DE102012111066A1 - Coated steel sheet comprises zinc-based coating, organic coating, iron-containing layer and non-crystalline conversion layer, which is arranged between the iron-containing layer and the organic coating - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein beschichtetes Stahlblech mit einem Stahlblech, einem auf dem Stahlblech aufgebrachten ein- oder beidseitigen zinkbasierten Überzug und einer organischen Beschichtung.The invention relates to a coated steel sheet with a steel sheet, a single or double-sided zinc-based coating applied to the steel sheet and an organic coating.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Stahlblechs, wobei zunächst ein Stahlband mit einem ein- oder beidseitigen zinkbasierten Überzug aus Zink oder einer Zinklegierung und anschließend einer organischen Beschichtung versehen wird, wobei nachfolgend aus dem Stahlband die Stahlbleche zugeschnitten werden.Furthermore, the invention relates to a method for producing a coated steel sheet, wherein first a steel strip is provided with a one- or two-sided zinc-based coating of zinc or a zinc alloy and then an organic coating, wherein subsequently the steel sheets are cut from the steel strip.
Eine Oberflächenveredelung von Stahlwerkstoffen ist in den letzten Jahren immer wichtiger geworden. Aus Gründen des Korrosionsschutzes hat in der Automobilindustrie die Verzinkung von Stahlbändern als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Karosserieteilen für Automobile eine herausragende Bedeutung erlangt. Aber auch in der Bauindustrie bzw. der Architektur sowie bei brauner (Unterhaltungselektronik) oder weißer Ware (Haushaltsgeräte) haben sich mit metallischen Überzügen versehene und fallweise mit einer anschließenden Lackierung versehene Stahlbleche mittlerweile durchgesetzt. Die Lackierung wird dabei üblicherweise als Nassbeschichtung auf das Bauteil aufgebracht. Es ist jedoch auch möglich, bereits das metallisch beschichtete Stahlband werkseitig mit einer organischen Beschichtung beispielsweise in einem sogenannten Coil-Coating-Verfahren (kontinuierlichen Metallbandbeschichtungsverfahren) zu versehen und anschließend zu einem Bauteil zu verarbeiten.Surface finishing of steel materials has become increasingly important in recent years. For reasons of corrosion protection in the automotive industry, the galvanizing of steel strips as a starting material for the production of body parts for automobiles has become of paramount importance. But also in the construction industry or architecture as well as brown (consumer electronics) or white goods (household appliances) provided with metallic coatings and occasionally provided with a subsequent painting steel sheets have now prevailed. The paint is usually applied as a wet coating on the component. However, it is also possible to provide the metal-coated steel strip at the factory with an organic coating, for example in a so-called coil coating process (continuous metal strip coating process), and then to process it into a component.
Für die Verzinkung von Stahlbändern werden verschiedene Verfahren eingesetzt. Zum Einen ist dies die schmelzflüssige Feuerverzinkung, vornehmlich für nicht sichtbare Karosserieteile, zum Anderen die elektrolytische Verzinkung mit der sich gleichmäßigere Zinkschichten auf dem Stahlband aufbringen lassen, was für die Weiterverarbeitung, z. B. bei anschließender Lackierung, vorteilhafter ist.For the galvanizing of steel strips, various methods are used. On the one hand, this is the molten hot-dip galvanizing, primarily for non-visible body parts, on the other hand, the electrolytic galvanizing can apply with the more uniform zinc layers on the steel strip, which for further processing, eg. B. in subsequent painting, is more advantageous.
