DE102006051384A1 - Process for the pre-weathering of metal parts with a predominantly zinc surface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbewitterung von Metallteilen mit einer vorwiegend aus Zink bestehenden Oberfläche, bei dem die Oberfläche mit einer sauren Beizlösung gebeizt wird. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Vorbewitterung von Stückverzinkungsgut.The The invention relates to a method for the pre-weathering of metal parts with a predominantly zinc surface, in which the surface with an acid pickling solution is stained. In particular the invention with a method for the pre-weathering of piece galvanizing.
Auf der Oberfläche von Zink oder von Legierungen, die Zink als Hauptkomponente enthalten, bildet sich bekanntlich durch Verwitterung in Laufe der Zeit eine Schutzschicht, die der Oberfläche einen hohen Korrosionswiderstand verleiht. Durch geeignete Wahl der Zinklegierung läßt sich erreichen, daß die Oberfläche nach einer gewissen Verwitterungszeit einen relativ gleichmäßigen, matt-grauen Farbton annimmt, der wegen seines ästhetischen Erscheinungsbildes vor allem in der Bautechnik geschätzt wird und deshalb auch als "Architektengrau" bezeichnet wird.On the surface of zinc or of alloys containing zinc as the main component, is known to form by weathering over time Protective layer, the surface gives a high corrosion resistance. By a suitable choice the zinc alloy can be achieve that Surface after a certain weathering time a relatively uniform, dull gray Tint assumes because of its aesthetic appearance especially appreciated in construction engineering and therefore also referred to as "architect gray".
In
Bei feuerverzinkten Metallteilen (Stückzink) konnten jedoch bisher durch eine solche Beizbehandlung keine zufriedenstellenden Resultate erzielt werden, da der Effekt des Beizprozesses hier durch zusätzliche, schwer zu kontrollierende Faktoren beeinflußt wird, u.a. durch die jeweilige geometrische Form des Stückverzinkungsgutes und die Beschaffenheit der zum Feuerverzinken eingesetzten Legierungen.at hot-dip galvanized metal parts (zinc) However, so far could not be satisfactory by such a pickling treatment Results are achieved because the effect of the pickling process here through extra, hard to be controlled factors, i.a. through the respective geometric shape of the piece galvanizing material and the nature of the alloys used for hot dip galvanizing.
Ein
anderes bekannten Verfahren zur Oberflächenbehandlung von verzinkten
Metallteilen ist das Phosphatieren. So beschreibt beispielsweise
Weiterhin
beschreibt
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das insbesondere auch für Stückverzinkungsgut geeignet ist und mit dem sich weitgehend unabhängig von der jeweiligen Zusammensetzung der Zinklegierung reproduzierbar ein ästhetisch ansprechender Farbeffekt erreichen läßt.task The invention is to provide a method of the type mentioned, especially for Stückverzinkungsgut is suitable and with which largely independent of the particular composition The zinc alloy reproducibly an aesthetically pleasing color effect reach.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Beizlösung Ionen mindestens eines Nicht-Zinkmetalls in einer Konzentration von 0,005 bis 2 g/l enthält.These Task is inventively characterized solved, that the pickling solution Ions of at least one non-zinc metal in one concentration from 0.005 to 2 g / l.
Durch die Zugabe von anderen Metallionen als Zink läßt sich der Vorbewitterungsprozeß so steuern, daß man sowohl bei Bandzink als auch bei Stückzink für alle gängigen Legierungstypen des Zink-Basismaterials eine gleichmäßig gefärbte Oberfläche mit hoher Korrosions- und Abriebfestigkeit erreicht, wobei sich der gewünschte Farbton durch geeignete Wahl der zugegebenen Metallionen gezielt beeinflussen läßt.By the addition of metal ions other than zinc allows the pre-weathering process to be controlled so that both at band zinc as well as at zinc for all common Alloy types of the zinc base material with a uniformly colored surface with achieved high corrosion and abrasion resistance, giving the desired hue selectively influence by a suitable choice of the added metal ions leaves.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments and developments of the method are specified in the subclaims.
