DE102013107011A1 - Process for coating long Cu products with a metallic protective layer and a Cu long product provided with a metallic protective layer - Google Patents
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
- C23C28/021—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer
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Abstract
Die Erfindung ermöglicht es, ein aus einem Cu-Werkstoff erzeugtes Cu-Langprodukt optimal gegen Korrosion zu schützen, indem folgende Arbeitsschritte durchlaufen werden: a) Bereitstellen des Cu-Langprodukts; b) ausschließlich durch chemischen Angriff erfolgendes Reinigen und Aktivieren der Oberfläche des Cu-Langprodukts; c) Trocknen des gereinigten Cu-Langprodukts und Erwärmen des Cu-Langprodukts auf eine Badeintrittstemperatur; d) Schmelztauchbeschichten des Cu-Langprodukts mit einem auf Zn basierenden metallischen Schutzüberzug in einem Zn-haltigen Schmelzenbad, in das das Cu-Langprodukt mit der Badeintrittstemperatur eintritt; e) optional durchgeführtes thermisches, chemisches oder mechanisches Nachbehandeln des mit dem Zn-Überzug schmelztauchbeschichteten Cu-Langprodukts.The invention makes it possible to optimally protect a Cu long product produced from a Cu material against corrosion by carrying out the following working steps: a) providing the Cu long product; b) cleaning and activating the surface of the Cu long product exclusively by chemical attack; c) drying the purified Cu long product and heating the Cu long product to a bath inlet temperature; d) hot-dip coating the Cu long product with a Zn-based metallic protective coating in a Zn-containing melt bath into which the Cu long product enters at the bath inlet temperature; e) optionally carried out thermal, chemical or mechanical aftertreatment of the Zn-coated hot-dip coated Cu long product.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von aus einem Cu-Werkstoff erzeugten Cu-Langprodukten mit einer metallischen Schutzschicht.The invention relates to a method for coating long Cu products produced from a Cu material with a metallic protective layer.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein mit einer solchen metallischen Schutzschicht versehenes Cu-Langprodukt.Moreover, the invention relates to a provided with such a metallic protective layer Cu long product.
Bei den im Sinne der Erfindung zu beschichtenden ”Langprodukten” handelt es sich vorranging um gewalzte Bänder oder Bleche sowie daraus gewonnene Zuschnitte und Platinen, die in der Fachsprache aufgrund ihrer geringen Dicke auch als ”Flachprodukte” bezeichnet werden. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung von so genanntem Schmalband geeignet, dessen Breite auf maximal 600 mm beschränkt ist. Jedoch fallen unter erfindungsgemäß verarbeitete Langprodukte auch aus Cu-Werkstoffen gefertigte Drähte, Profile oder Rohre, die dazu geeignet sind, im kontinuierlichen Durchlauf durch eine Beschichtungsanlage gefördert zu werden.The "long products" to be coated in the context of the invention are predominantly rolled strips or sheets and blanks and blanks obtained therefrom, which are also referred to in the jargon as "flat products" due to their small thickness. In particular, the inventive method for processing so-called narrow band is suitable, the width of which is limited to a maximum of 600 mm. However, under long products processed according to the invention, wires, profiles or tubes made of Cu materials, which are suitable for being conveyed in a continuous pass through a coating installation, are also covered.
Werkstoffe auf Cu-Basis besitzen aufgrund ihrer hervorragenden thermischen und elektrischen Leitfähigkeit eine besondere Bedeutung im Bereich der elektrischen Anwendungen. Insbesondere zählen hierzu die Mikroelektronik und Starkstromtechnik sowie sämtliche sonstigen Elektroinstallationen.Due to their outstanding thermal and electrical conductivity, Cu-based materials are of particular importance in the field of electrical applications. In particular, this includes microelectronics and power engineering as well as all other electrical installations.
Obwohl Cu zu den edleren Elementen gehört, können sich durch Umwelteinflüsse Korrosionsprodukte auch an den Oberflächen von aus Cu-Werkstoffen gefertigten Langprodukten bilden. Diese können die Struktur und damit einhergehenden Gebrauchseigenschaften des Cu-Werkstoffs nachhaltig schädigen.Although Cu is one of the nobler elements, environmental factors can also cause corrosion products on the surfaces of long products made of Cu materials. These can cause lasting damage to the structure and concomitant use properties of the Cu material.
Unter Berücksichtigung des aktuell bereits hohen und tendenziell weiter steigenden Cu-Preises entsteht folglich durch Korrosion ein nicht unerheblicher wirtschaftlicher Gesamtschaden. Es wird daher nach Möglichkeiten gesucht, Halbzeuge, wie die hier in Rede stehenden Cu-Langprodukte, daraus gefertigte Bauteile und andere Komponenten aus Cu-Werkstoffen vor korrosivem Verfall zu schützen. Dies gilt insbesondere für Bauteile, welche unvermeidlich und dauerhaft aggressiven Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Hierzu zählt die Freibewitterung, der insbesondere zum Leiten von hohen elektrischen Strömen im Anlagenbau gebrauchte Leiterbahnen in der Praxis ausgesetzt sind.Taking into account the currently high and tending to continue rising copper price thus resulting in corrosion a significant economic total damage. It is therefore looking for ways to protect semi-finished products, such as the Cu long products in question, made of components and other components made of Cu materials from corrosive deterioration. This applies in particular to components which are inevitably and permanently exposed to aggressive environmental influences. This includes the outdoor weathering, which are exposed in particular for conducting high electrical currents in plant construction used conductor tracks in practice.
