DE2063603A1

DE2063603A1 - Verfahren zum Aufbringen eines Über zugs auf ein verzinktes Stahlprodukt

Info

Publication number: DE2063603A1
Application number: DE19702063603
Authority: DE
Inventors: Minoru Yokohama; Shima Noboru Kawasaki; Araragi Masao Chigasaki; Kanagawa Mizuno (Japan)
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1969-12-27
Filing date: 1970-12-23
Publication date: 1971-07-15
Also published as: GB1281767A; CA940783A; FR2074295A5; ZA708648B; NL7018750A; AU2358370A; JPS4930343B1

Description

Patentanwalt Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel ^Dr· ^rer· ^nat Wolf-Dieter Henkel

757 Baden-Baden Balg Dipl.-Ing. Ralf M. Kern

Waidgasse 20 8 München 90

Tel.:(07221)63427 2063603 Eduard-Schmld-Str. 2

Talagr.-Adr.: Eltlpiold Bsd«n-Bad*n Tel.: (0811) 225197 Ttlcgr.-Adr.t Elltpwtd Mond»·«

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Nippon Kokan Kabushiki Kaisha Tokio, Japan

Ab 16.9.70 neue Telefon - Nr. 66 31 97

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Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs auf ein verzinktes Stahlprodukt

Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zum schnellen korrosionssicheren Beschichten von verzinkten Metallprodukten, In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird ein mit Kunststoff zu beschichtendes Stahlrohr mit Säure und Wärme behandelt, um eine Mehrfach-Oxydationswirkung zu erzielen.

Verzinkte Stahlprodukte können für Aufgaben, bei denen ein normaler Grad an Korrosionsbeständigkeit gefordert wird, nach einfachem Entfetten mit einem Färb- bzw. Lacküberzug versehen werden· Bestimmte verzinkte Produkte, wie Stahlrohre, werden jedoch in der Erde vergraben oder als Teile von Schutzschienen, Leitplanken bzw. Geländern verwendet, welche Regen und Wind ausgesetzt sind, oder als Teile von Pfosten für elektrische Leitungen eingesetzt. Diese Teile müssen einen hohen Korrosionsbeständigkeitsgrad besitzen, wobei litre mangelhafte Haftungsfähigkeit zu schlechten überzügen führt. Bei einem herkömmlichen Verfahren, witfd daher die Oberfläche des verzinkten Gegenstands zunächst mit Drahtbürsten behandelt, entfettet und einer Behandlung mit Phosphorsäure oder Chromat unterzogen, worauf ein Vorstrich bzw. eine Grundierung, beispielsweise mittels einer Waschgrundierung, aufgetragen

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wird. Anschließend wird ein korrosionsfester Anstrich aufgebracht, beispielsweise ein solcher auf Epoxyharz-Basis. Das Besuchten von verzinkten Stahlprodukten mit Kunststoffen wird praktisch auf die gleiche Weise wie vorstehend erläutert durchgeführt. In jedem Fall ist jedoch das Verfahren sehr umständlich und unwirksam. Im speziellen Fall der Beschichtung mit einem pulverförmigen Polyolefinharz ist es wegen seiner strukturellen Eigenschaften noch schwieriger, einen gut anhaftenden Überzugsfilm zu erzielen. Infolge dieses bekannten Umstände wird dieses Kunstharz selten auf Produkte mit ver- W zinkter Oberfläche aufgetragen.

Die Erfindung zielt auf die Schaffung eines neuartigen Verfahrens zur Beschichtung von verzinkten Gegenständen ab, welches beispielsweise den Auftrag eines pulverförmigen Kunstharzüberzugs ermöglicht. Anstelle der komplizierten und aufwendigen und - nebenbei gesagt - praktisch unwirksamen Vorbehandlungen wird die Oberfläche des Gegenstands beim erfindungsgemäßen Verfahren mit einer verdünnten Lösung aktiviert, beispielsweise mit einer Salzsäurelösung«, Unmittelbar nach der Aktivierung wird die Oberfläche zur Entfernung der Säure mit Wasser gewaschen und sodann unmittelbar oder mittelb bar erwärmt, um die Temperatur in kurzer Zeit auf einen vorbestimmten Wert zu erhöhen und hierdurch die durch die Säurebehandlung und Erwärmung hervorgerufenen Mehrfach-Oxydationswirkungen zu erzielen. Auf diese Weise ermöglicht die Erfindung die Ausbildung einer glatten Oberfläche mit guter Korrosionsbeständigkeit und verbessert die Haftung von Kunststoffen, Farbanstrichen und dgl. an der Oberfläche der Produkte.

