DE2016042A1

DE2016042A1 - Verfahren zum überziehen eines Stahlblechs mit einer Zinkschicht

Info

Publication number: DE2016042A1
Application number: DE19702016042
Authority: DE
Inventors: Lawrence Ernest Glenshaw; Murray Michael Vincent Monroeville Pa* Helwig (V.St.A.)
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1969-04-04
Filing date: 1970-04-03
Publication date: 1970-12-03
Also published as: US3594214A; AU1317770A; FR2042988A6; BE748503R

Description

Verfahren zum Überziehen eines Stahlblechs mit einer Zinkschicht

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überziehen eines Stahlblechs mit einer Schutzschicht aus Zink mittels einer Metalldampfabscheidung im Vakuum. Das Verfahren eignet sich insbesondere für Stahlbleche mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird ein Stahlstreifen mit einem niedrigenvpiihienstoffgehalt kontinuierlich mit einer dünnen Schicht aus Eisen mittels Metalldampfabscheidung beschichtet. Diese Verfahrensstufe wird bei einer Temperatur von mindestens

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177 C und einem atmosphärischen Druck von nicht mehr 10 Torr durchgeführt. Unter ähnlichen Bedingungen wird der eisenbeschichtete Streifen dann einer Schnellbeschichtung mit Zink durch eine Metalldampfabscheidung unterworfen. Der Streifen wird dann gekühlt, um die Wärme zu entfernen, die durch die Metalldampfkondensation darauf adsorbiert worden ist. Anschließend wird in herkömmlicher Weise ein weiterer ZinkUberzug unter dem gleichen oder einem erhöhten atmosphärischen Druck angebracht, wobei die Gesamtdicke des aufgetragenen Zinks geringer sein muß als 0,0025^ om.

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtich.-lng. Axel Hanimann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann I MÖNCHEN 7, THERESIiNSTHASSE 33 · T.l.fem 211202 · Teltgramm-Adr.ii«. Llpatll/MOndun V.r.iiMbank München, Zw.igit. Oikar-von-Mlller-Wne, Kfo.-Nr. SM 495 · Poifich.tk-Kontoi MOnch.n Nr.U3397

Opp.nau«rB0roi rATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausbildung des in der Patentanmeldung P 16 21 376.6 beschriebenen Verfahrens zum Überziehen von Stahl mit einer metallischen Schutzschicht.

Es ist bekannt, daß metallische und nichtmetallische Materialien beschichtet werden können, indem ein Metalldampf unter Vakuumbedingungen aufkondensiert wird. In dem ÜS-Patent 2 970 068 ist beispielsweise ein Verfahren beschrieben, bei dem eine verbindende metallische Zwischenschicht zwischen dem Basismetall oder dem Substrat und der Oberflächenschicht aus dem Schutzmetall verwendet wird. Besteht die Schutzschicht aus Zink, dann muß diese niedergeschlagen werden, während der Streifen bei einer Temperatur von 177 C oder mehr gehalten wird, um ein Reißen des Verbundmaterials zu verhindern, wenn dieses einer Biegeprüfung bei 180°C unterworfen wird. Bei einer solchen Temperatur neigt das abgeschiedene Zink zu einer Wiederabdampfung und der Streifen kann nicht in wirksamer Weise in einem Hochvakuum gekühlt werden, um dies zu verhindern.