Es sind verschiedene Versuche bekannt, den Schutz von Cu-Produkten durch den Auftrag einer korrosionsunempfindlichen und das jeweilige Cu-Substrat schützenden Beschichtung zu verbessern. Ein Beispiel für einen solchen Vorschlag ist die in der
Im Bereich der Stahlverarbeitung ist es darüber hinaus üblich, aus korrosionsempfindlichen Stählen oder für den Einsatz in besonders aggressiven Umgebungen vorgesehene Stahl-Langprodukte oder -bauteile mit einer metallischen Schutzschicht zu versehen. Ein besonders bewährtes Beschichtungsmaterial sind dabei Zink und Zinklegierungen.In the field of steel processing, it is also customary to provide a metallic protective layer from corrosion-sensitive steels or long-steel products or components intended for use in particularly aggressive environments. A particularly well-proven coating material are zinc and zinc alloys.
Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, wie auch aus Kupfer-Werkstoffen bestehende Produkte und Bauteile mit einer Zn-Beschichtung vor Korrosion geschützt werden können. Eine solche Zn-Beschichtung lässt sich auf ein Cu-Substrat beispielsweise dadurch abscheiden, dass das Cu-Substrat und ein Zn-Spender als Festkörper in einer temperierten Natronlauge in direktem Kontakt stehen. Eine andere Möglichkeit der Erzeugung einer Zn-Beschichtung auf einem aus Cu-Werkstoff bestehenden Körper besteht in einer Diffusionsbeschichtung, bei der zuerst Zink beispielsweise als Suspension auf die zu beschichtende Oberfläche aufgebracht und anschließend eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um das Zn aus der Suspension in das Cu-Substrat eindiffundieren zu lassen. Beispiele für ein solches Vorgehen sind in der
Es versteht sich in diesem Zusammenhang, dass vorliegend, solange nichts anderes ausdrücklich erwähnt ist, immer dann, wenn von Zn-Schicht, Zn-Überzug, Zn-Schmelzenbad oder desgleichen die Rede ist, stets solche Schichten, Überzüge, Schmelzenbäder und desgleichen gemeint sind, die aus reinem Zink oder einer Zinklegierung bestehen können.It is to be understood in this context that, unless expressly stated otherwise, whenever Zn layer, Zn coating, Zn melt bath or the like is mentioned, It is always meant such layers, coatings, melt baths and the like, which may consist of pure zinc or a zinc alloy.
Die voranstehend erwähnten Versuche, eine Zn-Beschichtung auf Cu-Substraten zu erzeugen, setzen ein fertig geformtes Bauteil voraus und sind daher nicht zum Beschichten von Langprodukten der hier interessierenden Art geeignet. Die Beschichtung von Langprodukten lässt sich wirtschaftlich sinnvoll nur bewältigen, wenn die jeweils erforderlichen Arbeitsschritte in einer kontinuierlichen Abfolge der einzelnen Prozessschritte durchlaufen werden können. Ein solcher kontinuierlicher Ablauf ist zwar prinzipiell möglich, wenn die Beschichtung elektrolytisch vorgenommen wird. Allerdings bringt eine elektrolytische Beschichtung von Cu-Langprodukten im großtechnischen Maßstab hohen technischen Aufwand und damit einhergehend hohe Betriebskosten mit sich.The above-mentioned attempts to produce a Zn coating on Cu substrates require a finished molded component and are therefore not suitable for coating long products of the type of interest here. The coating of long products can be economically feasible only if the respective required work steps can be run through in a continuous sequence of the individual process steps. Although such a continuous process is in principle possible if the coating is carried out electrolytically. However, an electrolytic coating of Cu long products on an industrial scale entails high technical complexity and, concomitantly, high operating costs.
Für das Beschichten von Stahlbändern ist neben dem elektrolytischen Beschichten auch die Feuerverzinkung bekannt. Sie kann sowohl als Stückverzinkung als auch kontinuierlich durchgeführt werden. Die kontinuierliche Feuerverzinkung besitzt gegenüber der Stückverzinkung oder der elektrolytischen Beschichtung zwar deutliche Kostenvorteile. Bei der Stahl-Feuerverzinkung muss jedoch im Prozess eine Glühbehandlung durchlaufen werden. Diese Glühbehandlung wird typischer Weise bei mindestens 600°C unter einer H2-N2-Atmosphäre durchgeführt, um an der Oberfläche des jeweils zu beschichtenden Langprodukts vorhandene Oxide zu reduzieren und auf diesem Wege die Metalloberfläche für den anschließenden Zn-Auftrag zu aktivieren.For the coating of steel strips in addition to the electrolytic coating and the hot dip galvanizing is known. It can be carried out both as piece galvanizing and continuously. Although the continuous hot-dip galvanizing has clear cost advantages compared to the piece galvanizing or the electrolytic coating. In hot-dip galvanizing, however, an annealing treatment must be performed in the process. This annealing treatment is typically carried out at at least 600 ° C under an H 2 -N 2 atmosphere to reduce oxides present on the surface of each long product to be coated, thereby activating the metal surface for subsequent Zn deposition.
Sollen Cu-Werkstoffe in dieser Weise verarbeitet werden, ergibt sich das Problem, dass Cu ab circa 450°C empfindlich gegenüber der Einwirkung von reduzierenden, größere Mengen an Wasserstoff enthaltenden Atmosphären ist. So kann sich im Zuge einer in konventioneller Weise durchgeführten Glühbehandlung Wasser bilden, das im Cu-Material eingeschlossen bleibt und nach dem Abkühlen zu Spannungen führt. Diese Spannungen führen zu Rissen, durch die das jeweilige Werkstück oder Langprodukt unbrauchbar wird. Dieses Phänomen ist in der Praxis auch als ”Wasserstoffkrankheit von Cu” bekannt.If Cu materials are to be processed in this way, there is the problem that Cu is sensitive to the action of reducing, larger amounts of hydrogen-containing atmospheres from about 450 ° C. Thus, in the course of a conventionally carried out annealing, water can form, which remains trapped in the Cu material and leads to stresses after cooling. These stresses lead to cracks, through which the respective workpiece or long product becomes unusable. This phenomenon is also known in practice as the "hydrogen disease of Cu".
