DE19610366C2 - Verfahren zum galvanotechnischen Aufbringen einer Zinkschicht auf die Oberfläche eines Bauteils aus einem hochfesten Stahl - Google Patents
Verfahren zum galvanotechnischen Aufbringen einer Zinkschicht auf die Oberfläche eines Bauteils aus einem hochfesten StahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum galvanotechnischen
Aufbringen einer Zinkschicht auf die Oberfläche eines Bau
teils aus einem hochfesten Stahl, insbesondere aus einem
niedriglegierten hochfesten Stahl. Der Ausdruck Zink umfaßt
im Rahmen der Erfindung auch Zinklegierungen. Herrschende
Technologien zum galvanotechnischen Aufbringen von Zink
schichten sind z. B. beschrieben in LPW "Taschenbuch für
Galvanotechnik" Band 1 (1988) S. 260 bis 281. Sie haben
sich bewährt und sind auch im Rahmen der Erfindung einsetz
bar. Die Zinkschicht dient auf Bauteilen aus einem hoch
festen Stahl und auf anderen metallischen Oberflächen dem
Korrosionsschutz.
Wird die Oberfläche eines Bauteils aus einem hochfesten
Stahl galvanotechnisch mit einer Zinkschicht versehen, so
zeigt das Bauteil häufig Versprödungserscheinungen. Dieses
Phänomen beruht darauf, daß in dem wässrigen System, wel
ches der Elektrolyt für das Aufbringen der Zinkschicht dar
stellt, elementarer Wasserstoff an der Bauteiloberfläche
entsteht, der in das Bauteil diffundieren kann und nach
Maßgabe der Diffusionspotentiale mit mehr oder weniger
hoher Diffusionsgeschwindigkeit hineindiffundiert. Die
Praxis spricht von wasserstoffinduzierter Versprödung. Sie
führt zu dem sogenannten verzögerten Sprödbruch der
Bauteile.
Um die wasserstoffinduzierte Versprödung beim galvanotech
nischen Aufbringen einer Zinkschicht auf die Oberfläche
eines Bauteils aus einem hochfesten Stahl zu vermeiden,
sind umfangreiche Untersuchungen durchgeführt worden. Sol
che führten zu dem Vorschlag (vgl. Galvanotechnik D-88348
Saulgau, 85, 1994, Nr. 3, Seiten 767 bis 773), im Anschluß
an das galvanotechnische Aufbringen der Zinkschicht eine
als Tempern bezeichnete Nachbehandlung in Form einer lang
stündigen Wärmebehandlung bei Temperaturen von bis zu 250°
C durchzuführen, um den in das Bauteil hineindiffundierten
elementaren Wasserstoff zu effundieren, d. h. auszutreiben.
Diese Nachbehandlung führt nicht sicher zu reproduzierbaren
Ergebnissen, weil die aufgebrachte Zinkschicht die Effusion
behindert oder sogar blockiert. Das gilt auch für Verfah
rensweisen, bei denen die Zinkschicht in zwei Stufen, zwei
schichtig, aufgebracht wird und das Tempern nach Aufbringen
der ersten Schicht durchgeführt wird.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, beim
Aufbringen einer Zinkschicht auf die Oberfläche eines Bau
teils aus einem hochfesten Stahl, insbesondere aus einem
niedriglegierten hochfesten Stahl, die wasserstoffindu
zierte Versprödung sicher und reproduzierbar zu verhindern.
Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der
Erfindung ein Verfahren zum galvanotechnischen Aufbringen
einer Zinkschicht auf die Oberfläche eines Bauteils aus
einem hochfesten Stahl, insbesondere aus einem niedrig
legierten hochfesten Stahl, mit den folgenden Verfahrens
schritten:
- 1. 1.1) Das Bauteil erfährt eine chemisch neutrale Entfettung,
- 2. 1.2) das chemisch neutral entfettete Bauteil wird mit anorganischer Säure gebeizt,
- 3. 1.3) das gebeizte Bauteil wird unmittelbar nach dem Beizen bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 120°C getempert, um beim Beizen in das Bauteil eindiffundierten elementaren Wasserstoff auszu treiben, wobei das Tempern in einer Umgebung durchgeführt wird, die, abgesehen von dem ausge trieben Wasserstoff, elementaren Wasserstoff nicht oder praktisch nicht enthält,
- 4. 1.4) auf das getemperte Bauteil wird die Zinkschicht galvanotechnisch mit der Maßgabe abgeschieden, daß bei der Abscheidung der Zinkschicht auf der Oberfläche des Bauteils in der Grenzschicht zum Elektrolyten hin die Entstehung von elementarem Wasserstoff verhindert wird oder durch eine im Zinkelektrolyten enthaltene Fangsubstanz für ele mentaren Wasserstoff die Anwesenheit von elemen taren Wasserstoff unterdrückt wird.