Es konnte festgestellt werden, daß das oben beschriebene Verfahren dadurch verbessert werden kann, daß nach der Abscheidung der beispielsweise aus Eisen bestehenden ersten Verbindungsschicht eine Schnellbeschichtung des Substrats mit Zink unter im wesentlichen den gleichen Bedingungen durchgeführt wird, wie sie bei der Abscheidung der Eisenschieht verwendet werden, nämlich mit einem Vakuum von etwa 10 Torr und einer Streifentemperatur von mindestens 177 C. Anschließend wird ein weiterer Zinküberzug auf das Substrat unter unterschiedlichen Bedingungen aufgetragen und zwar beispielsweise bei einem höheren atmosphärischen Druck (lO~ - 10~ Torr) und einer niedrigeren Temperatur. Die Gesamtdicke des aufgetragenen Zinks muß jedoch geringer sein als 0,0025^ cm.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Stahlblechs mit Zink, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Stahlblech auf mindestens 177° C erhitzt wird, durch eine Eisen-

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dampf enthaltende Vakuumkammer .durchgeführt wird, wobei eine Eisenschicht aogeschieden wird, dann durch eine zweite Zinkdampf enthaltende Vakuumkammer geführt wird, wobei eine Zink*- schicht über der Eisenschicht abgeschieden wird, dann unter , 177°C abgekühlt wird und ein weiterer Zinktiberzug angebracht wird,, wobei die gesamte Zinkschlpht einen geringeren purchmee^ ser besitzt.als, 0,00254 cm. _v . , . ,

Eine bevorzugte Ausführungsform des Verfab.rens naphjcler Erfin^ dung wird in der folgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Schema tischen Zeichnung, im einzelnen erläutert., .

Die Vorrichtung zur Durchführung einer bevorzugten &usführungs«· form des Verfahrens nach der Erfindung eignet sich zur kontinuier« liehen Behandlung eines dünnen StahlStreifens bzw«. Stahlbleehs mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt, beispielsweise einer geschwärzten Platte mit einer Abmessung von O_?Oi27 QM wis _s 0,0762 cm, die vorher gut gereinigt worden ist«. Das gtaiiltoaud _r wird in einer Serie von aufeina»deirf olgenden Kammern, <di§ im allgemeinen mit IO angegeben werden^ behaiadelt,* Der itahlstrei«- fen S wird von einer. Spule abgewipfcelt^ und iluroh eine in ge^ «igneter Ifeise abgedichtete Elnführungskamnier 11 durchgeführt_? die aiii einem Zwschendruck von beispielswe;lse ^-0 Ji>r worden ist» Von dort rückt der Stahlstreifen 3M eine kammer 12 vor_f die mit Heizspur«» 13 oder mit andeyeii geeignet ten Vorrichtungen ausgerüstet Ist._f um die Temperatur des Stahle Streifens auf mindestens ±TJ°G oder aiuf «ine höhere Temperatur zu bringen. Die Jiammer 12 wird auf ein«n Druek von nicht mehr

-_4 " *' "■ ·' -■-.-·"-■■■- . ■: --■■--■ als 10 Torr evakuiert'. Eine geringe Menge an Jiuftwird %n die Kammern 11 und 12 einströmen, Jedoch können die angegebenen Drucke durch herkömmliehe Vakuumpumpe aufrechterhalten werden, da der Druck von einer zur anderen Kammer .stufenweise abnimmt.

Der Stalilstreifen geht dann durch die Kammer 14* die eisenve*vdampfende Tiegel 15 enthält, und Mber die Führ ung sr ollen 1.5a» die so angeordnet sind, daß ein dünner Überzug aus isisen auf beiden Seiten des Stahlstreifens durch Dampfkondensation beim Vorüberfuhren über die Tiegel successive aufgebracht wird.

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Der Druck in der Kammer 14 wird auf einen Wert gehalten, der nicht größer ist als 10 Torr. Die Temperatur des Stahlstreifens sollte beim Überführen über die Tiegel nioht geringer sein als 177°C. Wird das Eisen bei einem Druck von ΙΟ""-⁵ Torr angebracht, dann oxydiert es und ist als Bindeschicht vollständig unwirksam. Die Tiegel oder ihr Inhalt können durch herkömmliche Vorrichtungen auf eine Temperatur erwärmt werden, die notwendig ist, um eine entsprechende Entwicklung von Eisendampf sicherzustellen. Als Heizvorrichtung kann beispielsweise eine Elektronenstrahlpistole verwendet werden, die so angeordnet wird, daß sie durch Beschüß die Oberfläche des Metalls in dem Tiegel erhitzt.