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein großtechnisch kostengünstig durchführbares Verfahren anzugeben, mit dem sich optimal gegen Korrosion geschützte, aus Cu-Werkstoffen bestehende Langprodukte erzeugen lassen. Ebenso sollte ein aus Cu-Werkstoff hergestelltes Cu-Langprodukt angegeben werden, das eine optimale Korrosionsbeständigkeit besitzt.Against the background of the prior art explained above, the object of the invention was to provide a process which can be carried out industrially at low cost, with which it is possible to produce long products which are optimally protected against corrosion and consist of Cu materials. Likewise, a long Cu product made of Cu material should be given which has optimum corrosion resistance.
In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass zum Beschichten eines aus einem Cu-Werkstoff bestehenden Cu-Langprodukts die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden.With regard to the method, this object has been achieved according to the invention in that, for coating a Cu long product consisting of a Cu material, the working steps specified in
Ein die voranstehend genannte Aufgabe erfindungsgemäß lösendes Cu-Langprodukt ist dementsprechend durch die in Anspruch 15 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.An abovementioned object according to the invention solving Cu long product is characterized accordingly by the features specified in claim 15.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims and are explained below as the general inventive concept in detail.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, ein aus einem Cu-Werkstoff bestehendes Langprodukt nach Art eines aus dem Bereich der Beschichtung von Stahlflachprodukten bekannten, im Durchlauf absolvierten Schmelztauchbeschichtungsverfahren mit einer Zn-Beschichtung zu belegen.The invention is based on the idea of covering a long product made of a Cu material in the manner of a hot-dip coating method known in the field of coating flat steel products with a Zn coating.
Dabei wird beim erfindungsgemäßen Verfahren im Unterschied zu den im Bereich der Stahlverarbeitung üblichen kontinuierlichen Feuerverzinkungsverfahren die Oberflächenreinigung und Aktivierung nicht durch eine Glühbehandlung vorgenommen, sondern ausschließlich durch den Einsatz von chemischen Mitteln. Auf diese Weise werden die Probleme vermieden, die auftreten, wenn ein Cu-Langprodukt ein konventionelles Feuerverzinkungsverfahren durchläuft.In the process according to the invention, in contrast to the continuous hot-dip galvanizing processes customary in the field of steel processing, the surface cleaning and activation is not carried out by an annealing treatment, but exclusively by the use of chemical agents. This avoids the problems that occur when a long Cu product goes through a conventional hot dip galvanizing process.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Beschichten von aus einem Cu-Werkstoff erzeugten Cu-Langprodukten mit einer metallischen Schutzschicht umfasst somit erfindungsgemäß folgende im kontinuierlichen Durchlauf absolvierte Arbeitsschritte:
- a) Bereitstellen des Cu-Langprodukts;
- b) ausschließlich durch chemischen Angriff erfolgendes Reinigen und Aktivieren der Oberfläche des Cu-Langprodukts;
- c) Trocknen des gereinigten Cu-Langprodukts und Erwärmen des Cu-Langprodukts auf eine Badeintrittstemperatur;
- d) Schmelztauchbeschichten des Cu-Langprodukts mit einem auf Zn basierenden metallischen Schutzüberzug in einem Zn-haltigen Schmelzenbad, in das das Cu-Langprodukt mit der Badeintrittstemperatur eintritt.
- e) Falls zur Einstellung einer bestimmten Oberflächenbeschaffenheit oder einer bestimmten Ausprägung der aufgebrachten Zn-Schicht gewünscht oder erforderlich, kann nach dem Schmelztauchbeschichten optional zusätzlich eine thermische, chemische oder mechanische Nachbehandlung des mit dem Zn-Überzug versehenen Cu-Langprodukts durchgeführt werden.
- a) providing the Cu long product;
- b) cleaning and activating the surface of the Cu long product exclusively by chemical attack;
- c) drying the purified Cu long product and heating the Cu long product to a bath inlet temperature;
- d) hot-dip coating the Cu long product with a Zn-based metallic protective coating in a Zn-containing melt bath into which the Cu long product enters at the bath inlet temperature.
- e) If it is desired or necessary to set a certain surface finish or a certain expression of the applied Zn layer, thermal, chemical or mechanical post-treatment of the Cu long product provided with the Zn coating may optionally additionally be carried out after the hot dip coating.
Bei dem im Arbeitsschritt a) bereitgestellten Cu-Langprodukt kann es sich grundsätzlich um jede Art von aus einem Cu-Werkstoff hergestellten Halbzeugen oder desgleichen handeln, die aufgrund ihrer Abmessungen, insbesondere ihrer im Vergleich zu ihrer Breite sehr viel größeren Länge, dazu geeignet sind, im kontinuierlichen Durchlauf die einzelnen Stationen eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens zu durchlaufen. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren demgemäß zum Beschichten von Cu-Langprodukten, die von Coils abgespult werden und dann die jeweilige Beschichtungsanlage so durchlaufen, dass sich jeweils ein Abschnitt der betreffenden Langprodukte noch in der einen Station des Verfahrens befindet, während ein anderer Abschnitt bereits den nächsten Arbeitsschritt durchläuft.The long Cu product provided in step a) may in principle be any kind of semi-finished or semi-finished products made of a Cu material, which are suitable because of their dimensions, in particular their much greater length compared to their width, to go through the individual stations of a method according to the invention in a continuous pass. Accordingly, the method according to the invention is particularly suitable for coating long Cu products which are unwound from coils and then pass through the respective coating system in such a way that in each case one section of the relevant long products is still in one station of the method, while another section already contains the section goes through the next step.
