DE19913531A1

DE19913531A1 - Verfahren zum Verzinken von Stahlblechen

Info

Publication number: DE19913531A1
Application number: DE19913531A
Authority: DE
Inventors: Thierry Schmitz
Original assignee: ELECTRO-RECHERCHE ISIGNY-LE-BUAT; Electro Recherche SARL
Current assignee: Groupe Electropoli Sa Saint James Fr
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 1999-10-07
Also published as: FR2776672B1; GB2335663A; BE1013517A3; ES2162725A1; GB2335663B; SE9901116D0; ES2162725B2; GB9905795D0; TR199900625A2; TR199900625A3; SE9901116L; IT1309081B1; ITTO990232A1; FR2776672A1; SE513833C2

Abstract

Verfahren zum Verzinken von Stahlblechen, insbesondere von montierten Blechen, wie Strukturteilen von Kraftfahrzeugen, die sich durch einen besonders hohen Gehalt an Silicium und Phosphor auszeichnen, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu behandelnde Teil in einer Vorbehandlungsstufe bei einer Temperatur in der Größenordnung von 38 DEG C in ein als Flußmittelbad bezeichnetes Vorbehandlungsbad, das zwischen 300 und 350 g/l Zinkchlorid und zwischen 100 und 150 g/l Ammoniumchlorid enthält, so eintaucht, daß dieses Teil mit einer Zwischenschicht überzogen wird, und das so überzogene Teil anschließend bei einer Temperatur zwischen 440 und 450 DEG C in ein Verzinkungsbad, das zwischen 0,05 und 0,20 Gew.-% Aluminium enthält, so eintaucht, daß ein Überzug mit einer homogenen Schichtdicke zwischen etwa 10 und 40 mum entsteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verzinken von Stahlblechen, insbesondere von montierten Blechen, wie Strukturteilen von Kraftfahrzeugen, die sich durch einen besonders hohen Gehalt an Silicium und Phosphor auszeichnen.

Auf allen Gebieten der Technik, wie beispielsweise der Automobil-, elektrischen Haushaltsgeräte-, Konservenfabrikindustrie usw. ist es hinreichend bekannt, daß man Eisen-, Guß- oder Stahlteile gegen Korrosion schützen muß.

Zu den Verfahren, die zur Durchführung dieses Schutzes am häufigsten verwendet werden, gehört das Verzinken, das bereits seit vielen Jahrzehnten bekannt ist.

Dieser Arbeitsschritt, der darin besteht, die zu schützenden Teile mit einer Schutzschicht auf Zinkbasis zu überziehen, kann entweder durch Imprägnieren in einem Bad aus geschmolzenem Zink (oder Walzenauftrag) oder durch elektrochemisches Verzinken erfolgen. Der Belag, dessen Schichtdicke regulierbar sein muß, kann gegebenenfalls auf allen Flächen des Teils aufgebracht werden. Er besteht aus reinem oder mit Elementen wie beispielsweise Nickel, Zinn, Kupfer, Blei, Eisen, Cobalt oder auch Aluminium versetztem Zink.

Es sei insbesondere darauf hingewiesen, daß durch Zugabe von Aluminium der Glanz der Verzinkungsüberzüge verbessert, die Oberflächen oxidation des Zinks verringert, das Fließvermögen des Bads verbessert und die Zink-Eisen-Reaktion, die zur Erzielung der Schichtdicke beiträgt, gesteuert werden kann.

In der Tat müssen die Verzinkungsüberzüge, damit sie zufriedenstellend sind, ein einheitliches, fleckenfreies, glänzendes Aussehen und des weiteren eine homogene Schichtdicke aufweisen, die in der Regel in der Größenordnung von 10 bis 40 µm liegt.

Unter den aluminiumhaltigen Verzinkungsbädern unterscheidet der Fachmann gewöhnlich folgende Typen:

- Bäder mit niedrigem Aluminiumgehalt, die etwa 0,005% Aluminium enthalten,
- Bäder mit mittlerem Aluminiumgehalt, die etwa 0,2% Aluminium enthalten,
- die als "Poligalva" bezeichneten Bäder, die 0,04% bis 0,05% Aluminium enthalten.

