent eV Technologieentwicklung
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: DE102004007361A1

Abstract

Verfahren zur Modifizierung von verzinkten Stahloberflächen und von Schwarzstahloberflächen, bei dem diese Oberflächen mit einem Gemisch aus Strahlsand und Zinkphosphat gesweept oder gestrahlt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur korrosionsmindernden und haftungsverbessernden Oberflächenmodifizierung von verzinkten Stählen und Schwarzstahloberflächen, wie sie bspw. vor einer Lackbeschichtung benötigt wird.

Aus der Schrift DE 26 23 645 A1 ist ein Verfahren zum Reinigen austenitischer Werkstoffoberflächen bekannt.

Bei diesem Verfahren wird ausschließlich eine Reinigung der genannten Werkstoffoberflächen mit einem Korund/Flüssigkeitsgemisch und anschließendem Spülen mit Wasser durchgeführt. Eine korrosionsmindernde und haftungsverbessernde Modifizierung unter Bildung einer chemischen Schicht wird nicht erreicht.

Die Schrift DE 42 34 869 A1 offenbart eine modifizierte Sandstrahleinrichtung zum Strahlen mit Strahlsand/Flüssigkeitsgemischen, wobei eine Zuführung von flüssigen Zusatzstoffen in Form von korrosionshemmende Inhibitoren erfolgt.

Aus der Offenbarung von DE 697 07 573 A1 ist eine Oberflächenbehandlung von Aluminiumlegierungen mittels Strahlen mit Schleifpulver (Sandstrahlbehandlung) bekannt.

Weiterhin ist ein Verfahren zur Regenerierung von Schadstellen der Emaille-Schicht in emaillierten Tanks aus Stahl aus DE 40 21 466 A1 bekannt, wobei diese Erfindung auf die Reparatur von Schadstellen in der Emaille-Schicht von Stahltanks gerichtet ist. Gemäß dieser Schrift werden die Schadstelle und die angrenzenden Bereiche mit Strahlmittel, insbesondere Korund, aufgeraut. Die so behandelten Stellen werden mittels eines thermischen Spritzverfahrens beschichtet. Anschließend werden die vorhandenen Poren versiegelt, wobei bspw. Al₂O₃ als Deckschicht Verwendung findet.

Aus der Schrift DE 36 09 408 A1 ist ein Verfahren zur Regenerierung von Kraftfahrzeugfelgen bekannt, bei dem die Oberfläche von gebrauchten Aluminiumfelgen mit einem Strahlgemisch, bestehend aus Korund und einem strahlfähigen Schlackeanteil, gestrahlt und nach dem Erreichen der gewünschten Rauheit mit einem Füllerlack, einem Metalliclack und abschließend mit einem Klarlack behandelt wird.

Die Schrift DE 198 34 796 A1 offenbart ein Verfahren zur Phosphatierung, Nachspülung und kathodischer Elektrotauchlackierung, bei dem Oberflächen aus Stahl, verzinktem Stahl und Aluminium in einem ersten Verfahrensschritt mit einer nickelarmen Zinkphosphatierlösung phosphatiert, im zweiten Schritt mit einer wässrigen Lösung gespült und im dritten Schritt mit einem bleiarmen Elektrotauchlack beschichtet werden.

Aus der Schrift DE 197 15 062 A1 ist ein Verfahren zur Applikation einer korrosiosschützenden Haftschicht auf ein metallisches Substrat bekannt, bei dem die korrosionsschützende Haftschicht aus organischen Verbindungen besteht, die nach dem Aufbringen auf das metallische Substrat durch Erhitzen und/oder Bestrahlen stabilisiert werden.

Der Nachteil der Nassphosphatierung besteht darin, dass die dabei entstehenden Konversionsschichten einen relativen Schutz vor Korrosion darstellen.