Sofern die erfindungsgemäß verarbeiteten Cu-Langprodukte als Bandmaterial vorliegen, erweist sich das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren als besonders wirtschaftlich. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei dem Cu-Bandmaterial um Schmalbänder handelt. Die Beschichtung von Cu-Schmalbändern hat den Vorteil, dass sie großtechnisch besonders produktiv durchgeführt werden kann und die Schmalbänder nach dem Durchlauf durch das Schmelzenbad auch im Bereich ihrer Kanten mit Beschichtungsmetall belegt sind. Dementsprechend ergibt die erfindungsgemäß aufgebrachte Beschichtung im Fall, dass die erfindungsgemäß verarbeiteten Cu-Langprodukte als Cu-Schmalbänder vorliegen, einen optimalen, das jeweilige Langprodukt vollständig umfassenden Schutz.If the Cu long products processed according to the invention are present as strip material, the coating method according to the invention proves to be particularly economical. This is especially true when the Cu strip material is narrow bands. The coating of narrow copper strips has the advantage that it can be carried out particularly industrially on a large scale and the narrow strips are coated with coating metal even after their passage through the melt bath, even in the region of their edges. Accordingly, the coating applied according to the invention gives, in the case where the Cu long products processed according to the invention are in the form of Cu narrow bands, an optimum protection that completely encompasses the respective long product.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Beschichtung von Cu-Langprodukten lässt sich gegenüber einer Stückverzinkung oder einer elektrolytischen Beschichtung sehr viel kosteneffektiver durchführen. Zn als Überzugsbasis ist darüber hinaus gegenüber Ni oder Cr vergleichsweise günstig und bietet zudem auch einen kathodischen Korrosionsschutz. Die Gefahr der Wasserstoffkrankheit tritt bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise nicht auf, da das erfindungsgemäße Verfahren vollständig ohne eine Glühphase unter einer reduzierenden Atmosphäre auskommt. Im Ergebnis lässt sich folglich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei minimierten Kosten und hoher Produktivität ein qualitativ hochwertiges, mit einer Korrosionsschutzschicht belegtes Cu-Langprodukt erzeugen.The procedure according to the invention for the coating of long Cu products can be carried out much more cost-effectively in comparison with a piece galvanizing or an electrolytic coating. In addition, Zn as a coating base is comparatively favorable with respect to Ni or Cr and also offers cathodic corrosion protection. The risk of hydrogen disease does not occur in the procedure according to the invention, since the inventive method manages completely without an annealing phase under a reducing atmosphere. As a result, it is consequently possible with the method according to the invention to produce a high quality Cu long product coated with a corrosion protection layer at minimized costs and high productivity.
Die erfindungsgemäß verarbeiteten Cu-Langprodukte können aus den üblicherweise für die Herstellung solcher Produkte verwendeten Cu-Werkstoffen hergestellt sein. Neben reinem Cu zählen hierzu niedriglegierte Cu-Knetlegierungen oder sauerstoffhaltige Cu-Legierungen (E-Cu-Legierungen), P-desoxidierte sauerstofffreie Cu-Legierungen (SE-Cu-, SW-Cu-, SF-Cu-Legierungen), nicht-desoxidierte sauerstofffreie Cu-Legierungen (OF-Cu-Legierungen), auch hochlegierte Cu-Legierungen, wie beispielsweise Cu-Zn- oder Cu-Ni-Werkstoffe. Allgemein können die in Frage kommenden Cu-Werkstoffe folgende Legierungselemente in den nachfolgend jeweils angegebenen Gehalten aufweisen (alle Gehaltsangaben in Gew.-%):
Der Cu-Werkstoff der erfindungsgemäß verarbeiteten Cu-Langprodukte enthält jeweils mindestens 50% Cu, wobei bei im technischen Sinne aus reinem Cu bestehenden Cu-Langprodukten der Cu-Gehalt bis 99,95% oder mehr beträgt.The long Cu products processed according to the invention can be prepared from the Cu materials usually used for the production of such products. In addition to pure Cu, these include low-alloyed copper alloys or oxygen-containing copper alloys (E-Cu alloys), P-deoxidized oxygen-free copper alloys (SE-Cu, SW-Cu, SF-Cu alloys), non-deoxidized oxygen-free Cu alloys (OF-Cu alloys), including high-alloyed Cu alloys, such as Cu-Zn or Cu-Ni materials. In general, the Cu materials in question may have the following alloying elements in the amounts indicated below in each case (all content data in% by weight):
The Cu material of the inventively processed long products Cu contains in each case at least 50% Cu, wherein at Cu in the technical sense of pure Cu long products of the Cu content is up to 99.95% or more.
Zn in Gehalten von bis zu 45%, Co in Gehalten von bis zu 2%, Zr in Gehalten von bis zu 0,5%, P in Gehalten von bis zu 0,3%, Cd in Gehalten von bis zu 1%, Mg in Gehalten von bis zu 5% sowie Spuren von W, Ta, Nb, V, Be und C können im Cu-Werkstoff erfindungsgemäß verarbeiteter Cu-Langprodukte jeweils einzeln oder in Kombination zur Steigerung der Festigkeit vorhanden sein.Zn up to 45%, Co up to 2%, Zr up to 0.5%, P up to 0.3%, Cd up to 1%, Mg in amounts of up to 5% and traces of W, Ta, Nb, V, Be and C may be present in the Cu material according to the invention processed long Cu products individually or in combination to increase the strength.
Ebenso tragen im Cu-Werkstoff der erfindungsgemäß verarbeiteten Cu-Langprodukte bis zu 14% Al, bis zu 5% Fe, bis zu 10% Mn, bis zu 45% Ni, bis zu 2% Si, bis zu 8% Sn, bis zu 2% Cr und bis zu 5% Ag jeweils einzeln oder in Kombination zu einer hohen Festigkeit bei. Gleichzeitig wird durch die einzelne oder kombinierte Anwesenheit dieser Elemente die Korrosionsbeständigkeit des Cu-Werkstoffs verbessert.Likewise, up to 14% Al, up to 5% Fe, up to 10% Mn, up to 45% Ni, up to 2% Si, up to 8% Sn, in the Cu material of the inventively processed long Cu products carry up to 2% Cr and up to 5% Ag, either individually or in combination to give a high strength. At the same time, the corrosion resistance of the Cu material is improved by the single or combined presence of these elements.
