DE2256032B2 - Befestigungsmittel aus Kohlenstoffstahl mit einem Schutzfiberzug aus galvanisch abgeschiedenen Metallschichten - Google Patents
Befestigungsmittel aus Kohlenstoffstahl mit einem Schutzfiberzug aus galvanisch abgeschiedenen MetallschichtenInfo
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Description
a) eine Cu-Schicht
b) eine Cd-Schicht
c) eine Cu-Schicht
d) eine Ni-Schicht
e) eine Cr-Schicht.
Die Erfindung betrifft ein Befestigungsmittel aus Kohlenstoffstahl mit einem Schutzüberzug aus galvanisch
abgeschiedenen Metallschichten.
Es besteht seit langem das Bedürfnis nach einem dauerhaften, korrosionsbeständigen, haftfesten und billig
herzustellenden Schutzüberzug. Gelingt es, Befestigungsmittel und ähnliche Bauteile, bei deren Herstellung
normaler Kohlenstoffstahl verwendet wird, mit einem solchen Schutzüberzug zu versehen, so kann darauf
verzichtet werden, diese Teile aus verchromtem
J5 rostfreiem Stahl herzustellen, so daß sich eine erhebliche
Kosteneinsparung ergibt, die insbesondere in der Kraftfahrzeugbranche von Bedeutung ist, wenn es sich
um auf der Außenseite der Fahrzeuge anzubringende Befestigungsmittel handelt. Für solche Zwecke ist ein
Schutzüberzug aus Chrom auf normalem Kohlenstoffstahl nicht ausreichend korrosionsbeständig.
Aus dem vergleichbaren Stand der Technik läßt sich eine Vielzahl von Mehrschichtenmetallüberzüge entnehmen,
z. B. (jeweils auf Eisenunterlage)
Sn-Cu-Ni-Cr
Cd (Ni)-Cu-Ni-Cr; Cd (Zn)-Ni-Cu-Ni-Cu-Ni-Cr Cu-Sn/Ni
Cu-Cd-Ni-Cr; Cd-Cu-Ni-Cr
Cu-Ni-Cu-Ni-Cr
Cu (Sn, Zk, Ni)-Cd-Ni
US-PS 17 38 748
US-PS 1931 704
US-PS 31 41 836
US-PS 32 49 409
US-PS 36 15 281
DE-PS 4 33 037
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Diese bekannten Mehrschichtenmetallüberzüge weisen jedoch verschiedene Mängel auf, so daß entweder
die Korrosionsbeständigkeit oder die Haftfestigkeit zu beanstanden ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Ausgabe besteht deshalb darin, einen Schutzüberzug für ein Befestigungsmittel
aus Kohlenstoffstahl zu schaffen, der in hohem Maße korrosionsfest ist und eine chromglänzende
Oberseite hat.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
a) eine erste Schicht aus Cu, Co, Ni, Sn, Zn oder Cd in einer Schichtstärke von 0,254 μπι bis 2,540 μιτι,
b) eine zweite Schicht aus Cd, Zn, Sn, Cd—Sn-Legierungen,
Cd—Zn-Legierungen, Cd—Cu-Legierungen oder Zn—Sn-Legierungen in einer Schichtstärke
von 1,27 μπι bis 22,90 μπι,
c) eine dritte Schicht aus Cu in einer Schichtstärke von 0,254 μιτι bis 12,7 μηι,
d) eine vierte Schicht aus Ni, Co, Ni-Co-Legierungen,
Co-Sn-Legierungen oder Ni-Sn-Legierungen
in einer Schichtstärke von 2,54 μιτι bis 17,8 μπι,
e) eine fünfte Schicht aus Cr in einer Schichtstärke
von Π 1 01 11 m hi«: Π SOR 11 m
45
55
bO
65 Das erfindungsgemäße Befestigungsmittel zeichnet
sich durch Korrosionsfestigkeit in hohem Maße aus und besitzt eine chromglänzende Außenseite, wobei das
Befestigungsmittel selbst aus einem billigen Werkstoff wie Kohlenstoffstahl besteht und auch der Schutzüberzug
kostengünstig aufgebracht wird.
Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Befestigungsmittel gegenüber dem vergleichbaren Stand der
Technik ergibt sich aus folgenden Vergleichsversuchen, die an Eisenschrauben durchgeführt wurden.
A) (US-PS 32 49 409)
Schichtfolge: 9,68 μιτι Cu, 10,44 μιτι Cd,
14,4 μιτι Ni, 0,25 μπι Cr.
Schichtfolge: 9,68 μιτι Cu, 10,44 μιτι Cd,
14,4 μιτι Ni, 0,25 μπι Cr.
B) (US-PS 17 38 748)
Schichtfolge: 9,68 μιτι Sn, 9,16 μιτι Cu,
16,25 μηι Ni, 0,25 μιτι Cr.
Schichtfolge: 9,68 μιτι Sn, 9,16 μιτι Cu,
16,25 μηι Ni, 0,25 μιτι Cr.