Erfindungsgemäß erfolgt das Vorwärmen innerhalb einer kurzen Zeitspanne, um die Temperatur für das Beschichten auf einen vorbestimmten Punkt zu erhöhen. Die aktivierte Oberfläche des verzinkten Gegenstands zusammen mit der Wärmebehandlung macht jegliche längere Erwärmung Überflüssig« Es ist somit

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möglich, sowohl einen sauberen bzw. glatten Uberzugsfilm als auch gute Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Die Korrosionsfreiheit der beschichteten Oberfläche wird nicht beeinträchtigt, während weiterhin die Haftfähigkeit gegenüber pulverförmigen Kunststoffen, insbesondere nichtpolaren Kunstharzen wie Polyolefinharze, und Farbanstrichen wesentlich verbessert wird.

Die Säurebehandlung kann unter Verwendung von verdünnter Salzsäure mit einem bevorzugten Konzentrationsbereich von 1 - 5 % erfolgen. Obgleich die Behandlung auch mit mehr als 5^-iger Säure durchgeführt werden kann, ist es vom Sicherheitsstandpunkt aus vorteilhaft, die Konzentration auf unter 10$ zu halten, um übermäßige Oxydation zu vermeiden. Andere Säuren, wie Schwefelsäure, Salpetersäure, Chromsäure, Phosphorsäure usw., welche den erfindungsgemäßen Zweck erfüllen, können ebenfalls verwendet werden. Vorzugsweise dauert die Säurebehandlung höchstens 10 min und vorzugsweise höchstens 5 min.

Wenn die Erwärmungstemperatur übermäßig hoch wird, wird durch Schmelzen der Zinkschicht (Verschmelzungspunkt 420°C) die galvanisierte Schicht aufgrund der Entwicklung einer Legierungsschicht aufgebrochen, wodurch eine Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit nach der Beschichtung hervorgerufen wird. Vorzugsweise liegt die Erwärmungstemperatur unter 3¹K)⁰C und die Erwärmungszeit bei höchstens 20 min und vorzugsweise bei höchstens 10 min.

Zusammenfassend bezweckt die Erfindung mithin die Behandlung 'von verzinktem Stahl mit verdünnter Säure, Waschen des Stahls, schnelle Erwärmung des verzinkten Stahls auf eine vorbestimmte Temperatur und Beschichtung des Stahls. In der folgenden Beschreibung ist die Wärmebehandlung zeitweilig als Vorwärmung bezeichnet. - 4 -

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Zum besseren Verständnis ist die Erfindung im folgenden anhand von Beispielen erläuterte

Beispiel 1

Es wurde folgendes Stahlrohr verwendet, das mit geschmolzenem Zink plattiert worden wars

Wanddicke 3,2 -mm

Länge 7 w

Durchmesser 100 mm _%

Dieses Rohr wurde wie folgt behandelt;

(a) Entfettung der Oberfläche mit Hilfe von Trichlorethylen.

(b) Säurebehandlung: 5#-ige Salzsäure, 1-3 min lang.

(c) 1-2 min langes Spülen mit Wasser.

(d) Vorwärmungϊ Die Oberflächentemperatur der Zinkschicht wurde

durch Direktbeheizung mittels eines Gasbrenners in etwa 5-10 min auf 520⁰C erhöht.

(e) Beschichtung mit pulverförmigem Polyäthylens

Polyäthylen mit Schmelzindex 14,0 wurde nach de'tn Hochdruckverfahren auf das Rohr aufgetragen, während dieses gedreht wurde.

(f) Nacherwärmungs

Etwa 1 min lang mit einem Infrarot-Brenner, um die Oberflächentemperatur auf 200 C zu erhöhen.

(g) Kühlung durch Berieseln mit Wasser.

Erforderliche Gesamtzeit: Etwa 20 min.

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Ergebnisse: Adhäsion: > 20 kg/10 mm Breite.

Adhäsionsprüfung nach ASTM D1238-52T, Der Angriff auf die Zinkschicht war vernachlässigbar, da nur ein geringer Einfluß auf ihre Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit festzustellen war.

Beispiel 2

Ss wurde mit Schmelzzink plattiertes Stahlrohr folgender Abmessungen verwendet:

Wanddicke 4,0 mm
Länge 1 m
Durchmesser · Ö9 mm

Die Beschichtungstemperatür entsprach der Temperatur der plattierten Oberfläche. Folgende Verfahrensschritte wurden durchgeführt:

(a) Bürsten: Etwa 1 min lang mit Scotch-brite Nr. 100.