Als Beizlösung wird vorzugsweise ein Gemisch aus Schwefelsäure und Salpetersäure eingesetzt, der, um die Reaktion zu beschleunigen, bereits Zinkionen zugesetzt sein können. Bei den außerdem zugegebenen Ionen der Nicht-Zinkmetalle kann es sich beispielsweise um Blei, Zinn, Kupfer, Nickel, Kobalt, Magnesium oder Natrium sowie Kombinationen dieser Metalle handeln.When pickling solution a mixture of sulfuric acid and nitric acid is preferably used, which has already been added with zinc ions to accelerate the reaction could be. In addition added ions of the non-zinc metals may be, for example to lead, tin, copper, nickel, cobalt, magnesium or sodium as well Combinations of these metals act.
Die Beizbehandlung erfolgt vorzugsweise in der Weise, daß die Metallteile für eine gewisse Zeit, die beispielsweise zwischen 30s und 10 min betragen kann, in die Beizlösung eingetaucht werden. Die Beizlösung kann dabei Zimmertemperatur (20°C) oder auch eine leicht erhöhte Temperatur von beispielsweise 55°C haben. Je höher die Temperatur der Beizlösung ist, desto kürzer kann die Tauchzeit sein.The pickling is preferably carried out in such a way that the metal parts are immersed in the pickling solution for a certain time, which may be for example between 30s and 10 min. The pickling solution may be room temperature (20 ° C) or a slightly elevated temperature of for example 55 ° C ha ben. The higher the temperature of the pickling solution, the shorter the dipping time can be.
Die Metallionen werden der Beizlösung vorzugsweise in der Form von Metallsalzen zugegeben. Zur besseren Löslichkeit ist es dabei zweckmäßig, wenn es sich um die Salze derselben Säuren handelt, aus denen auch die Beizlösung besteht, also beispielsweise um Sulfate und Nitrate, und wenn das Mengenverhältnis dieser Salze etwa dem Mengenverhältnis der Säuren in der Beizlösung entspricht.The Metal ions become the pickling solution preferably added in the form of metal salts. For better solubility it is useful if it is the salts of the same acids which also includes the pickling solution, for example Sulfates and nitrates, and if the proportion of these salts is about the ratio the acids in the pickling solution equivalent.
Insbesondere bei der Vorbewitterung von Stückzink ist es zweckmäßig, mit einer verdünnten Beizlösung zu arbeiten, bei der der Säuregehalt beispielsweise auf etwa 18 g/l reduziert ist. Mit zunehmender Verdünnung der Beizlösung können die Tauchzeiten verlängert werden, was den Vorteil hat, daß sich unterschiedliche Einwirkungsdauern der Beizlösung weniger stark auf die Gleichmäßigkeit der Oberfläche auswirken. Solche unterschiedlichen Einwirkungsdauern können sich insbesondere bei Stückzink etwa daraus ergeben, daß größere Metallteile, die von oben in das Beizbad herabgelassen werden, sich mit ihren unteren Bereichen länger im Beizbad befinden als mit ihren oberen Bereichen, oder daß je nach Geometrie der Metallteile an bestimmten Stellen Säurerückstände verbleiben, die erst später bei einem Spülvorgang entfernt werden.Especially in the pre-weathering of zinc it is useful with a diluted one pickling solution to work at the acidity For example, reduced to about 18 g / l. With increasing dilution of the pickling solution can the diving times extended which has the advantage of being different duration of action of the pickling solution less on the uniformity the surface impact. Such different exposure times can be especially with zinc from the fact that larger metal parts, which are lowered from above into the pickling bath, with their lower areas longer Be in the pickling bath as with their upper areas, or that depending on Geometry of the metal parts at certain points acid residues remain, the later during a flushing process be removed.
Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Metallteile nach dem Feuerverzinken zunächst für etwa 30 bis 90s in ein saures oder alkalisches Aktivierungsbad, beispielsweise verdünnte Schwefelsäure oder ein Gemisch aus Natronlauge und Natriumcarbonatlösung zu tauchen, um die Reaktivität der Oberfläche zu erhöhen, bevor die eigentliche Beizbehandlung stattfindet.Farther It has proved to be advantageous, the metal parts after the hot dip galvanizing initially for about 30 to 90s in an acidic or alkaline activation bath, for example diluted Sulfuric acid or to dip a mixture of caustic soda and sodium carbonate solution to increase the reactivity of the surface before the actual pickling treatment takes place.
Nach
der Beizbehandlung werden die Metallteile gespült oder kurz in eine Nachbehandlungslösung getaucht.