C) Schichtfolge: Cu, Cd—Cu-Legierung, Cu,
Ni, Cr gemäß Anspruch 1.
D) Schichtfolge: 2,54 μιη Cu, 10,2 μηι Cd,
7.6 um Cu, 10.2 um Ni. 0.25 um Cr gemäß Anspruch '>.
Zunächst wurde der CASS-Test durchgeführt, bei dem die Schraube mindestens 22 Std. einer Acetylsäuresalz-Sprühung
widersteht, ohne daß Anzeichen von Rost oder Korrosion auftreten. Hieran schließt sich der
sog. Potentialtest an, bei dem die Teile mindestens 96 Std. lang mit einem neutralen Salznebel besprüht
werden, wobei die oberflächenbehandelte Schraube zur Verbindung eines Streifens aus rostfreiem Stahl mit
einem lackierten Streifen aus Kohlenstoffstahl dient Zur Prüfung der Haftfestigkeit wurde der Schraubkopf
an eine Schleifscheibe gehalten und wurde das Ablösen von Schichtbestandteilen beobachtet Die Ergebnisse
sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:
| CASS-Test, | 22 Std., | Potentialtest, 96 Std., | % | roter | Haftfestigkeit | |
| Fehler in % | Fehler in ' | Rost | ||||
| weiße | roter | weiße | 0 | |||
| Korr. | Rost | Korr. | ||||
| A | 66 | 50 | 66 | 100 | schwach, starkes Ablösen | |
| an Cd-Ni-Schicht und Fe | ||||||
| B | 42 | 33 | 100 | 0 | ziemlich gut, geringe Ab | |
| 0 | lösung | |||||
| C | 5 | 0 | 0 | sehr gut | ||
| D | 3 | 0 | 0 | sehr gut |
Unter »weißer Korrosion« wird ein Anrosten der äußeren Metallschichten verstanden, während beim
Auftreten von »rotem Rost« die Korrosion bis auf das Grundmetall reicht und sich die typische rote Rostfarbe
einstellt
In bestimmten bevorzugten Fällen kann die zweite Schicht aus Cd, Zn oder deren Legierungen bestehen.
Beste Ergebnisse stellen sich ein, wenn die zweite Schicht aus Cd, Sn oder deren Legierungen besteht.
Ferner wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die erste Schicht aus Cu oder Ni und die zweite
Schicht aus Cd, Sn, Zn oder deren Legierungen besteht.
Nachfolgend wird die Erfindung näher erläutert und werden Beispiele für die Schichtenfolge sowie für die
Badzusammensetzung gegeben.
Zum Aufbringen der ersten Schicht aus Kupfer eignet sich insbesondere ein Kupfer-Cyan'.d-Bad. Zum Aufbringen
der zweiten Schicht wird ein Cadmium-Cyanid-Bad bevorzugt verwendet und zum Aufbringen der dritten
Schicht ein Kupfer-Cyanid-Bad, gefolgt von einem wirksameren Kupfer-Galvanisierbad, etwa einem sauren
Kupfer-Galvanisierbad oder einem Kupfer-Cyanid-Bad. Zum Aufbringen der vierten Schicht dient insbesondere
ein saures Glanz-Nickel-Bad und für die fünfte Schicht ein Chromsäure-Bad.
Vorzugsweise beträgt
die Dicke der ersten Schicht 0,508 bis 2,03 μπι,
die Dicke der zweiten Schicht 2,54 bis 12,7 μπι,
die Dicke der dritten Schicht 1,02 bis 30,5 μπι,
die Dicke der vierten Schicht 7,62 bis 12,7 μπι,
die Dicke der fünften Schicht von 0,102 bis 0,305 μηι.
die Dicke der zweiten Schicht 2,54 bis 12,7 μπι,
die Dicke der dritten Schicht 1,02 bis 30,5 μπι,
die Dicke der vierten Schicht 7,62 bis 12,7 μπι,
die Dicke der fünften Schicht von 0,102 bis 0,305 μηι.
Ferner ist es oft vorteilhaft, das Befestigungsmittel zu erhitzen und die Schichten bei einer Temperatur von
etwa 121 bis etwa 482° C einzubrennen. Die Zeitdauer beträgt etwa 5 min bis 8 Std. oder länger. Die Temperaturbehandlung
erfolgt im Anschluß an das Aufbringen der zweiten Schicht oder später, z. B. nach Aufbringen
der Deckschicht. Dadurch kann die Korrosionsfestigkeit günstig beeinflußt werden, wie auch die Haftfestigkeit
der Überzugsschicht. In vielen Fällen wird eine Temperatur von etwa 149°C bis etwa 400°C während
einer Zeit von 15 min bis etwa 6 Std. bevorzugt.