Chemisch neutrale Entfettung bezeichnet Entfettungsmaßnah
men, die die Oberfläche des Bauteils chemisch nicht angrei
fen und Chemiereste nicht zurücklassen. Die chemisch neu
trale Entfettung erfolgt im allgemeinen bei erhöhten Tempe
raturen von z. B. 60 bis 70°C. Der Beizvorgang dient, wie
üblich, dazu, die Oberfläche des Bauteils für die galvano
technisch aufzubringende Zinkschicht aufnahmefreudig zu
machen (LPW "Taschenbuch für Galvanotechnik" Band 1 (1988),
S. 111 bis 117). Die
Beizdauer beträgt z. B. drei bis zehn Minuten, vorzugsweise
etwa fünf Minuten, je nach Stahlwerkstoff und Oberflächen
zustand. Erfindungsgemäß wird die Zinkschicht wasserstoff
inaktiv galvanotechnisch abgeschieden. Darunter wird ver
standen, daß bei der Abscheidung der Zinkschicht auf der
Oberfläche des Bauteils in der Grenzschicht zum Elek
trolyten hin die Entstehung von elementarem Wasserstoff
verhindert oder die Anwesenheit von elementarem Wasserstoff
unterdrückt wird.
Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere
Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Durch Einfachheit und Funk
tionssicherheit ausgezeichnet ist die Maßnahme, die
chemisch neutrale Entfettung als Abkochentfettung in Wasser
durchzuführen, z. B. bei Temperaturen von etwa 60°C. Nach
bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird das chemisch
neutral entfettete Hauteil in einer Mineralsäure gebeizt.
Mineralsäure bezeichnet z. B. eine Säure der Gruppe
Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Salpetersäure.
Von besonderer Bedeutung ist im Rahmen der Erfindung das
Tempern, welches in einer Umgebung durchzuführen ist, die
freien Wasserstoff nicht oder praktisch nicht enthält. So
kann das Tempern in einem Wasserbad durchgeführt werden.
Wird im Rahmen der galvanotechnischen Behandlung das Bau
teil ohnehin in einem elektrolytischen Bad anodisch
entfettet, so besteht die vorteilhafte Möglichkeit, das
Tempern in dem elektrolytischen Bad zum anodischen
Entfetten durchzuführen. Es besteht aber auch die
Möglichkeit, das Tempern in einem Temperofen mit Schutzgas
atmosphäre durchzuführen.
Um beim Abscheiden der Zinkschicht wasserstoffinaktiv zu
arbeiten, bestehen mehrere Möglichkeiten. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform wird auf das getemperte Bauteil
eine in bezug auf die aufzubringende Zinkschicht dünne
Nickelschicht zur Wasserstoffinaktivierung galvanotechnisch
aufgebracht und darauf wird die Zinkschicht galvano
technisch abgeschieden. Es empfiehlt sich dabei, die
Nickelschicht in einer Dicke von zumindest 3 µm
aufzubringen. Bei einer anderen Ausführungsform der
Erfindung wird auf das getemperte Bauteil die Zinkschicht
aus einem sauren Zinkelektrolyten galvanotechnisch
abgeschieden, welchem Zinkelektrolyten zur Wasserstoff
inaktivierung eine organische Fangsubstanz für elementaren
Wasserstoff beigegeben worden ist. Vorzugsweise wird dazu
mit einer Substanz gearbeitet, wie sie im Patentanspruch 10
angegeben worden ist.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß beim Beizen
des mit der Zinkschicht zu versehenden Bauteils nach Maßga
be des Merkmals 1.2) in den Oberflächenbereich des Bauteils
eindiffundierter elementarer Wasserstoff unmittelbar im An
schluß an das Beizen durch eine Wärmebehandlung problemlos
effundiert werden kann. Überraschenderweise tritt wasser
stoffinduziertes Verspröden der Bauteile beim anschließen
den Verzinkungsvorgang nicht ein, wenn im Anschluß an die
Effusionsbehandlung die Verzinkung nach Maßgabe des
Merkmals 1.4) durchgeführt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs
beispielen erläutert. Im Rahmen der Ausführungsbeispiele
wird mit bezüglich der Wasserstoffversprödung hochkri
tischen Materialien gearbeitet. Ob ein Bauteil hochkritisch
ist, kann nicht ohne weiteres durch Messung makroskopischer
Größen entschieden werden, sondern praktisch nur durch
Wasserstoffaufladung in z. B. einer definierten Beize und
anschließenden definierten Verformungen. So wurde auch in
den folgenden Beispielen gearbeitet.
Beispiel 1: Kritische Sicherungsringe werden in einem
Standard-Arbeitsgang in herkömmlichen, alkalischen Reini
gungsmitteln durchgeführt:
- 1. Abkochentfetten bei 60°C, 10 min
- 2. Gebeizt in nicht inhibierter 40%iger Salzsäure, 25°C, 5 min
- 3. Elektrolytisches, anodisches Entfetten bei 25°C, 5 min
Nach dem Trocknen werden die an einer Seite offenen Ringe
um 30° aufgeweitet. Von 100 Ringen brachen 97. Im Urzustand
waren keine gebrochen. - Damit ist gezeigt, daß durch die
übliche Vorbehandlung die Ringe spröde geworden sind.