Für das Coil-Coating-Verfahren werden die verzinkten Metallbänder im aufgerollten Zustand an die Beschichtungsanlage angeliefert. Dort werden sie abgewickelt und über einen Bandspeicher der Beschichtungsanlage zugeführt. Im ersten Schritt werden die Bänder zur Entfernung von Fetten und Ölen, die zum Schutz der Oberfläche nach der Metallbandproduktion aufgebracht wurden, alkalisch gereinigt. Anschließend wird das Band mit einem geeigneten Verfahren vorbehandelt. Nun wird eine erste Lackschicht, der Primer, in einem Walzverfahren aufgetragen und bei etwa 240 °C eingebrannt. Anschließend wird eine zweite Lackschicht, der Decklack bzw. die Deckbeschichtung, wiederum im Walzverfahren aufgetragen und wieder bei etwa 240 °C eingebrannt. Danach kann der Lack noch durch eine Kaschierfolie geschützt werden. Schließlich wird das Metallband wieder über einen Speicher geführt und zu einem Coil aufgerollt.For the coil coating process, the galvanized metal strips are delivered to the coating system in the rolled-up state. There, they are unwound and fed via a tape storage of the coating system. In the first step, the tapes are alkaline cleaned to remove fats and oils that have been applied to protect the surface after metal strip production. Subsequently, the tape is pretreated by a suitable method. Now, a first coating layer, the primer, is applied in a rolling process and baked at about 240 ° C. Subsequently, a second coating layer, the topcoat or the topcoat, in turn applied by rolling and baked again at about 240 ° C. Then the paint can be protected by a laminating film. Finally, the metal strip is again passed over a memory and rolled up into a coil.
Die beiden Lackschichten, die aufgetragen werden, erfüllen unterschiedliche Funktionen. Der Primer ist für die Haftung und den Korrosionsschutz wichtig und der Decklack für das dekorative Aussehen. Dabei können nahezu alle Farbwünsche des Kunden berücksichtigt werden.The two layers of lacquer that are applied perform different functions. The primer is important for adhesion and corrosion protection and the topcoat for the decorative appearance. Almost all color wishes of the customer can be considered.
In der Automobilindustrie wird vorwiegend verzinktes Bandmaterial verarbeitet. In der heute üblichen Bauweise für selbsttragende Karosserien werden tiefgezogene Blechschalen durch Widerstandpunktschweißen, z.T. in Kombination mit anderen Verfahren, miteinander verbunden. Bei dieser Bauweise entstehen sogenannte Flanschbereiche, in welchen mehrere übereinander liegende Blechlagen durch Schweißpunkte verbunden sind. Die Zwischenräume dieser Blechlagen sind durch eine kathodische Tauchlackierung, die das zentrale Element des Korrosionsschutzes im Automobilbau darstellt, nur unzureichend schützbar. Daher werden solche Bereiche durch nachfolgende sekundäre Korrosionsschutzmaßnahmen versiegelt. Teilweise werden aber anstelle sekundärer Maßnahmen auch bereits im Stahlwerk durch Coil-Coating applizierte schweißbare Korrosionsschutzprimer (KSP) eingesetzt. Vorteilhaft ist es, wenn der Primer für das in der Automobilindustrie hauptsächlich angewandte Widerstandpunktschweißen geeignet ist. Diesem KSP kommt die komplexe Aufgabe zu, sowohl unbeschichtet – im Flansch – als auch unter späteren Deckbeschichtungen in daran angrenzenden Bereichen, unterwanderungsstabile Schichten zu bilden.In the automotive industry mainly galvanized strip material is processed. In today's conventional design for self-supporting bodies deep-drawn sheet metal shells by resistance spot welding, z.T. in combination with other procedures, linked together. In this construction, so-called flange areas arise in which a plurality of superimposed sheet metal layers are connected by welding points. The interstices of these sheet metal layers are insufficiently protectable by a cathodic dip painting, which is the central element of corrosion protection in the automotive industry. Therefore, such areas are sealed by subsequent secondary corrosion protection measures. In some cases, instead of secondary measures, weldable corrosion protection primers (CSPs) already applied in the steelworks by coil coating are used. It is advantageous if the primer is suitable for the resistance spot welding mainly used in the automotive industry. This KSP has the complex task of forming underlay-stable layers both uncoated - in the flange - and under later topcoats in adjoining areas.
Unter Verzinkung werden im Folgenden alle möglichen auf Zink basierenden Überzüge und Legierungen verstanden, wie z.B. Legierungen mit Eisen, Aluminium, Magnesium, Nickel.Galvanization is understood below to mean all possible zinc-based coatings and alloys, such as zinc. Alloys with iron, aluminum, magnesium, nickel.