Ebenso zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit können im Cu-Werkstoff der erfindungsgemäß verarbeiteten Cu-Langprodukte bis zu 0,05% As zugegeben sein. Likewise, in order to improve the corrosion resistance, up to 0.05% As may be added in the Cu material of the long Cu products processed according to the invention.
Durch jeweils einzelne oder kombinierte Pb-Gehalte von bis zu 3,5% S-Gehalte von bis zu 0,1% und Te-Gehalte von bis zu 0,7% können die erfindungsgemäß verarbeiteten Cu-Langprodukte eine verbesserte Zerspanbarkeit besitzen.By individual or combined Pb contents of up to 3.5% S contents of up to 0.1% and Te contents of up to 0.7%, the long products of the invention processed according to the invention can have improved machinability.
Sauerstoff kann im Cu-Werkstoff der erfindungsgemäß verarbeiteten Cu-Langprodukte in Gehalten von bis zu 0,04% vorhanden sein, wenn nicht desoxidiertes Kupfer verarbeitet wird.Oxygen may be present in the Cu material of the inventively processed long Cu products in levels of up to 0.04%, if not deoxidized copper is processed.
Eine besondere Bedeutung kommt dem Arbeitsschritt b) ”Reinigung und Oberflächenaktivierung” des erfindungsgemäßen Verfahrens zu. In diesem Arbeitsschritt wird die Oberfläche des Cu-Langprodukts so gereinigt und aktiviert, dass im anschließend durchlaufenen Beschichtungsbad eine reaktive Benetzung durch die das Beschichtungsbad bildende Zn-Schmelze erfolgen kann.Of particular importance is the process step b) "cleaning and surface activation" of the inventive method. In this step, the surface of the Cu long product is cleaned and activated in such a way that in the subsequently passed coating bath a reactive wetting can take place through the Zn melt forming the coating bath.
Optimalerweise durchläuft das zu beschichtende Cu-Langprodukt im Arbeitsschritt b) lediglich ein Flussmittelbad. Diese Oberflächenbehandlung, in der Fachsprache auch ”Fluxen” genannt, bewirkt einerseits die erforderliche Reinigung und gleichzeitig die Aktivierung der Cu-Langproduktoberfläche und verhindert andererseits eine Rückpassivierung der aktivierten Oberfläche bis zum Eintauchen in das Beschichtungsbad. Als Flussmittel, auch ”Fluxmedium” genannt, kann in der Praxis eine wässrige Lösung eingesetzt werden, welche Chlorid-, Zink-, Kalium- und Natrium- sowie Ammonium-Ionen enthält. Optional zusätzlich können Ionen der Elemente ”Mg, Al, Fe, Mn, Mo, Ni, P, Si, Sr und Li” mit der Maßgabe in dem Flussmittelbad vorhanden sein, dass der Gehalt an Mg-Ionen nicht mehr als 1,0 g/l und der Gehalt an den Ionen der Elemente ”Al, Fe, Mn, Mo, Ni, P, Si, Sr und Li” jeweils nicht mehr als 10 mg/l beträgt.Optimally, the Cu long product to be coated in step b) only passes through a flux bath. This surface treatment, also known as "fluxing" in the technical language, on the one hand causes the required cleaning and at the same time activates the Cu long product surface and on the other hand prevents reverse passivation of the activated surface until immersion in the coating bath. As a flux, also called "flux medium", in practice, an aqueous solution can be used which contains chloride, zinc, potassium and sodium and ammonium ions. Optionally, ions of the elements "Mg, Al, Fe, Mn, Mo, Ni, P, Si, Sr and Li" may also be present in the flux bath, so that the content of Mg ions is not more than 1.0 g / l and the content of the ions of the elements "Al, Fe, Mn, Mo, Ni, P, Si, Sr and Li" is not more than 10 mg / l.
Konkret können für die praktische Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Flussmittelbad 210–250 g/l, insbesondere 230–250 g/l, Chlorid-Ionen, 140–160 g/l Zink-Ionen, 5–12 g/l, insbesondere 8–12 g/l, Ammonium-Ionen und 30–40 g/l Kalium-Ionen vorhanden sein, um die gewünschte Reinigungs- und Aktivierungswirkung zu erzielen.Specifically, 210-250 g / l, in particular 230-250 g / l, chloride ions, 140-160 g / l zinc ions, 5-12 g / l, in particular 8 .mu.m, 210-250 g / l for the practical embodiment of the method according to the invention in the flux -12 g / l, ammonium ions and 30-40 g / l potassium ions to achieve the desired cleaning and activation effect.
Bei in diesen Grenzen gewählten Gehalten an Chlorid-, Zink- und Ammonium-Ionen entsteht während des nach dem Fluxen durchgeführten Trocknens betriebssicher ein ZnCl2/NH4Cl-Salzgemisch an der Cu-Oberfläche. Dieses bildet durch thermische Spaltung während des Trocknens HCl, was sowohl eine Aktivierung gegenüber der Cu-Oberfläche als auch gegenüber der Oberschlacke des Beschichtungsbads sichert. Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bemessung des Anteils an Chlorid- und Zink-Ionen wird darüber hinaus vermieden, dass sich bereits im flüssigen Fluxmedium Chlorhydroxozinksäuren bilden, welche die Cu-Auflösung im Fluxmediumkessel unnötig erhöhen würden.At selected within these limits amounts of chloride, zinc and ammonium ions produced during the drying carried out after drying a ZnCl 2 / NH 4 Cl-salt mixture on the Cu surface. This forms by thermal cleavage during drying HCl, which ensures both activation against the Cu surface and against the upper slag of the coating. By inventively proposed dimensioning of the proportion of chloride and zinc ions is also avoided that already form in the liquid flux medium Chlorhydroxozinksäuren that would unnecessarily increase the Cu dissolution in Fluxmediumkessel.