Auch wenn alle unlegierten Stähle und Tempergußteile einer Behandlung in einem aluminiumhaltigen Verzinkungsbad auf zufriedenstellende Weise unterzogen werden können, so gilt das nicht für bestimmte legierte Stähle, insbesondere Stähle mit hohen Silicium- und Phosphorgehalten. Im Falle solcher Stähle führt der Verzinkungsvorgang zur Bildung von Überzügen mit einem grauen, fleckigen und matten Aussehen, das vom ästhetischen Gesichtspunkt nicht zufriedenstellend ist. Außerdem wird durch die besonders hohen Silicium- und Phosphorgehalte im zu behandelnden Stahl normalerweise das Wachstum der Zink- Eisen-Legierungsschichten beschleunigt, aufgrund dessen die erhaltenen Überzüge eine höhere Schichtdicke aufweisen und weniger stoßfest sind (Abblättergefahr bei Einwirkung von punktförmigen Stößen).

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß bei siliciumhaltigen Stählen die Schichtdicke des Verzinkungsüberzugs keine lineare Abhängigkeit vom Siliciumgehalt zeigt, wie durch die in Abb. 1 dargestellte Sandelin-Kurve bewiesen wird, die die Änderungen der Dicke einer auf einem Stahlteil abgeschiedenen Verzinkungsschicht in Abhängigkeit vom Siliciumgehalt dieses Stahls zeigt.

Dieser Abbildung zufolge kann man zwei durch einen Siliciumgehalt von 0,1% getrennte Bereiche unterscheiden: die Stähle mit einem unter dieser Grenze liegenden Siliciumgehalt werden als "Hyposandelin" bezeichnet, während die Stähle mit einem über dieser Grenze liegenden Siliciumgehalt als "Hypersandelin" bezeichnet werden.

Aus dieser Abbildung geht deutlich hervor, daß das Wachstum der Verzinkungsschicht beim Annähern an einen Siliciumgehalt von 0,1% sehr rasch verläuft, wobei die gebildeten Schichten in diesem Bereich dick, zerbrechlich und grau sind.

Zur Unterbindung dieser Erscheinungen wurden Normen erstellt, die von den zur Verzinkung vorgesehenen Stählen erfüllt werden müssen, wie z. B. die Norm NF A 35-503. Laut Definition dieser Norm unterscheidet man zwei Stahlgruppen in Abhängigkeit ihres Silicium- und Phosphorgehalts.

Gruppe 1: Si ≦ 0,03% und Si + 2,5 P ≦ 0,09%
Gruppe 2: Si ≦ 0,04% und Si + 2,5 P ≦ 0,11%.

Die Definition dieser Gruppen erfolgte in Abhängigkeit von der statistischen Verteilung der Silicium- und Phosphorgehalte.

Es ist allgemein anerkannt, daß Stähle mit höheren Silicium- und Phosphorgehalten als den angegebenen nicht auf zufriedenstellende Weise verzinkt werden können und daß sogar im Falle der Stähle aus Gruppe 2 eine gewisse Gefahr besteht, daß ein matter und fleckiger Überzug höherer Schichtdicke entsteht, wenn die Gehalte nahe der Höchstgrenze liegen.

Es sei darauf hingewiesen, daß durch die Vermarktung des als "Poligalva" bezeichneten Verfahrens diese Nachteile zu einem gewissen Grad gemildert wurden, ohne jedoch ganz zufriedenzustellen. Des weiteren war es bisher, insbesondere aufgrund der Haftungsprobleme der Überzüge, die bei solchen Aluminiumgehalten festgestellt wurden, nicht möglich, die Aluminiumgehalte der Verzinkungsbäder auf Prozentanteile zwischen 0,05% und 0,20% zu erhöhen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen, indem ein Verfahren zum Verzinken von Stahlblechen, insbesondere von montierten Blechen, wie z. B. Strukturteilen von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen wird, die sich durch einen besonders hohen Silicium- und Phosphorgehalt auszeichnen, der es ermöglicht, einen Überzug mit homogener Schichtdicke sowie einheitlichem, fleckenfreiem und glänzendem Aussehen herzustellen, der vom ästhetischen Gesichtspunkt weitgehend zufrieden stellend ist.

Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man das zu behandelnde Teil in einer Vorbehandlungsstufe bei einer Temperatur in der Größenordnung von 38°C in ein als "Flußmittelbad" bezeichnetes Vorbehaüdlungsbad, das zwischen 300 und 350 g/l Zinkchlorid und zwischen 100 und 150 g/l Ammoniumchlorid enthält, so eintaucht, daß dieses Teil mit einer Zwischenschicht überzogen wird, und das so überzogene Teil anschließend bei einer Temperatur in der Größenordnung von 440 bis 450°C in ein Verzinkungsbad eintaucht, das zwischen 0,05 und 0,20 Gew.-% Aluminium enthält.