Bei verzinkten Stählen bzw. Schwarzstählen, die vor einer Lackbeschichtung nur gesweept oder gestrahlt und umgehend lackiert werden, wird auf eine korrosionsmindernde und haftverbessernde Behandlung verzichtet, was sich ebenfalls nachteilig auf die Haltbarkeit der aufgebrachten Beschichtungen auswirkt. Bei verzinkten Stählen kann dies, je nach Umweltbedingungen, relativ schnell zur Bildung von Weißrost und ähnlichen Verbindungen und letzten Endes zur teilweisen Ablösung der Lackschicht führen.

Ähnliche Vorgänge werden bei gleichermaßen behandelten Schwarzstählen unter Bildung von Rotrost und Ablösen der Lackschicht beobachtet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Modifizierung von verzinkten Stahloberflächen und Schwarzstahloberflächen anzugeben, das die aufgezeigten Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet und zu einer Korrosionsverminderung und Haftungsverbesserung dieser Oberflächen, bspw. vor einer Lackbeschichtung führt.

Erfindungsgemäß wird das durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den nachgeordneten Ansprüchen entnehmbar.

Grundlage der Erfindung ist der überraschende Befund, dass fettfreie verzinkte Stahloberflächen bzw. Schwarzstahloberflächen vor einer Lackbeschichtung mit einem Gemisch aus Strahlsand, bspw. Aluminiumoxid, und Zinkphosphat gesweept bzw. gestrahlt werden müssen, um gegenüber den bekannten Verfahren eine höhere Korrosionsbeständigkeit der Materialien und eine höhere Haftfähigkeit dieser für Beschichtungen zu erreichen.

Überraschend ist weiterhin, dass eine weitere Verbesserung der Haftfestigkeit der aufzubringenden Lackschicht durch den Zusatz von 0,1–10 Gew.-% Titandioxid bzw. Zirkondioxid zu dem Gemisch aus Strahlsand und Zinkphosphat erreicht wird.

Vorteilhaft für die korrosionsmindernde und haftungsverbessernde Modifizierung der Oberflächen ist, wenn nach dem Sweepen des verzinkten Stahls bzw. dem Strahlen des Schwarzstahls mit dem erfindungsgemäßen Gemisch eine industrieübliche Nassphosphatierung in einem sauren Zinkphosphatbad durchgeführt wird.

Erfindungsgemäß werden bei dem Verfahren folgende Zinkphosphate eingesetzt:
Zinkorthophosphat × nH₂O (Zn₃(PO₄)₂ × nH₂O) oder
Monozinkphosphat × nH₂O (Zn(H₂PO₄)₂ × nH₂O) oder
Zinkdiphoshat × nH₂O (Zn₂P₂O₇ × nH₂O),
wobei die Konzentration des eingesetzten Zinkphosphats 0,1–30 Gew.-% beträgt.

Der Strahlsand des Gemischs ist vorzugsweise Aluminiumoxid mit einer Partikelgröße von 0,15–0,6 mm.

Beim Sweep- bzw. Strahlvorgang, der mit einem Strahldruck von 0,2–0,6 MPa durchgeführt wird, erfolgte ein Einbau von Zinkphosphat in die Substratoberfläche. Je nach umgebender Luftfeuchtigkeit kommt es dabei zu einer chemischen Wechselwirkung zwischen der Substratoberfläche und dem Zinkphosphat.