(b) Entfettung: Trichloräthylen.

(c) Säurebehandlung: 2-5 min; 1^-ige Salzsäure.

(d) Spülen mit Wasser: 1-2 min.

(e) Vorwärmen: 5 min langes indirektes Beheizen mit einem

Oasbrenner, Oberflächentemperatur 280 C.

(f) Beschichten mit pulverförmigem Polyäthylen: Äthylenvinylacetat-Copolymerharz (Schmelzindex 7,0) durch Pluidutn-Eintauchen.

(g) Kühlen durch Eintauchen in Wasser.

Erforderliche Gesamtzeit: Etwa 15 min.

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Ergebnisse: Adhäsion; Die Beschichtung blätterte nicht ab.

Die Verschlechterung der Zinkschicht hatte wenig Einfluß auf die Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit. -

Beispiel 3 Probes Durch Elektroplattieren verzinkte Leitplanke:

Blechdicke	4	mmm
Breite	500	mm
Länge	5	m '

Folgende Behandlungen wurden durchgeführt:

(a) Entfetten: mit Trichloräthylen»

(b) Säurebehandlung: 350 s lang mit 10$-iger Salzsäure.

(c) Spülen mit Wasser: JQ s langes Eintauchen in warmes

Wasser.

(d) Vorwärmen: Infrarot-Beheizung mit Gasbrenner auf eine

Oberflächentemperatur von 18O - 200⁰C nach 20 min.

(e) Beschichten mit pulverförmiger)! Epoxy-Harz durch Besprühen

(f) Kühlen in Luft.

Erforderliche Gesamtzeit: Etwa 15 min.

Ergebnisse: Adhäsion: Beschichtung blätterte nicht ab untd es war nur eine geringe Verschlechterung der Zinkschicht vorhanden.

Im Vergleich zu den nach herkömmlichen Verfahren gebildeten Filmen ist bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und unter den angegebenen Bedingungen gebildeten Beschichtungsfilm

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eine bemerkenswerte Verbesserung der Adhäsion zu beobachten-Außerdem führen die kostensparende Säurebehandlung und die einfache Verfahrensführung zu kürzerer Beschichtungszeit, wodurch die Fertigungskosten herabgesetzt werden und die Korrosionsbeständigkeit verbessert wird.

Das folgende Beispiel 4 veranschaulicht ein bereits verwendetes Verfahren, während das sich anschließende Beispiel 5 wiederum ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert.

Beispiel 4

Probe: Verzinkter Pfosten;

Durchmesser: I50 ■ Länge 1000 mm

Verfahrensschritte:

(a) Bürsten: Abschleifen bzw. Abreiben mit Nr.

Scotch- trite-Folie während 2 min.

(b) Vorbehandlung für den Vorstrich: etwa 5 min.

(c) Haupt-Beschichtung: 3 min (Waschgrundierung-Auftrag).

(d) Trocknen: 3 Std, bei Raumtemperatur.

(e) Vorbereitung für zweite Beschichtung: etwa 5 min.

(f) Zweite Beschichtung: J min; Kohlenteer-Epoxyanstrich.

(g) 3 Std. langes Trocknen in einem Ofen.

Erforderliche Gesamtzeit: 6 Std. und 18 min.

Beispiel 5

Erfindungsgemäßer Polyäthylen-Überzug auf den verzinkten Pfosten gemäß Beispiel 4 angewandt.

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Verfahrensschritte ί

(a) Entfettung: 1 mini Trichloräthylen,

(b) Säurebehandlung: 5 min mit 5$-iger Salzsäure.

(c) Spülen mit Wassers 1 min mit Brause.

(d) Vorwärmung: 5 min auf eine Oberflächentemperatur von

52O°C mit Infrarot-Gasbrenner.

(e) Beschichtung: Polyäthylen in Pulverform (Schmelzindex

7,0) nach dem Hochdruckverfahren, wobei der Stahlpfosten während des Besprühens fe gedreht wurde.

(f) 2 min langes Kühlen mit Wasser.

Erforderliche Gesamtzeit: 14 min und 20 s.

Vergleich der Eigenschaften nach Beispiel 4 und 5?