Wahlweise kann auf der Oberfläche
nach der Vorbewitterung auch ein Schutzfilm angebracht werden, der
die nachträgliche
Ablösung
von metallischem Zink reduziert, beispielsweise ein Film aus Polymeren (
Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Beispiele näher erläutert werden.in the Following, the invention will be explained in more detail with reference to some examples.
1. Aktivierungsbad1. Activating bath
Nach dem Feuerverzinken werden die Metallteile zunächst in ein Aktivierungsbad getaucht, damit man eine reaktivere Oberfläche erhält.To The hot dip galvanizing, the metal parts are first in an activation bath dipped to get a more reactive surface.
Gemäß einer Ausführungsform wird als Aktivierungsbad 10%-ige Schwefelsäure eingesetzt. Die Aktivierung erfolgt vorzugsweise bei Zimmertemperatur (20°C), kann jedoch auch bei einer etwas erhöhten Temperatur, beispielsweise bei 50°C erfolgen. Die Eintauchzeit sollte zwischen 3 und 90 Sekunden liegen, vorzugsweise zwischen 30 und 60 Sekunden. Bei Zimmertemperatur ist eine Eintauchzeit von etwa 60 Sekunden bevorzugt.According to one embodiment is used as the activation bath 10% sulfuric acid. The activation is preferably carried out at room temperature (20 ° C), but can also at a slightly increased Temperature, for example at 50 ° C respectively. The immersion time should be between 3 and 90 seconds, preferably between 30 and 60 seconds. At room temperature is a dipping time of about 60 seconds is preferred.
Alternativ kann auch ein alkalisches Aktivierungsbad eingesetzt werden, beispielsweise eine Lösung von 40 g/l NaOH (1 mol/l) und 28,6 g/l (0,1 mol/l) Na2CO3. Für die Eintauchzeiten und die Temperatur gilt das gleiche wie bei dem sauren Aktivierungsbad.Alternatively, an alkaline activation bath may also be used, for example a solution of 40 g / l NaOH (1 mol / l) and 28.6 g / l (0.1 mol / l) Na 2 CO 3 . The immersion times and the temperature are the same as those for the acidic activation bath.
2. Beizbad2. pickling bath
In
Tabelle I sind die Zusammensetzungen verschiedener (unverdünnter) Beizlösungen angegeben. Bei
diesen Lösungen
handelt es sich um Gemische aus Schwefelsäure und Salpetersäure, denen
Zinksalze entsprechend dem jeweiligen Säureverhältnis zugesetzt sind. Jede
dieser Beizlösungen
werden verschiedene Salze eines oder mehrerer Nicht-Zinkmetalle
zugegeben. Diese Metalle sind in Tabelle I nicht aufgeführt, und ihre
bevorzugten Zusammenstellungen und Konzentrationen werden weiter
unten näher
erläutert
werden. Tabelle I
Die für die Zinksalze angegebenen Mengen addieren sich jeweils zu einem Gesamtgehalt an Zink-Ionen von 25 g/l. Das Verhältnis der Mol-Mengen von Zinksulfat (ZnSO4 × 7 H2O) und Zinknitrat (Zn(NO3)2 × 4 H2O) entspricht im gezeigten Beispiel annähernd dem Massenverhältnis der Säuren, also beispielsweise 55/33, 75/13, etc.. Das Verhältnis der Salzmengen kann jedoch auch hiervon abweichen und sollte im allgemeinen so gewählt werden, daß eine gute Löslichkeit der Salze gegeben ist.The amounts given for the zinc salts add up to a total content of zinc ions of 25 g / l. The ratio of the molar amounts of zinc sulfate (ZnSO 4 × 7 H 2 O) and zinc nitrate (Zn (NO 3 ) 2 × 4 H 2 O) in the example shown corresponds approximately to the mass ratio of the acids, for example 55/33, 75 / However, the ratio of the amounts of salt can also deviate from this and should generally be chosen so that a good solubility of the salts is given.