Zwar hat ein metallischer Zinküberzug, der elektrolytisch oder im Schmelztauchverfahren auf das Stahlband aufgebracht wird, eine kathodische Schutzwirkung, die eine aktive Auflösung des edleren Kernmaterials an Schnittkanten und an mechanisch hervorgerufenen Beschädigungen des Zinküberzuges verhindert. Jedoch ist die hohe Reaktivität der Verzinkung ungünstig für die Ausbildung unterwanderungsstabiler Grenzschichten. Daher werden Zinkschichten vor der Beschichtung mit Primern mit einer oder mehreren Konversionsbehandlungen so passiviert, dass eine wesentliche Steigerung der Unterwanderungsstabilität erreicht wird.It is true that a metallic zinc coating which is applied to the steel strip by electrolytic or hot dipping methods has a cathodic protective effect which prevents active dissolution of the nobler core material at cut edges and at mechanically induced damage to the zinc coating. However, the high reactivity of the galvanizing is unfavorable for the formation of immigration-stable boundary layers. Therefore, zinc coatings are passivated prior to coating with primers with one or more conversion treatments to achieve a substantial increase in undercounter stability.
Da die Bandstahlproduzenten verstärkt dazu übergehen, neben der Oberflächenveredelung mit metallischen Überzügen weitere Korrosionsbeschichtungen, insbesondere im Coil-Coating-Verfahren aufgebrachte Lackbeschichtungen, in Bandfertigungsanlagen zu integrieren, besteht dort und auch in der verarbeitenden Industrie ein erhöhter Bedarf an Korrosionsschutzbehandlungen, um die mit der Schnittkanten- und Kontaktkorrosion verbundenen Probleme bei der Lackhaftung effektiv zu verhindern.Since the steel strip producers are increasingly turning to surface coating with metallic coatings to incorporate further corrosion coatings, in particular coil coatings, in strip production plants, there is an increased demand for anti-corrosion treatments there as well as in the processing industry for cutting edges and contact corrosion effectively prevent problems associated with paint adhesion.
Im Stand der Technik sind verschiedene Vorbehandlungen beschrieben, die das Problem des Kantenschutzes aufgreifen. Als wesentliche Strategie wird die Verbesserung der Lackhaftung der organischen Beschichtung auf dem metallisch oberflächenveredelten Stahlband verfolgt.The prior art describes various pretreatments that address the problem of edge protection. As an essential strategy, the improvement of the paint adhesion of the organic coating on the metallic surface-treated steel strip is pursued.
In der Offenlegungsschrift
Um eine vorhersagbare und definierte Reaktivität einzustellen, werden Metalloberflächen in der Regel vor einer Lackierung mit einer Konversionsschicht versehen. Durch Einwirkung eines Behandlungsmittels werden Atome aus oberflächennahen Bereichen des Metalls herausgelöst und in nichtmetallische Verbindungen umgewandelt. Bei schneller Reaktionsführung mit geringen Mengen Konversionsmittel entstehen meist dünne nicht kristalline, d.h. röntgenamorphe Schichten mit veränderlicher Phasenzusammensetzung. In order to set a predictable and defined reactivity, metal surfaces are usually provided with a conversion layer before painting. By the action of a treatment agent atoms from near-surface areas of the metal are dissolved out and converted into non-metallic compounds. In fast reaction with small amounts of conversion usually thin non-crystalline, i. X-ray amorphous layers with variable phase composition.
Unter dem Begriff "Konversionsbehandlung" versteht man allgemein, dass Komponenten der Behandlungslösung mit der Metalloberfläche chemisch reagieren, wodurch eine Korrosionsschutzschicht entsteht, in die sowohl Komponenten der Behandlungslösung als auch Metallatome aus der Metalloberfläche eingebaut sind.The term "conversion treatment" is generally understood to mean that components of the treatment solution chemically react with the metal surface to form a corrosion protection layer incorporating both components of the treatment solution and metal atoms from the metal surface.