Nach Verlassen der Kammer 14 läuft der Stahlstreifen durch eine Kammer 16, in der er einer Zinkschnellbeschichtung unterworfen wird mittels Metalldampfkondensation. Das Metall wird aus den Tiegeln 17 verdampft, die den Tiegeln in Kammer 15 ähnlich sind. Die Temperatur des Stahlblechs und der Druck der Atmosphäre in der Kammer 16 werden im wesentlichen bei den gleichen Werten gehalten wie in der Kammer 14.

Nach der Schnellaufdampfung von Zink in der Kammer 16 kann die erwünschte Menge an Schutzmetall in einer ähnlichen Kammer 18 angebracht werden, die von der Kammer 16 durch Zwischenkammer und 19 ^x und einer Kühlkammer 20 abgetrennt ist, die mit Kontaktkühltrommeln 21 versehen ist. Die Kammer 18 braucht nicht stark evakuiert zu sein, obgleich eine gewisse Reduktion des atmosphärischen Drucks zu einer erleichterten Verdampfung der Materialien aus den Tiegeln 22 führt. Die Kammer 20 kann bei irgendwelchen geeigneten Drucken gehalten werden und zwar bis zu vollem atmosphärischen Druck, um die Kühlung des Streifens zu erleichtern.

Die gesamte Schichtdicke des aufgetragenen Zinks einschließlich der Sohnellbeschichtung und der letzten Beschichtung sollte geringer sein als 0,00254 cm, da die Beschichtung sonst nicht die notwendige Haftfähigkeit zeigt. Beschiohtungen bzw. Überzüge

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mit einer Dicke zwischen 0,00254t cm und 0,0190 cm haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Nach der endgültigen Beschichtung in Kammer 18 wird der Streifen durch eine letzte Vakuumkammer 23 geführt und bei 2h aufgespult oder in einer anderen Weise entfernt.

Durch das einfache und leicht durchführbare Verfahren nach der Erfindung werden starkhäftende Überzüge von Schutzmetallen auf einem Stahlblech in wirtschaftlicher Weise hergestellt.

Im Vakuum niedergeschlagene Zinküberzüge mit einer'Dicke von 0,127 mm, die,über im Vakuum niedergeschlagene Schichten eines jeden dieser Materialien hergestellt worden sind, zeigen eine hervorragende Haftfestigkeit beim ""Scotch"-Bandadhäsionstest, während ein direkt auf einem Stahlsubstrat niedergeschlagenes Zink leicht abblättert. Bei dem umgekehrten Wulst-Adhäsionstest (reverse bend adhesion test), bei dem vier 3-4 mm dicke Kanäle in den Versuchsproben gebildet werden, zwei Kanäle mit dem Überzug auf der konkaven Oberfläche und zwei Kanäle mit dem Überzug auf der konvexen Oberfläche, wobei sich die konkaven und konvexen Kanäle gegenseitig überschneiden und überkreuzen, wurden kein Verlust und keine Brüche bei einem 0,127 mm dicken Zinküberzug beobachtet.

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Claims

PATENTANSPRUCH

Verfahren zum Beschichten eines Stahlblechs ext Zink, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlblech auf Mindestens 177 C erhitzt wird, durch eine Eisendampf enthaltende Vakuumkammer durchgeführt wird, wobei eine Eisenschicht abgeschieden wird, dann durch eine zweite Zinkdampf enthaltende Vakuumkammer geführt wird, wobei eine Zinkschicht über der Eisenschicht abgeschieden wird, dann unter 177°C abgekühlt wird und ein weiterer Zinküberzug angebracht wird, wobei die gesamte Zinkschicht einen geringeren Durchmesser besitzt als 0,00254 cm.

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