Jeder
der in Tabelle I aufgeführten
Beizlösungen
werden 0,1 bis 2 g/l Metallionen eines oder mehrerer der folgenden
Nicht-Zinkmetalle zugegeben: Blei, Zinn, Kupfer, Nickel, Kobalt,
Magnesium, Natrium. Die Zugabe dieser Metallionen erfolgt vorzugsweise
in der Form von gut löslichen
Metallsalzen bzw. Salzgemischen. In Tabelle II sind Beispiele für geeignete
Metallsalze angegeben. Die Mengenangaben beziehen sich dabei auf die
Beizlösung
55/33 aus Tabelle I und ergeben jeweils einen Gesamtgehalt von 1
g/l des betreffenden Metallions. Tabelle II
Bei Kupfer, Nickel, Kobalt und Magnesium, die sowohl als Sulfat als auch als Nitrat zugegeben werden können, entspricht das Verhältnis der angegebenen Molmengen wieder dem Massenverhältnis von Schwefelsäure und Salpetersäure (55/33).at Copper, nickel, cobalt and magnesium, both as sulfate and can also be added as nitrate, the ratio of given moles again the mass ratio of sulfuric acid and nitric acid (55/33).
Wenn die Konzentration der Metallionen variiert werden soll, sind die in Tabelle II angegebenen Salzmengen proportional anzupassen. Beispielsweise sind die angegebenen Salzmengen mit einem Faktor von 0,1 zu multiplizieren, wenn die Konzentration des Metallions 0,1 g/l betragen soll und sie sind mit dem Faktor 2 zu multiplizieren, wenn die Konzentration 2 g/l betragen soll.If the concentration of metal ions is to be varied, are the proportional proportions in Table II. For example multiply the salt quantities given by a factor of 0.1, if the concentration of the metal ion should be 0.1 g / l and they multiply by a factor of 2 when the concentration 2 g / l should be.
Die Metalle Blei und Zinn können vorteilhaft miteinander kombiniert werden, beispielsweise 1 g/l Blei und 1 g/l Zinn, während im Fall der übrigen Metalle vorzugsweise nur ein einziges Metall zugegeben wird.The Metals can lead and tin advantageously combined with each other, for example 1 g / l Lead and 1 g / l tin while in the case of the rest Metals preferably only a single metal is added.
Nachdem die Metallsalze zugegeben und gelöst worden sind, wird die Lösung vorzugsweise verdünnt, beispielsweise im Verhältnis 1:2, 1:5 oder 1:10, wobei die Verdünnung im Verhältnis 1:5 bevorzugt ist.After this the metal salts have been added and dissolved, the solution is preferably diluted, for example in relation to 1: 2, 1: 5 or 1:10, with the dilution in the ratio 1: 5 is preferred.
Die aus dem Aktivierungsbad entnommenen Metallteile werden dann in die so erhaltene und ggf. geeignet verdünnte Beizlösung eingetaucht. Die Temperatur der Beizlösung sollte dabei vorzugsweise etwa 20°C-55°C betragen. Die Eintauchzeiten können je nach gewünschtem Farbton variieren und liegen beispielsweise zwischen 0,5 min und 10 min und sind von der Temperatur sowie von der Verdünnung der Beizlösung abhängig. Je höher die Temperatur ist, desto kürzer sollte die Tauchzeit sein. Bei der unverdünnten Beizlösung liegen die bevorzugten Tauchzeiten zwischen etwa 30 s und 90 s. Bei der im Verhältnis 1:2 verdünnten Beizlösung liegen die bevorzugten Tauchzeiten etwa zwischen 60 s und 120 s. Bei der im Verhältnis 1:5 verdünnen Beizlösung liegen sie etwa im Bereich von 60 s bis 240 s, und bei der im Verhältnis 1:10 verdünnten Beizlösung liegen die bevorzugten Tauchzeiten im Bereich von etwa 60 s bis 360 s.The from the activation bath removed metal parts are then in the so obtained and possibly suitably diluted pickling solution immersed. The temperature the pickling solution should preferably be about 20 ° C-55 ° C. The immersion times can depending on the desired Hue vary and are for example between 0.5 min and 10 min and are of the temperature as well as the dilution of the Pickling solution depends. ever higher the Temperature is shorter should be the dive time. In the case of the undiluted pickling solution, the preferred ones are Dive times between about 30 s and 90 s. At a ratio of 1: 2 diluted pickling solution the preferred dive times are between 60 s and 120 s. In the relationship 1: 5 dilute pickling solution lie in the range of 60 s to 240 s, and in the ratio of 1:10 diluted Pickling solution lie the preferred dive times are in the range of about 60 seconds to 360 seconds.