Die in den erfindungsgemäß vorgesehenen Gehalten erfolgende Zugabe von Kalium-Ionen zum Fluxmittel stabilisiert das Fluxmittel gegenüber dem Angriff durch oder der Reaktion mit dem Al des Beschichtungsbads. Dadurch reduziert sich die Rauchentwicklung beim Eintauchen des Cu-Langprodukts in das Beschichtungsbad, was sich wiederum positiv im Hinblick auf den Umwelt- und Mitarbeiterschutz auswirkt.The addition of potassium ions to the flux in the amounts provided by the invention stabilizes the flux against attack by or reaction with the Al of the coating bath. This reduces the development of smoke when immersing the Cu long product in the coating bath, which in turn has a positive effect on environmental and employee protection.
Optional zusätzlich kann das Flussmittelbad beispielsweise 0,5–1,5 g/l Natrium-Ionen, 0,5–1,5 g/l Kalzium-Ionen und bis zu 1 g/l Magnesium-Ionen einzeln oder in Kombination enthalten. Ca, Na und Mg unterstützen gemeinsam oder allein zugegeben die Wirkung von K zusätzlich und reduzieren weiterhin die Oberflächenspannung des Fluxmittels. Dies verbessert die Benetzung der Oberfläche des Cu-Langprodukts durch das Fluxmedium.Optionally, in addition, the flux bath may contain, for example, 0.5-1.5 g / L of sodium ions, 0.5-1.5 g / L of calcium ions and up to 1 g / L of magnesium ions singly or in combination. Ca, Na and Mg, added together or alone, additionally enhance the effect of K and further reduce the surface tension of the flux. This improves the wetting of the surface of the Cu long product by the flux medium.
Um einerseits eine optimale Effektivität des Flussmitteleinsatzes zu sichern und andererseits Energie zu sparen, kann die Temperatur des Flussmittelbades auf 40–100°C, insbesondere 40–70°C, eingestellt werden. Die Eintauchzeit, innerhalb der das zu beschichtende Cu-Langprodukt das Flussmittelbad durchläuft, beträgt dabei in der Praxis typischerweise 10–120 s. Ein besonders gutes Beschichtungsergebnis wird dabei dann erzielt, wenn der pH-Wert des Flussmittels im Bereich von 4–4,5 liegt und das Flussmittel eine Dichte von 1,25–1,45 g/cm3 aufweist.On the one hand to ensure optimum effectiveness of the flux and on the other hand to save energy, the temperature of the flux bath to 40-100 ° C, in particular 40-70 ° C, can be adjusted. The immersion time within which the Cu long product to be coated passes through the flux bath is typically 10-120 s in practice. A particularly good coating result is achieved when the pH of the flux is in the range of 4-4.5 and the flux has a density of 1.25-1.45 g / cm 3 .
Grundsätzlich wird angestrebt, die Reinigungs- und Aktivierungsbehandlung im Arbeitsschritt b) auf das Fluxen zu beschränken, da auf diese Weise schwer aufzubereitende Medien vermieden werden, die mit Cu kontaminiert sind. Jedoch kann es im Fall, dass die Oberfläche des in erfindungsgemäßer Weise schmelztauchzubeschichtenden Cu-Langprodukts stark verschmutzt ist, zur Unterstützung der Reinigung und Aktivierung erforderlich sein, der Behandlung im Flussmittelbad optional eine Heizstufe in-line vorzuschalten. Im Zuge eines solchen vor dem Fluxen durchgeführten Beizens wird das Cu-Langprodukt durch ein Heizmedium geführt, wobei die Eintauchzeit typischerweise ebenfalls 10–120 s beträgt. Das Beizmittel sollte dabei auf einer Säure (z. B. Salz- oder Schwefelsäure) basieren, die auf 30–100°C, insbesondere 30–70°C, temperiert ist, um bei effektiver Energienutzung eine optimale Oberflächenreinigung zu erzielen. Überschüssige Säure wird nach dem Beizen und vor dem Fluxen durch ein wässriges Medium über eine Dauer von 10–30 s abgespült, wobei auch das Spülmedium 30–100°C, insbesondere 30–70°C, warm ist, um einen optimalen Spüleffekt zu erzielen.In principle, the aim is to limit the purification and activation treatment in step b) to fluxing, since in this way media which are difficult to process and are contaminated with Cu are avoided. However, in the case where the surface of the Cu long product to be hot-dip coated in the manner of the present invention is heavily soiled, it may assist in cleaning and Activation may be required, the treatment in Flußmittelbad optionally an in-line heating stage upstream. In the course of such a pickling carried out prior to the fluxing, the long Cu product is passed through a heating medium, the immersion time also typically being 10-120 s. The mordant should be based on an acid (eg hydrochloric or sulfuric acid), which is tempered to 30-100 ° C, in particular 30-70 ° C, in order to achieve optimum surface cleaning with effective energy use. Excess acid is rinsed off after pickling and prior to fluxing through an aqueous medium over a period of 10-30 s, whereby the rinsing medium 30-100 ° C, especially 30-70 ° C, warm to achieve an optimum rinsing effect ,
Im Zuge des Arbeitsschritts c) wird das zuvor gereinigte und oberflächenaktivierte Cu-Langprodukt nicht nur getrocknet, sondern auch auf die Eintrittstemperatur gebracht, mit der es in das anschließend durchlaufene Schmelzenbad eintritt. Die Mindesttemperatur sollte dabei so hoch sein, dass das auf der Cu-Oberfläche aus dem Flussmittelbad mitgeführte Fluxmedium ausreichend angetrocknet wird, um Benetzungsstörungen bei der Beschichtung im Schmelzenbad zu vermeiden. Gleichzeitig sollte die Trocknungstemperatur jedoch nicht zu hoch sein, um ein Abbrennen des Fluxmediums im Trockner zu vermeiden, da ein vorzeitiges Abbrennen des Fluxmediums im Trockner zu einer mangelnden Benetzung des Cu-Langprodukts im Schmelzenbad führt. Als besonders geeigneter Temperaturbereich für die Trocknung hat es sich deshalb erwiesen, wenn das Cu-Langprodukt auf eine Temperatur von 100–230°C erwärmt wird. Die Badeintrittstemperatur sollte während des Trocknens für mindestens 10 s gehalten werden, um das Cu-Substrat adäquat durchzuwärmen.In the course of step c), the previously cleaned and surface-activated long Cu product is not only dried, but also brought to the inlet temperature, with which it enters the subsequently passed melt bath. The minimum temperature should be so high that the flux medium entrained on the Cu surface from the flux bath is sufficiently dried to prevent wetting disturbances during the coating in the melt bath. At the same time, however, the drying temperature should not be too high to avoid burning off of the flux medium in the dryer, since premature burning off of the flux medium in the dryer leads to a lack of wetting of the Cu long product in the melt bath. As a particularly suitable temperature range for drying, it has therefore been found that the Cu long product is heated to a temperature of 100-230 ° C. The bath inlet temperature should be held during drying for at least 10 seconds to adequately heat the Cu substrate.