Diese Wechselwirkung kann bspw. auch nach einer Pulverlackbeschichtung durch hineindiffundierenden Wasserdampf stattfinden.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Oberflächen können anschließend mit Lack beschichtet werden. Lediglich bei der Nassphosphatierung muss zuvor noch ein Spülen und Trocknen durchgeführt werden, bevor eine Lackbeschichtung der behandelten Oberflächen erfolgen kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, bei verzinkten Stählen und Schwarzstählen, die mit einer Lackschicht versehen werden sollen, den Korrosionsschutz und die damit eng verbundene Haftfestigkeit der Lackbeschichtung und somit die Lebensdauer zu erhöhen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Ausführungsbeispiele näher erläutert.
1. Ausführungsbeispiel:
Verzinktes Stahlblech wird mit einem Gemisch, bestehend aus 98 Gew.-% Aluminiumoxid (Korund, 0,1–0,2 mm) und 2 Gew.-% Zinkdiphosphat × n H₂O oder Zinkorthophosphat × n H₂O oder Monozinkphosphat × n H₂O bei einem Strahldruck von 0,2 MPa gesweept. Nach dem Abblasen des anhaftenden Staubes mit Pressluft wird das gesweepte Verzinkte Blech pulverlackiert.
Eine EDX-Untersuchung zeigt, dass das Zinkdiphosphat in die Matrixoberfläche eingebaut wird.
Gegenüber einer nur in herkömmlicher Weise mit Korund gesweepten verzinkten Stahloberfläche zeigt die mit Zinkdiphosphat behandelte Oberfläche nach 500 Std. Salzsprühnebelbehandlung (35° C, 5% NaCl-Lösung) eine deutlich erhöhte Korrosions- und Haftbeständigkeit auf.
2. Ausführungsbeispiel:
Schwarzstahlblech wird mit einem Gemisch, bestehend aus 98 Gew.-% Aluminiumoxid (Korund, 0,1–0,2 mm) und 2 Gew.-% Zinkdiphosphat × n H₂O bzw. Monozinkphosphat × nH₂O oder Zinkorthophosphat × n H₂O bei einem Strahldruck von 0,2 oder 0,4 MPa gestrahlt. Anschließend wird das vom Strahlstaub befreite Material pulverlackiert.
Die Korrosions- und Haftbeständigkeit wird mit dem Salzsprühnebeltest im Vergleich mit einer nur mit Korund gestrahlten Schwarzstahlprobe verglichen.
3. Ausführungsbeispiel:
Verzinktes Stahlblech wird mit Aluminiumoxid (Korund, 0,1–0,2 mm) bei einem Strahldruck von 0,2–0,4 MPa gesweept und anschließend in einem industrieüblichen Zinkphosphatbad nassphosphatiert. Nach dem Spülen und Trocknen wird das verzinkte Stahlblech pulverlackiert.
Die Korrosions- und Haftbeständigkeit der Pulverlackschicht wird mit dem Salzsprühnebeltest (35°C, 5% NaCl-Lösung) innerhalb von 500 Std. überprüft.
4. Ausführungsbeispiel:
Schwarzstahlblech wird mit Aluminiumoxid (Korund, 0,1–0,2 mm) bei einem Strahldruck von 0,2–0,4 MPa gestrahlt. Anschließend erfolgt eine Nassphosphatierung in einem industrieüblichen Zinkphosphatbad.
Das gespülte und getrocknete Stahlblech wird pulverlackiert. Der Test des Korrosionsverhalten und der Beständigkeit der Pulverlackschicht erfolgt mit der Salzsprühnebelmethode. Als Vergleich diente eine Schwarzstahlprobe, die nur mit Korund gestrahlt und pulverlackiert wurde.
Alle in der Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Verfahren zur Modifizierung von verzinkten Stahloberflächen und von Schwarzstahloberflächen, bei dem diese Oberflächen mit einem Gemisch aus Strahlsand und Zinkphosphat gesweept oder gestrahlt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlsand Aluminiumoxid ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße des Aluminiumoxid 0,15–0,6 mm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zinkphosphat Zinkorthophosphat × n H₂O, Monozinkphosphat × nH₂O oder Zinkdiphosphat × n H₂O ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des eingesetzten Zinkphosphats 0,1–30 Gew. beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gemisch 0,1–10 Gew.-% Titandioxid und/oder Zirkondioxid zugesetzt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahldruck 0,2 bis 0,6 MPa beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Sweepen oder Strahlen eine Nassphosphatierung in einem sauren Zinkphosphatbad durchgeführt wird.