Überraschenderweise lassen sich durch die erfindungsgemäße Abscheidung einer Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des zu behandelnden Teils und der Verzinkungsschicht die bei der Verwendung von "Polygalva"-Bädern mit einem Aluminiumgehalt zwischen 0,05 und 0,2% auftretenden Probleme beseitigen und Verzinkungsschichten herstellen, die eine homogene Schichtdicke zwischen etwa 10 und 40 µm aufweisen und in bezug auf Haftung und Ästhetik vollkommen zufriedenstellend sind.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß das zu behandelnde Teil in der Regel etwa 30 Sekunden lang in das Flußmittelbad und anschließend etwa 2 bis 6 Minuten lang in das Verzinkungsbad getaucht werden sollte.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liegt der pH-Wert des Flußmittelbads zwischen 2 und 3 und vorzugsweise in der Größenordnung von 2,5.

Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung lassen sich durch Verwendung eines Flußmittelbads, das etwa 323 g/l Zinkchlorid und etwa 122 g/l Ammoniumchlorid enthält, Teile jeder Stahlart und insbesondere solche aus silicium- und phosphorhaltigem Stahl auf zufriedenstellende Weise verzinken.

Es konnte festgestellt werden, daß solch eine Vorbehandlung dazu führt, daß auf dem zu behandelnden Teil eine Zwischenschicht folgender Zusammensetzung aufgetragen wird:

40 < Zn < 46%
54 < NH₄Cl < 60%.

Die Erfahrung konnte ebenfalls zeigen, daß das Verzinkungsbad vorzugsweise zwischen 0,090 und 0,110 Gew.-% Aluminium und weiterhin gegebenenfalls zwischen 1,0 und 1,5 Gew.-% Blei enthalten muß.

Als Nachweis für den besonders vorteilhaften Charakter des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden Stahlteile mit hohen Silicium- und Phosphorgehalten nach diesem Verfahren verzinkt.

Abb. 2 zeigt die Änderungen der Schichtdicke des so erhaltenen Verzinkungsüberzugs (in µm) in Abhängigkeit vom Si+2,5P-Gehalt (in %) dieser Stähle.

Diese Abbildung stellt einen deutlichen Beweis dafür dar, daß sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, ungeachtet des Stahltyps, Überzüge mit einer homogenen Schichtdicke zwischen etwa 10 und 40 µm herstellen lassen.

Claims

1. Verfahren zum Verzinken von Stahlblechen, insbesondere von montierten Blechen, wie Strukturteilen von Kraftfahrzeugen, die sich durch einen besonders hohen Gehalt an Silicium und Phosphor auszeichnen, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu behandelnde Teil in einer Vorbehandlungsstufe bei einer Temperatur in der Größenordnung von 38°C in ein als Flußmittelbad bezeichnetes Vorbehandlungsbad, das zwischen 300 und 350 g/l Zinkchlorid und zwischen 100 und 150 g/l Ammoniumchlorid enthält, so eintaucht, daß dieses Teil mit einer Zwischenschicht überzogen wird, und das so überzogene Teil anschließend bei einer Temperatur zwischen 440 und 450°C in ein Verzinkungsbad, das zwischen 0,05 und 0,20 Gew.-% Aluminium enthält, so eintaucht, daß ein Überzug mit einer homogenen Schichtdicke zwischen etwa 10 und 40 µm entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu behandelnde Teil etwa 30 Sekunden lang in das Flußmittelbad eintaucht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Flußmittelbads zwischen 2 und 3 und vorzugsweise in der Größenordnung von 2, 5 liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittelbad etwa 323 g/l Zinkchlorid und etwa 122 g/l Ammoniumchlorid enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu behandelnde Teil mit einer Zwischenschicht folgender Zusammensetzung überzieht:
40 < Zn < 46%
54 < NH₄Cl < 60%.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das zu behandelnde Teil etwa 2 bis 6 Minuten lang in das Verzinkungsbad eintaucht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzinkungsbad zwischen 0,090 und 0,110 Gew.-% Aluminium enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzinkungsbad zwischen 1,0 und 1,5 Gew.-% Blei enthält.