Bei der als Arbeitsschritt d) absolvierten Schmelztauchveredelung wird das auf die Badeintrittstemperatur erwärmte Cu-Langprodukt in ein schmelzflüssiges Zn-Bad getaucht. Die Verweildauer im Beschichtungsbad beträgt dabei optimalerweise 1–120 s, um eine reaktive Benetzung zu ermöglichen, aber gleichzeitig eine übermäßige Durchlegierung des Überzugs zu verhindern und weiterhin die Cu-Auflösung im Beschichtungsbad möglichst gering zu halten. Zur Erhöhung der Prozessstabilität hat sich dabei eine Verweildauer im Beschichtungsbad von 1–60 s als ideal erwiesen. Aus den gleichen Gründen sollte das Beschichtungsbad auf 430–530°C temperiert sein.In hot dipping refinement, which is carried out as step d), the Cu long product heated to the bath inlet temperature is immersed in a molten Zn bath. The residence time in the coating bath is optimally 1-120 s in order to allow a reactive wetting, but at the same time to prevent excessive alloying of the coating and furthermore to keep the Cu dissolution in the coating bath as low as possible. To increase the process stability, a residence time in the coating bath of 1-60 s has proven to be ideal. For the same reasons, the coating bath should be heated to 430-530 ° C.
Das Zn-Schmelzenbad kann dazu neben Zn und Prozess- und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) 0,1–5,0% Al und bis zu 0,5% Fe enthalten. Zusätzlich können in dem Schmelzenbad zu den Verunreinigungen zählende Spuren von Mg, Si, Mn, Pb sowie seltenen Erden vorhanden sein. Ist zu wenig Al im Beschichtungsbad vorhanden, bildet sich keine Al2O3-”Haut” auf dem Beschichtungsbad aus, was die Zn-Schlackebildung fördert. Ist dagegen zu viel Al im Beschichtungsbad vorhanden, kann sich verstärkt Al-haltige Oberschlacke bilden, welche ebenfalls das Beschichtungsergebnis verschlechtert. Weiterhin wird bei zu viel Al im Beschichtungsbad die Oberflächenspannung des Beschichtungsbads zu stark erhöht. Für die Beschichtung von Cu-Langprodukten der hier in Rede stehenden Art haben sich unter diesen Gesichtspunkten Al-Gehalte des Schmelzenbads von bis zu 0,25 Gew.-% besonders bewährt.In addition to Zn and process- and production-related unavoidable impurities (in% by weight), the Zn-melt bath may contain 0.1-5.0% Al and up to 0.5% Fe. In addition, trace amounts of Mg, Si, Mn, Pb and rare earths may be present in the melt bath. If too little Al is present in the coating bath, no Al 2 O 3 "skin" forms on the coating bath, which promotes Zn slag formation. If, on the other hand, too much Al is present in the coating bath, Al-containing upper slag can increasingly form, which likewise worsens the coating result. Furthermore, too much Al in the coating bath increases the surface tension of the coating bath too much. For the coating of long Cu products of the type in question here, Al contents of the melt bath of up to 0.25% by weight have proven to be particularly suitable under these aspects.
Die Dicke der auf dem Cu-Langprodukt beim Austritt aus dem Schmelzenbad vorhandenen Zn-Überzugsschicht wird in an sich bekannter Weise mittels im Stand der Technik bewährter Abstreifeinrichtungen auf Auflagengewichte von 50–600 g/m2 pro Bandseite eingestellt, wobei sich Auflagengewichte von 150–500 g/m2 pro Bandseite als besonders geeignet herausgestellt haben.The thickness of the Zn coating layer present on the Cu long product on exit from the melt bath is adjusted in a manner known per se to support weights of 50-600 g / m 2 per belt side by means of stripping devices which have been proven in the prior art. 500 g / m 2 per band side have been found to be particularly suitable.