Auf selbstschneidende Rundkopfschrauben (8-32 χ 1) aus Kohlenstoffstahl sind mit Zn, Sn oder Cd in einer
Dicke von 2,54 bis 7,62 μηι beschichtet. Es folgt eine
Temperatrrbehandlung der Schrauben mit Zn-Schicht bei 260° C während etwa 2 Std. Dann werden die dritte,
vierte und fünfte Schicht aufgebracht. In diesem Beispiel ist die erste Schicht und die zweite Schicht gleich
und wird ein Überzug mit Zn mit der Dicke von 7,62 μηι
aufgebracht.
Beispiel 2
in K
in K
Nach dem Aufbringen von Zn als Anfangsschicht werden die dritte, vierte und fünfte Schicht aufgebracht
und werden anschließend die Schrauben bei 260°C während etwa 2'/2 Std. temperaturbehandelt.
" B e i s ρ i e 1 3
Schichtfolge Zn, Cd, dann die dritte, vierte und fünfte Schicht. Anschließende Temperaturbehandlung bei
246° C während etwa 3 Std.
Wie Beispiel 3, aber Temperaturbehandlung bei 274° C während 2^4 Std.
Folgende elektrolytische Bäder haben sich als zufriedenstellend herausgestellt:
Für die 1. Schicht aus Kupfer kann folgerdes Kupfer-Cyanid-Bad verwendet werden:
Metallisches Kupfer 13,7 g/l
Freies Natriumcyanid 6,il g/l
Natriumhydroxid 6,i\ g/l
Rest Wasser
Temperatur 490C
Mittlere Kathodenstromdichte 0,0269 A/cm2
Mittlere Kathodenstromdichte 0,0269 A/cm2
Galvanisierzeit 5 —10 min
Für eine 2. Schicht aus Cd wurde ein Cadmiumbad aus folgenden Bestandteilen verwendet:
Metallisches Cadmium
Gesamtes Natriumcyanid
Natriumhydroxid
Rest
Temperatur
Kathodenstromdichte
Galvanisierzeit
18,5 g/l
51 g/l
13 g/l
Wasser
24-30° C
0,0323 A/cm?
etwa 30 min
13 g/l
Wasser
24-30° C
0,0323 A/cm?
etwa 30 min
Für das Aufbringen der 3. Schicht aus Cu mit einer ziemlich großen Dicke wird das obige Kupfer-Cyanid-Bad
während 5—10 min verwendet, gefolgt von einem
wirksameren, sauren oder cyanidischen Kupferbad während 5— 10 min.
Für das Aufbringen einer vierten Schicht aus Ni wird ein elektrolytisches Oberzugsbad aus folgenden Bestandteilen
verwendet:
| Nickelsulfatheptahydrat | 274 g/l |
| Nickelchloridhexahydrat | 55 g/l |
| Borsäure | 41 g/l |
| Handelsübliches Glanzmittel | |
| 1 | 1 1 je 1001 |
| II | 0,1 ί je 100 1 |
| Rest | Wasser |
| pH-Wert | 4,0 |
Temperatur
Mittlere Stromdichte Galvanisierzeit
Mittlere Stromdichte Galvanisierzeit
63°C 0,162
l'/2Std.
Für die 5. Schicht aus Chorm kann in zufriedenstellender Weise ein wie folgt zusammengesetztes Chrombad
verwendet werden:
CrO3
Schwefelsäure ίο Fluoride (wahlweise) Rest
Temperatur
Galvanisierzeit Mittlere Stromdichte
Galvanisierzeit Mittlere Stromdichte
247 g/l 2,19 g/l
Wasser 430C
etwa 4 min 0,162 A/cm*
Claims (5)
1. Befestigungsmittel aus Kohlenstoffstahl mit einem Schutzüberzug : us galvanisch abgeschiedenen
Metallschichten, gekennzeichnet durch
a) eine erste Schicht aus Cu, Co, Ni, Sn, Zn oder Cd in einer Schichtstärke von 0,254 μιτι bis
2,540 um,
b) eine zweite Schicht aus Cd, Zn, Sn, Cd-Sn-Legierungen,
Cd—Zn-Legierungen, Cd-Cu-Legierungen oder Zn—Sn-Legierungen in
einer Schichtstärke von 1,27 μηι bis 22,90 μπι,
c) eine dritte Schicht aus Cu in einer Schichtstärke von 0,254 μπι bis 12,7 μπι, is
d) eine vierte Schicht aus Ni, Co, Ni-Co-Legierungen,
Co-Sn-Legierungen oder Ni-Sn-Legierungen
in einer Schichtstärke von 2,54 μπι bis 17,8 μπι,
e) eine fünfte Schicht aus Cr in einer Schichtstärke von 0,127 μΐη bis 0,508 μπι.
2. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht aus Cd, Zn
oder deren Legierungen besteht
3. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zweite Schicht aus Cd, Sn
oder deren Legierungen besteht
4. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus Cu oder
Ni und die zweite Schicht aus Cd, Sn, Zn oder deren Legierungen besteht.
5. Befestigungsmittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
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1972
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