Beispiel 4 Beispiel 5

Kohlenteer- Polyäthylen gemäß der

__^ Epoxyanstrich Erfindung

a) Adhäsion Ausgezeichnet Ausgezeichnet: >

, \ _ftl_ j -U.T- η u /m *. 20 ^kS Je J⁰ mm Breite

b) Abriebbe- Gut (Clement- Ausgezeichnet

ständigkeit Verfahren, 100 x) (Clement-Verfahren, 300 x)

c) Korrosions- Gut Ausgezeichnet beständigkeit in /*V 1·^

d) Elektrische Gut (10 JJ-. ^ Ausgezeichnet (10 ^p -ß» Eigenschaften jg cm) je cm)

e) Verfahrenszeit Etwa 6 Stunden Etwa 14 min

Wie aus obiger Tabelle hervorgeht, benötigt das erfindungsgemäße Verfahren weniger Zeit und liefert ausgezeichnete Beschichtungs-Eigenschaften»

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Beispiel 6

Polyäthylen-Überzug mit Vorbehandlung nach einem herkömmlichen Verfahren.

(a) Bürsten: 2 min. Scheuern mit Scotch-brite Folie No. 100.

(b) Entfettung: 1 min mit Trichloräthylen.

(c) Vorwärmen: Oberflächentemperatur 320⁰C nach etwa 5 min,

Infrarot-Gasbrenner.

(d) Beschichten: Polyäthylenpulver (Schmelzindex 7,0) nach

Hochdruckverfahren, 20 s lang; Stahl-Pfosten wurde während des Besprühens gedreht.

(e) 2 min langes Kühlen mit Viasser.

Erforderliche Gesamtzeit: 10 min und 20 s. Ergebnisse: Adhäsion: 0,5-3 kg/10 mm Breite. ·

Andere Eigenschaften waren ähnlich wie beim Beispiel 5· Wenn der Pfosten jedoch sehr lange in Wasser eingetaucht bleibt, dringt Wasser in den Zwischenraum zwischen dem Überzug und dem Pfosten ein, wodurch dessen Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt wird.

Beispiel 7
Verzinkter Stahlpfosten gemäß Beispiel 4.

(a) Entfettung: 1 min mit Trichloräthylen.

(b) Phosphorsäurebehandlung: 3 min bei 45°C durch Sprühen.

(c) Heißwasserspülen bei 6O⁰C für 2 min.

Cd) Vorwärment Oberflächentemperatur 320⁰C nach 5 min mit

Infrarot-Gasbrenner.
Cf) Polyäthylen-Beschichtungj Polyäthylenpulver (Schmelzindex 7,0) nach dem Hochdruckverfahren; Drehen des Stahl-

pfostöns während des BesprÜhens.
(g) Kühlen mit Wasser für 2 min.

Erforderliche Gesamtzeit« 13 min und 20 s.

Adhäsion? 0,5 - 3 kg/10 mm Breite. - 10 -

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Die anderen Eigenschaften entsprachen denen der vorangehenden Beispiele» Ein Largzeit-Korrosionsschutz wie beim Beispiel 6 ist jedoch nicht sicher.

Wie aus den vorstehenden Beispielen hervorgeht, ermöglicht die Erfindung die Ausbildung einer einwandfreien' Oberfläche mit guter Adhäsion durch Ausnutzung der Mehrfachwirkung von Oxydation infolge einer Säurebehandlung und Erwärmung. Die durch die längere Erwärmung hervorgerufene Legierungsbildung wird durch die minimale-Erwärmungszeitspanne vermieden. Infolgedessen wird eine gute Adhäsion eines Überzugsfilms sowie von Anstrichen und Kunststoff-Überzügen erzielt.

Dem Fachmann ist offensichtlich, daß die Erfindung keineswegs auf die vorstehend offenbarten Einzelheiten beschränkt ist, sondern sowohl auf das Schmelzzink-Beschichtungsverfahren als auch auf das Elektrozinkbeschichtungsverfahren angewandt werden kann ·

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs auf ein verzinktes Stahlprodukt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinkoberfläche des verzinkten Stahlprodukts mit einer verdünnten Säurelösung aktiviert wird, das Produkt sodann mit Wasser gespült und während einer kurzen Zeitspanne auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt wird und schließlich der Überzug auf das Produkt aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Erwärmungs-Temperatur unter ^40⁰C liegt.

J5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungszeit höchstens 10 min beträgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J, dadurch gekennzeichnet, daß die verdünnte Säurelösung eine Salzsäurelösung mit einer Konzentration von 1 - 5 % ist.

5ο Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, f

dadurch gekennzeichnet, daß der überzug eine Kunstharzbesohichtung ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug eine Polyölefin-Beschichtung ist.

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