Bei langsamerer Reaktionsführung mit größeren Mengen Konversionsmittel können höher geordnete, dickere, kristalline Schichten mit oft homogenem Phasenbestand erzeugt werden. Aus prozesstechnischer Sicht müssen kristalline Schichten meist nachgespült werden, um nicht abreagiertes Behandlungsmittel zu entfernen („Rinse“-Verfahren), während bei nicht kristallinen Schichten die gesamte Menge des Behandlungsmittels eingetrocknet wird („No-Rinse“-Verfahren).At slower reaction with larger amounts of conversion agent higher ordered, thicker, crystalline layers can often be produced with homogeneous phase inventory. From a process engineering point of view, crystalline layers usually have to be rinsed off in order to remove unreacted treatment agent ("rinse" method), while in the case of non-crystalline layers, the entire amount of the treatment agent is dried ("no-rinse" method).
Aus der Offenlegungsschrift
Als Zweck dieser Eisenschicht wird angegeben, dass bei der nachfolgenden Phosphatierung Eisen aus dieser Schicht herausgelöst werden soll, um Phosphophyllit zu bilden, welches die Nasshaftung des nachfolgenden Anstrichs verbessern soll. Bei der Phosphatierung handelt es sich um ein Konversionsverfahren, bei dem eine kristalline Konversionsschicht erzeugt wird. Hierbei erfolgt zunächst ein Beizangriff auf den Grundwerkstoff, bei dem Metallkationen unter Wasserstoffentwicklung in Lösung gehen. Dann erfolgt die Schichtbildung durch Ausfällung kristalliner, schwerlöslicher Phosphate. Bei diesem Verfahren wird also die ursprüngliche Dicke der Eisenschicht durch die Herauslösung von Eisen und Einbindung in die Phosphatschicht deutlich reduziert. Damit nach der Phosphatierung noch eine „Restdicke“ der Eisenschicht vorhanden ist, muss zuvor also ein entsprechend dicker Überzug aufgebracht werden.As the purpose of this iron layer is stated that in the subsequent phosphating iron from this layer is to be dissolved out to form phosphophyllite, which is to improve the wet adhesion of the subsequent coat. Phosphating is a conversion process that produces a crystalline conversion layer. This is done first a pickling attack on the base material, go in the metal cations with evolution of hydrogen in solution. Then the layer formation takes place by precipitation of crystalline, sparingly soluble phosphates. In this method, therefore, the original thickness of the iron layer is significantly reduced by the dissolution of iron and integration into the phosphate layer. So that after the phosphating a "residual thickness" of the iron layer is present, so before a correspondingly thick coating must be applied.
Nachteilig bei diesem Stahlblech ist die aufwändige Phosphatierung als kristalline Konversionsschicht und das dadurch erforderliche hohe Auflagengewicht der Eisenschicht, die nur mit hohem Aufwand in dieser großen Dicke erzeugt werden kann.A disadvantage of this steel sheet is the complex phosphating as a crystalline conversion layer and the high coating weight of the iron layer required thereby, which can be produced only with great effort in this large thickness.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein beschichtetes Stahlblech anzugeben, welches gegenüber den bekannten Stahlblechen bei mindestens gleich guten Korrosionseigenschaften mit deutlich geringerer Eisenschichtdicke und kostengünstiger herstellbar ist. Des Weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bleches angegeben werden.The object of the invention is to provide a coated steel sheet, which is compared to the known steel sheets with at least equally good corrosion properties with significantly lower iron layer thickness and less expensive to produce. Furthermore, a method for producing such a sheet is to be specified.
Für das Stahlblech wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen. For the steel sheet, this object is achieved with the features of
Die Lehre der Erfindung umfasst ein beschichtetes Stahlblech mit verbesserten Korrosionseigenschaften, mit einem Stahlsubstrat, einem ein- oder beidseitigen metallischen Überzug aus Zink oder aus einer Zinklegierung und einer organischen Beschichtung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Stahlblech auf dem metallischen Überzug mit einer elektrolytisch aufgebrachten eisenhaltigen Schicht mit einem Auflagengewicht von weniger als 1 g/m2 und einer zwischen der eisenhaltigen Schicht und der organischen Beschichtung angeordneten, nichtkristallinen Konversionsschicht versehen ist.The teaching of the invention comprises a coated steel sheet with improved corrosion properties, with a steel substrate, a one or two-sided metal coating of zinc or a zinc alloy and an organic coating, which is characterized in that the steel sheet on the metallic coating with an electrolytically applied iron-containing layer is provided with a coating weight of less than 1 g / m 2 and arranged between the iron-containing layer and the organic coating, non-crystalline conversion layer.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Stahlblechs mit verbesserten Korrosionseigenschaften umfasst ein Stahlband, welches mit einem ein- oder beidseitigen zinkbasierten Überzug aus Zink oder einer Zinklegierung und anschließend mit einer organischen Deckbeschichtung versehen wird, wobei nachfolgend aus dem Stahlband die Stahlbleche zugeschnitten werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass auf dem metallischen Überzug eine eisenhaltige Schicht mit einem Auflagengewicht von weniger als 1 g/m2 und anschließend mittels eines Konversionsmittels eine nichtkristalline Konversionsschicht vor oder gleichzeitig mit dem Auftragen der organischen Beschichtung auf die eisenhaltige Schicht aufgebracht wird.The inventive method for producing a coated steel sheet with improved corrosion properties comprises a steel strip which is provided with a one- or two-sided zinc-based coating of zinc or a zinc alloy and then with an organic topcoat, wherein subsequently the steel sheets are cut from the steel strip, which thereby characterized in that on the metallic coating an iron-containing layer with a coating weight of less than 1 g / m 2 and then by means of a conversion agent, a non-crystalline conversion layer is applied before or simultaneously with the application of the organic coating on the iron-containing layer.
Im Vergleich zur
Im Gegensatz zur Aufbringung einer kristallinen Konversionsbehandlung mittels Phosphatierung zur Verbesserung der Lackhaftung, bei der Eisenatome zur Bildung von Phosphophyllit aus der aufgebrachten Eisenschicht herausgelöst werden und damit die Dicke der Eisenschicht wieder reduziert wird, bleibt bei dem erfindungsgemäßen Auftragen einer nichtkristallinen Konversionsschicht, die Dicke der aufgetragenen Eisenschicht vollständig erhalten, so dass diese wesentlich dünner aufgetragen werden kann.In contrast to applying a crystalline conversion treatment by means of phosphating to improve the paint adhesion, in which iron atoms are leached out of the applied iron layer to form phosphophyllite and thus the thickness of the iron layer is reduced again, the application of a non-crystalline conversion layer, the thickness of the applied Iron layer completely preserved so that it can be applied much thinner.
Unter nichtkristallinen Konversionsschichten werden im Folgenden im Wesentlichen anorganische, sehr dünne Schichten auf einer Metalloberfläche verstanden, die durch chemische Reaktion einer wässrigen Behandlungslösung mit dem metallischen Untergrund erzeugt werden. Die Konversionsschichten stellen dabei einen sehr guten Haftgrund für nachfolgende organische Beschichtungen dar und besitzen zudem antikorrosive Wirkungen.In the following, non-crystalline conversion layers essentially mean inorganic, very thin layers on a metal surface, which are produced by chemical reaction of an aqueous treatment solution with the metallic substrate. The conversion layers are a very good primer for subsequent organic coatings and also have anti-corrosive effects.
Die nichtkristalline Konversionsschicht kann in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung aus einer separat auf die eisenhaltige Schicht aufgebrachten Schicht bestehen, gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch möglich, diese Schicht integriert in die organischen Beschichtung (Lackierung oder Coil-Coating) aufzubringen, wobei das Konversionsmittel Bestandteil der organischen Deckbeschichtung ist. Durch den entfallenen Arbeitsgang des separaten Auftragens der Konversionsschicht werden zusätzlich die Herstellungskosten des Stahlblechs verringert sowie Funktionserweiterungen während der Beschichtungsprozesse ermöglicht (z.B. 3-Schichtsysteme in einem Durchlauf).The non-crystalline conversion layer can in a first embodiment of the invention consist of a separately applied to the iron-containing layer layer, according to an advantageous embodiment of the invention, it is possible to apply this layer integrated into the organic coating (coating or coil coating), wherein the Conversion agent is part of the organic topcoat. In addition, the omitted operation of applying the conversion layer separately reduces the manufacturing cost of the steel sheet and enables functional extensions during the coating processes (e.g., 3-layer systems in one pass).
Während bei dem bekannten Stahlblech Eisenauflagen von 1 bis 15 g/m2 notwendig sind, um für die Phosphophyllit-Bildung genügend Eisen zur Verfügung zu haben, sind bei der Erfindung weniger als 1 g/m2 vorzugsweise max. 0,5 bzw. weniger als 0,25 und optimal höchstens 0,1 g/m2 Eisenauflage auf dem Zinküberzug notwendig. Eine Eisenauflage von 0,1 g/m2 entspricht dabei einer Schichtdicke von ca. 0,01 µm.While in the known steel sheet iron deposits of 1 to 15 g / m 2 are necessary in order to have sufficient iron available for phosphophyllite formation, in the invention less than 1 g / m 2, preferably max. 0.5 or less than 0.25 and optimally at most 0.1 g / m 2 iron coating on the zinc coating necessary. An iron deposit of 0.1 g / m 2 corresponds to a layer thickness of about 0.01 microns.
Versuche haben gezeigt, dass diese sehr dünnen Eisenschichten ausreichend sind, um hervorragende Eigenschaften (Haftung und Korrosionsbeständigkeit) für die nachfolgende nichtkristalline Konversionsschicht und die organische Deckbeschichtung sicherzustellen.Tests have shown that these very thin iron layers are sufficient to ensure excellent properties (adhesion and corrosion resistance) for the subsequent non-crystalline conversion layer and the organic topcoat.
Demzufolge sollte der Eisenanteil in der auf die Oberfläche des Zinks- oder Zinklegierungsüberzugs aufgebrachten Schicht mindestens mehr als 60 Gewichts-% besser mehr als 90 Gewichts-% betragen.Accordingly, the iron content in the layer applied to the surface of the zinc or zinc alloy coating should be at least more than 60% by weight, more preferably more than 90% by weight.
Im Grundsatz kann der Zink oder Zinklegierungsüberzug des blanken Stahlblechs sowohl im Schmelztauchverfahren als auch elektrolytisch aufgebracht werden. Vorteilhaft ist es jedoch diesen Überzug elektrolytisch aufzubringen, da das anschließende elektrolytische Aufbringen der Eisenschicht dann vorteilhaft mit diesem Prozessschritt gekoppelt werden kann, so dass ein separater Arbeitsgang entfällt.In principle, the zinc or zinc alloy coating of the bare steel sheet can be applied both by the hot dip process and electrolytically. It is advantageous, however, this coating be applied electrolytically, since the subsequent electrolytic application of the iron layer can then be advantageously coupled with this process step, so that a separate operation is eliminated.
Bei einer Zinklegierung kann der Überzug neben dem Hauptbestandteil Zink beispielsweise aus Zulegierungen mit einem oder mehreren der Elemente Eisen, Aluminium, Magnesium, und Nickel bestehen.In the case of a zinc alloy, the coating may consist, for example, of alloys containing one or more of the elements iron, aluminum, magnesium, and nickel in addition to the main constituent zinc.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.Further features, advantages and details of the invention will become apparent from the following description of an embodiment.
Es zeigen:Show it:
Die
Ausgehend von einem unbeschichteten Stahlblech
In der
In
In
Die
Die kathodische Tauch-Lackierung (KT-Lackierung) der zusätzlich mit der eisenhaltigen und jedoch sehr dünnen Schicht
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007021364 A1 [0012] DE 102007021364 A1 [0012]
- DE 3226239 A1 [0016, 0023] DE 3226239 A1 [0016, 0023]
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DE102007021364A1 (en) | 2007-05-04 | 2008-11-06 | Henkel Ag & Co. Kgaa | Metallizing pretreatment of zinc surfaces |
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