Als Ergebnis der voranstehend in ihren verschiedenen Varianten beschriebenen erfindungsgemäßen Vorgehensweise weist ein in erfindungsgemäßer Weise beschaffenes Langprodukt eine aus einem Cu-Werkstoff bestehende Cu-Kernlage und eine die Kernlage abdeckende Zn-Überzugsschicht auf, die aus Zn-Mischkristall (n-Phase) besteht, der neben Zn (in Gew.-%) bis zu 3,0% Cu, bis zu 1,0% Al und bis zu 1,0% Fe enthält, wobei zwischen der Zn-Überzugsschicht und der Cu-Kernlage eine Cu-Zn-Phasenschicht vorhanden ist. Der Al-Anteil der Überzugsschicht stammt aus dem Anteil an Al, welcher aus verfahrenstechnischen Gründen dem verwendeten Zn-Beschichtungsbad zulegiert ist. Der Cu-Anteil resultiert daraus, dass ein Teil des Werkstoffs der Cu-Kernlage unvermeidbar während der Tauchzeit im Beschichtungsbad gelöst wird. Ein Fe-Anteil des Überzugs kann daraus resultieren, dass die Schmelztauchveredelung des Cu-Langprodukts in einem Beschichtungsbad vorgenommen wird, in dem auch Stahlflachprodukte schmelztauchbeschichtet werden. Die zwischen Cu-Substrat und Zn-Überzug vorhandene Legierungsschicht aus intermetallischen Cu-Zn-Phasen liegt zumindest teilweise deckend vor und ist typischerweise als Schichtsystem ausgebildet. Al, Fe und Verunreinigungen liegen innerhalb dieser Legierungsschicht nur in Spuren vor. Durch die Präsenz der Legierungsschicht ist eine gute Haftung zwischen der Cu-Kernlage und dem Zn-Überzug gewährleistet, die sicherstellt, dass die Zn-Beschichtung auch während einer Umformung des Langprodukts fest auf dem Cu-Substrat haftet.As a result of the inventive procedure described above in its various variants, a long product obtained in accordance with the invention has a Cu core layer consisting of a Cu material and a Zn coating layer covering the core layer, which consists of Zn mixed crystal (n phase), in addition to Zn (in% by weight) up to 3.0% Cu, up to 1.0% Al and up to 1.0% Fe, wherein between the Zn coating layer and the Cu core layer, a Cu-Zn -Phase layer is present. The Al content of the coating layer comes from the proportion of Al, which is alloyed for procedural reasons the Zn coating bath used. The Cu content results from the fact that a part of the material of the Cu core layer is unavoidably dissolved in the coating bath during the immersion time. An Fe content of the coating may result from hot dip finishing of the Cu long product in a coating bath in which also flat steel products are hot dip coated. The existing between Cu substrate and Zn coating alloy layer of intermetallic Cu-Zn phases is at least partially opaque and is typically formed as a layer system. Al, Fe and impurities are only present in traces within this alloy layer. The presence of the alloy layer ensures good adhesion between the Cu core layer and the Zn coating, which ensures that the Zn coating adheres firmly to the Cu substrate even during a transformation of the long product.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments. Show it:
Die Anlage
Optional können in Förderrichtung F vor der Flux-Station
In der Abhaspelstation
In der Beschichtungsanlage
Sofern die jeweils verarbeiteten Cu-Langprodukte P in der Beizstation
In der Flux-Station
In der Trocknungsstation
Anschließend haben die Cu-Langprodukte in der Schmelztauchstation
Beim Austritt aus der Schmelztauchstation
In Tabelle 3 sind für 17 Versuche die jeweils eingestellten Betriebsparameter zusammengefasst.Table 3 summarizes the respectively set operating parameters for 17 tests.
Für jeden der 17 Versuche sind dabei der jeweilige Cu-Werkstoff W1–W5, aus dem das jeweils verarbeitete Cu-Langprodukt P bestand, das in der Flux-Station
Des Weiteren sind in Tabelle 3 die jeweilige Badeintrittstemperatur TE, in der Spalte ”Bad” die Zusammensetzung des jeweiligen Schmelzenbads und die Temperatur TBad des jeweiligen Schmelzenbads angegeben. Furthermore, in Table 3 the respective bath inlet temperature TE, in the column "bath" the composition of the respective melt bath and the temperature TBad of the respective melt bath are indicated.
Sofern die jeweils verarbeiteten Cu-Langprodukte P in der Beizstation
Wie in
Die in
Die in
Ein Vergleich der
Für den beim Versuch 2 erhaltenen und in
Für den beim Versuch 17 erhaltenen, in
In beiden Ausführungsbeispielen ist der Zn-Überzug über die ausgeprägte Cu-Zn-Legierungsschicht Cu-Zn mit der Cu-Kernlage K verbunden. In beiden Fällen liegt diese Legierungsschicht als Schichtsystem vor, das sich aus einer Cu-armen Legierungsschicht Cu-Zn-1 und einer Cu-reichen Legierungsschicht Cu-Zn-2 zusammensetzt. Mittels röntgendiffraktometrischer Strukturanalyse (XRD) konnte die an die Deckschicht ZnM angrenzende obere Legierungsschicht Cu-Zn-1 als CuZn6 (ε-Phase) und die zweite zwischen der ersten Schicht Cu-Zn-1 und der Cu-Kernlage K angeordnete Legierungsschicht Cu-Zn-2 als Cu5Zn8 (γ-Phase) identifiziert werden. In both embodiments, the Zn coating is connected to the Cu core layer K via the Cu-Zn alloy layer Cu-Zn. In both cases, this alloy layer is present as a layer system composed of a Cu-lean alloy layer Cu-Zn-1 and a Cu-rich alloy layer Cu-Zn-2. By means of X-ray diffractometric structural analysis (XRD), the upper alloy layer Cu-Zn-1 adjoining the outer layer ZnM could be deposited as CuZn 6 (ε phase) and the second alloy layer Cu disposed between the first layer Cu-Zn-1 and the Cu core layer K. Zn-2 can be identified as Cu 5 Zn 8 (γ-phase).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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