Beispiel 2: Die kritischen Sicherungsringe wurden wie im
Beispiel 1 behandelt jedoch mit dem Unterschied, daß die
elektrolytische Entfettung bei 95°C, 5 min durchgeführt
wurde. - Von 100 Ringen brach keiner.
Beispiel 3: Wie im Beispiel 2 wurden kritische Sicherungs
ringe behandelt und in einem schwachsauren Zinkbad mit
30 g/l Zink
130 g/l Cl
25 g/l Borsäure
130 g/l Cl
25 g/l Borsäure
und nichtionisches und anionisches Tensid,
Benzoat und Benzalaceton
und weitere handelsübliche Additive verzinkt,
Schichtstärke 6 µm.
Beim Aufweiten brachen von 100 98 Stück der Sicherungs
ringe.
Beispiel 4: Wie im Beispiel 3 wurden die kritischen Siche
rungsringe behandelt mit dem Unterschied, daß dem Zinkbad
zusätzlich 3 g/l Butin-2-diol 1,4 zugesetzt wurde. - Jetzt
brachen von 100 nur noch 5 der Sicherungsringe.
Beispiel 5: Die kritischen Sicherungsringe wurden wie im
Beispiel 3 behandelt, jedoch mit dem Unterschied, daß vor
dem Aufbringen der Zinkschicht eine 3 µm dicke Nickel
schicht, abgeschieden aus einem handelsüblichen und in der
einschlägigen Literatur beschriebenen Halbglanznickel
elektrolyten, abgeschieden worden war. - Von 100 aufge
bogenen Sicherungsringen brach keiner.
Claims (10)
1. Verfahren zum galvanotechnischen Aufbringen einer Zink
schicht auf die Oberfläche eines Bauteils aus einem hoch
festen Stahl, insbesondere aus einem niedriglegierten hoch
festen Stahl, mit den folgenden Verfahrensschritten:
- 1. 1.1) Das Bauteil erfährt eine chemisch neutrale Ent fettung,
- 2. 1.2) das chemisch neutral entfettete Bauteil wird mit anorganischer Säure gebeizt,
- 3. 1.3) das gebeizte Bauteil wird unmittelbar nach dem Beizen bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 120°C getempert, um beim Beizen in das Bauteil eindiffundierten elementaren Wasserstoff auszu treiben, wobei das Tempern in einer Umgebung durchgeführt wird, die, abgesehen von dem ausge triebenen Wasserstoff, elementaren Wasserstoff nicht oder praktisch nicht enthält,
- 4. 1.4) auf das getemperte Bauteil wird die Zinkschicht galvanotechnisch mit der Maßgabe abgeschieden, daß bei der Abscheidung der Zinkschicht auf der Oberfläche des Bauteils in der Grenzschicht zum Elektrolyten hin die Entstehung von elementarem Wasserstoff verhindert wird oder durch eine im Zinkelektrolyten enthaltene Fangsubstanz für ele mentaren Wasserstoff die Anwesenheit von elemen tarem Wasserstoff unterdrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die chemisch neutrale
Entfettung als Abkochentfettung durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das
chemisch neutral entfettete Bauteil in einer Mineralsäure
gebeizt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Tempern in einem Wasserbad durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Tempern in einem elektrolytischen Bad für die anodische
Entfettung durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das
Tempern in einem Temperofen mit Schutzgasatmosphäre durch
geführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei auf
das getemperte Bauteil eine in bezug auf die aufzubringende
Zinkschicht dünne Nickelschicht zur Wasserstoffinaktivie
rung galvanotechnisch aufgebracht und darauf die Zink
schicht galvanotechnisch abgeschieden wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Nickelschicht in
einer Dicke von zumindest 3 µm aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei auf
das getemperte Bauteil die Zinkschicht aus einem sauren
Zinkelektrolyten galvanotechnisch abgeschieden wird, dem
zur Wasserstoffinaktivierung eine organische Fangsubstanz
für elementaren Wasserstoff beigegeben worden ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine organische Sub
stanz der Gruppe der ungesättigten aliphatischen Verbindun
gen oder Mischungen davon dem sauren Zinkelektrolyten bei
gegeben werden.
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1996
- 1996-03-16 DE DE1996110366 patent/DE19610366C2/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (5)
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| DE-B.: LPW "Taschenbuch für Galvanotechnik" Bd.1, 1988, S.111-117, 126-129, 131-134, 260-281 * |
| DE-Z.: Galvanotechnik 69, 1978, Nr.8, S.717-718 * |
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