Beispiel 1example 1
Es werden drei verschiedene Beizlösungen des Typs 55/33 gemäß Tabelle I zubereitet, die 0,1 g/l, 1 g/l bzw. 2 g/l Blei-Ionen (Pb) enthalten. Die Lösungen werden dann im Verhältnis 1 : 5 verdünnt, so daß die Konzentrationen der Blei-Ionen auf 0,02 g/l, 0,2 g/l bzw. 0,4 g/l abnehmen. Nach der Aktivierung im sauren oder alkalischen Aktivierungsbad werden die Metallteile drei Minuten lang bei einer Temperatur von 20°C (Zimmertemperatur) in die Beizlösungen eingetaucht. Bei der Konzentration von 0,02 g/l nimmt die Oberfläche einen hellen Grauton an. Bei der Konzentration von 0,2 g/l erhält man einen sehr ansprechenden mittleren Grauton (Architektengrau). Bei einer Konzentration von 0,4 g/l wird die Oberfläche sehr dunkel und die Abriebfestigkeit nimmt ab.It become three different pickling solutions Type 55/33 according to the table I containing 0.1 g / l, 1 g / l and 2 g / l lead ions (Pb). The solutions then be in proportion Diluted 1: 5, so that the concentrations decrease the lead ions to 0.02 g / l, 0.2 g / l and 0.4 g / l, respectively. To activation in an acidic or alkaline activation bath the metal parts for three minutes at a temperature of 20 ° C (room temperature) into the pickling solutions immersed. At the concentration of 0.02 g / l, the surface takes on a bright Gray tone on. At the concentration of 0.2 g / l you get one very attractive medium gray tone (architect gray). At a Concentration of 0.4 g / l, the surface becomes very dark and the abrasion resistance decreases from.
Ähnliche Ergebnisse erhält man, wenn der Beizlösung Zinn (Sn) anstelle von Pb zugesetzt wird oder bei einer Lösung mit (unverdünnt) je 1 g/l Pb und Sn.Similar Results obtained one, if the pickling solution Tin (Sn) is added instead of Pb or in a solution with (Neat) 1 g / l Pb and Sn each.
Beispiel 2Example 2
Wie Beispiel 1, nur mit einer Beizlösung, die (verdünnt) 0,2 g/l Cu anstelle von Pb oder Sn enthält. Es ergibt sich ein leicht grünlicher Farbton.As Example 1, only with a pickling solution, the (diluted) 0.2 g / l of Cu instead of Pb or Sn. It turns out an easy greenish Hue.
Beispiel 3Example 3
Wie Beispiel 1, jedoch mit einer Beizlösung, die (verdünnt) 0,2 g/l Ni anstelle von Pb oder Sn enthält. Die Oberfläche nimmt einen relativ dunklen, leicht bläulichen Farbton an.As Example 1, but with a pickling solution that (diluted) 0.2 g / l contains Ni instead of Pb or Sn. The surface is taking a relatively dark, slightly bluish Tint on.
Beispiel 4Example 4
Wie Beispiel 1, jedoch mit einer Beizlösung, die (verdünnt) 0,2 g/l Mg anstelle von Pb oder Sn enthält. Die Oberfläche nimmt einen grauen Farbton an.As Example 1, but with a pickling solution that (diluted) 0.2 g / l contains Mg instead of Pb or Sn. The surface is taking a gray shade.
Beispiel 5Example 5
Wie Beispiel 1, jedoch mit einer Beizlösung, die (verdünnt) 0,2 g/l Co anstelle von Pb oder Sn enthält. Die Oberfläche nimmt einen blaugrauen Farbton an.As Example 1, but with a pickling solution that (diluted) 0.2 g / l contains Co instead of Pb or Sn. The surface is taking a blue-gray hue.
Beispiel 6Example 6
Wie Beispiel 1, jedoch mit einer Beizlösung, die (verdünnt) 0,2 oder 0,4 g/l Na anstelle von Pb oder Sn enthält. Die Oberfläche erhält einen hellgrauen Farbton. Die Qualität der Oberfläche nimmt ab, wenn die Konzentration von Na weiter erhöht wird und einen Wert von 0,6 g/l überschreitet.As Example 1, but with a pickling solution that (diluted) 0.2 or 0.4 g / l Na instead of Pb or Sn. The surface gets one light gray shade. The quality the surface decreases as the concentration of Na is further increased and exceeds a value of 0.6 g / l.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |