DE2728650C2

DE2728650C2 - Verfahren zur Vorbehandlung von Stahloberflächen für das nachfolgende Überziehen

Info

Publication number: DE2728650C2
Application number: DE2728650A
Authority: DE
Inventors: Nazzareno Pomezia Rom/Roma Azzerri; Giovanni Genua/Genova Milanese
Original assignee: NUOVA ITALSIDER SpA GENUA/GENOVA IT; Nuova Italsider SpA Genua/genova
Current assignee: Italsider SpA
Priority date: 1976-06-24
Filing date: 1977-06-24
Publication date: 1985-12-12
Also published as: US4236977A; GB1527969A; FR2362219A1; FR2362219B1; DE2728650A1; IT1066167B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbehandlung oder Vorplattierung von Stahloberflächen, die einem organischen oder anorganischen Plattierungsprozeß unterworfen werden sollen, bei dem der zu behandelnde Stahl alternativ während einer Zeitspanne von 0,1 Sekunden bis 1 Minute die Funktion einer Kathode oder Anode einer elektrolyt'schen Zelle ausübt, deren Elektrolyt aus einer wäßrigen, 0,5 bis 2,5 molaren Natriumsulfatlösung eines pH-Wertes von 6 bis 8 und einer Temperatur von 20 bis 100⁰C besteht, bei einer Dichte des Stromflusses durch die Zelle von 1 bis 60 A/dm².

Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Stahloberflächen mit dem Ziel, die Empfindlichkeit der Stahloberflächen geg2nüber einer Plattierung zu verbessern, d. h. die Plattierfreudigkeit zu erhöhen. Des weiteren betrifft die Erfindung die weitere Verbesserung eines Verfahrens zur Vorbehandlung oder Vorplattierung von Stahloberflächen, wie es in der italienischen Patentanmeldung Nr. 51 516/75 näher beschrieben ist.

Gegenstand der italienischen Patentanmeldung Nr. 51 516/75 ist ein Verfahren zur Verbesserung der Empfindlichkeit von Stahloberflächen für eine Plattierung. Die italienische Patentanmeldung Nr. 51 516/75 betrifft dabei ein elektrolytisches Vorbehandlungsverfahren unter Verwendung einer Elektrolytlösung mit einem pH-Wert, der im neutralen oder praktisch neutralen Bereich liegt.

Es ist allgemein bekannt, daß zur Erzielung vorteilhafter Plattierungen es erforderlich ist, die Oberfläche des zu plattierenden Materials vollständig zu reinigen und zu aktivieren. Bei der Plattierung von Stahloberflächen beispielsweise ist bekannt, daß die Stahloberflächen vor der Plattierung einer Oberflächenbehandlung unterworfen werden müssen, d. h. einem Reinigungsverfahren und einer sauren Beizbehandlung.

Dieses Verfahren weist jedoch bei seiner praktischen Anwendung mehrere Nachteile auf, die bisher nicht überwunden werden konnten.

Nachteilig bei dem bekannten herkömmlichen Verfahren ist beispielsweise die Aggressivität der angewandten Reinigungs-, Deoxidierungs- und AktivierungsmitteU die zu einei Verminderung der Lebensdauer der Plattierungsanlage führt. Das bekannte Verfahren ist des weiteren nachteilig, im Hinblick auf Arbeltshygiene und Arbeitssicherheit, im Hinblick auf die Aggressivität der angewandten Lösungen. Problematisch bei dem bekannten Verfahren ist des weiteren die bei Anwendung der Reinigungs- und Beizbäder erforderliche Beseitigung der Abwässer.

Des weiteren hat sich gezeigt, daß die Aufarbeitung der erschöpfenden Bäder sowohl vom technischen wie auch vom ökonomischen Standpunkt aus gesehen vergleichsweise kompliziert ist.

Das in der erwähnten italienischen Patentanmeldung Nr. 51 516/75 beschriebene Verfahren weist einen Weg, wie sich die Nachteile des bekannten Verfahrens ausschalten lassen.

Bei dem In der italienischen Patentanmeldung Nr. 51 516/75 beschriebenen Verfahren erfolgt eine Vorbehandlung der zu plattierenden Stahloberflächen unter Verwendung einer Lösung eines praktisch neutralen pH-Wertes, genau gesagt, eines pH-Wertes zwischen 6 und 8. Bei dem in der italienischen Patentanmeldung beschriebenen Verfahren wird eine Lösung oder ein Elektroylt verwendet, der bezüglich Natriumsulfat 0,5 bis 2,5 molar ist. Außpr dem Natriumsulfat können in der Lösung oder in dem Elektrolyten noch andere übliche Salze von Mineralsäuren enthalten sein.

Bei dem in der italienischen Patentanmeldung Nr. 51 516/75 beschriebenen Verfahren unter Verwendung eines neutralen oder praktisch neutralen Elektrolyten wird der zu plattierende Stahlkörper alternativ in einer Elektrolysezelle als Kathode oder Anode geschaltet, wobei unter folgenden Verfahrensbedingungen gearbeitet wird:

Die Temperatur der Elektrolytlösung beträgt 20 bis 100⁰C; die Behandlungszeiten liegen bei 0,1 Sekunden bis 1 Minute; die Stromdichte liegt bei 1 bis 60 A/dm².

Vom elektrochemischen Standpunkt aus gesehen läßt sich das Vorbehandlungsverfahren durch folgendes Reakiionsschema darstellen:

Anode (positiver Pol) 7ΠΗ"; ^> H₂O + '/2 O₂ + 2e
Kathode (negativer Pol) 2H⁺ + 2e '₍ * H₂
Gesamtreaktion 20H" + 2H⁺; " H₂O + Vi O₂ + H₂.

H Das Reaktionsschema zeigt, daß die Kationen und Anionen des Natriumsulfates und der gegebenenfalls

f{ weiterhin vorhandenen anderen Salze nicht an den Oxidations-Reduktionsreaktionen an der Kathode und Anode

^s| teilnehmen.

,ff: Bei der Oberflächenbehandlung in neutraler Lösung erfolgt infolgedessen kein Verbrauch an gelösten Verbin-

% düngen, sondern lediglich an OH" und H' Ionen, die von der ionischen Dissoziation des Wassers herrühren,

ίί dessen Menge infolgedessen konstant gehalten werden muß.

b Ganz offensichtlich hängt der Aktivierungseffekt des Vorbehandlungsverfahrens von sekundären Reaktionen

•f Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das in der italienischen Patentanmeldung Nr. 51 516/A/75

S beschriebene Verfahren weiter zu verbessern. in

* Es ist bekannt, daß die Vorplattierungstechnologie, z. B. im Falle der Zinnplattierung, in zwei Richtungen

{? entwickelt wurde.

ti' Im Falle der einen Richtung erfolgt die Anwendung eines Bades saurer Natur, in dem das Plattierungs-

■|\ material in der kationischen Phase vorliegt (z. B. Sn⁺², Slannoionen). Im Falle der anderen Richtung werden

% alkalische Lösungen verwendet, in denen das Vorplattierungsmetall in der anionischen Phase vorliegt (z. B. ι?

J3 SnOf², Stannationen).

% Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die normalerweise bei der Handhabung von sauren oder alkalischen

(S; Lösungen auftretenden Probleme zu überwinden, wobei der Vorteil erreicht wird, daß mit der gleichen neutralen

I oder praktisch neutralen Lösung auch eine Aktivierung der zu behandelnden Oberflachen erreicht wird.
!i Beim Verfahren der vorliegenden Erfindung handelt es sich somit um eine Verbesserung des in der italieni- 2(/

j* sehen Patentanmeldung Nr. 51 516/A/75 beschriebenen Verfahrens, bei dem eine Stahloberfläche alternativ in

J^;; einer Elektrolytzelle als Kathode oder Anode geschaltet wird und der Einwirkung einer neutralen oder praktisch neutralen aktivierenden Lösung ausgesetzt wird, bei bestimmten Temperaturen und einer bestimmten Strom-

I dichte.

It Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich das in der italienischen Patentanmeldung

U Nr. 51 516/A/75 beschriebene Verfahren weiter verbessern läßt, wenn man in der letzten Behandlungszelle oder

ίΐ Behandlungsstufe zur Verbesserung der Plattierfreudigkeit der Stahloberflächen mindestens eine mit anodischer

i'' Polarität arbeitende Hilfselektrode vorsieht.

' Gegenstand der Erfindung ist demzufolge ein Verfahren zur Vorbehandlung oder Vorplattierung von Stahl-

;4 oberflächen, die einem organischen oder anorganischen Plattierungsprozeß unterworfen werden sollen, bei dem .in

Ij der zu behandelnde Stahl alternativ während einer Zeitspanne von 0,1 Sekunden bis 1 Minute die Funktion

['' einer Kathode oder Anode einer elektrolytischen Zelle ausübt, deren Elektrolyt aus einer wäßrigen, 0,5 bis

!.' 2,5 molaren Natriumsulfatlösung eines pH-Wertes von 6 bis 8 und einer Temperatur von 20 bis 100° C besteht,

;;■; bei einer Dichte des Stromflusses durch die Zelle von 1 bis 60 A/dm², das dadurch gekennzeichnet ist, daß in

P der letzten Zelle des Vorbehandlungs- oder Aktivierungsprozesses zur Verbesserung der Plattierungsfreudigkeit .«

ι? der Stahloberfläche mindestens eine, mit anodischer Polarität arbeitende Hilfselektrode vorgesehen ist.

y'j Durch die Anordnung einer oder mehrerer Hilfselektroden in der letzten Aktivierungszelle oder dem letzten

f- Aktivierungsgefäß laufen in dem Bad elektrochemische Reaktionen ab, die sich wie folgt wiedergeben lassen:

i| M (H.E.) Mⁿ⁺ + ne Anode (+) ^4I)

% Mⁿ⁺ + ne M (A) Kathode (-)

% M (H.E.) M (A) Gesamtreaktion

i; In dem Reaktionsschema bedeuten: -^

;' M ein aktives Vorplattierungsmetall;

ύ H.E. eine Hilfselektrode;

' A der vorzuplattierende Stahl;

;.ί; ne die Anzahl negativer elektrischer Ladungen.

I■" Bei einer derartigen Verfahrensweise ist es nicht erlorderlich, daß die Lösungen, die Ionen enthält, die vorzu-

j| plattieren sind oder vorab abgeschieden werden sollen, da diese durch die Lösung der Hilfselektrode oder Hilfs-

;;,' elektroden zur Verfügung gestellt werden.

II Als aktive Vorplattlerungsmeialle können alle die Metalle verwendet werden, die der Anforderung genügen, $ während der elektrolytischen Behandlung anodisch in Lösung zu gehen und des weiteren zu einer kathodischen μ: Entladung auf dem zu vorzuplattierenden Metall befähigt sind.

jjj; Die Metalle, aus denen die Vorplattierung besteht, können mit den Metallen des eigentlichen Plattierungspro-

^: zesses übereinstimmen oder nicht. 6«

^; Beispiel

Ein Stahlblech einer Dicke von 0,2 mm wurde einer erfindungsgemäßen Oberflächenbehandlung unterworfen, bevor es in eine Anlage für eine Säure-Elektroverzinnung überführt wurde.

Das Stahlblech wurde in eine 1,5 molare Na₂SO₄-Lösung einer Temperatur von 40 ± 5° C eingetaucht. Das Metallblech wurde dann alternativ als Kathode oder als Anode geschaltet, wobei folgende Polaritätsfolge eingehalten wurde:

Kathode: 1 Sekunde;
Anode: 2 Sekunden;
Kathode: 1 Sekunde.

Die Stromdichte des Systems lag bei 20 A/dm².

Die Elektroden in der letzten Zelle bestanden aus Stäben aus reinem Zinn. Die elektrischen und elektrolytischen Bedingungen waren die gleichen wie in den vorgeschalteten Behältern der neutral-elektrolytischen Behandlung. Es wurde eine gleichförmige Zinn-Vorplattierung einer Dicke von etwa 0.1 μΐη auf dem Stahlblech erhalten.

Anschließend an die Vornlattierung wurde uas Stahlblech in einem Bad elektroverzinnt, das einen Ferrostan-Elektrolyten einer Temperatur von 45° C enthielt, wobei eine Stromstärke von 20 A/dm² angewandt wurde. Die Transportgeschwindigkeit des zu plattierenden Metallbleches durch die Behandlungsstationen lag bei etwa 305 m/Min.

Das auf diese Weise mit 22,4 g Zinn pro m^; plattierte Metallblech wurde dann durch Aufschmelzung und Abkühlung in Wasser poliert.

Die Qualität des verzinnten Stahlbleches wurde nach der ASTM-Methode auf Basis von ATC (Legierung-Zinn-Paar) Messungen ermittelt.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Produkt mit einem ATC-Wert von weniger als oder gleich 0,15 μ A/cm² erhalten. Em solch vorteilhafter Wert erklärt sich dadurch, daß die Zwischenschicht aus Eisen-Zinn-Legierung sehr kompakt ist. Dieser Effekt beruht offensichtlich darauf, daß durch die Vorplattierung während der Aktivierungsbehandlung eine teilweise atmosphärische Re-Oxidation des aktivierten Stahlbleches vermieden wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vorbehandlung von Stahloberflächen, die einem organischen oder anorganischen Plattierungsprozeß unterworfen werden sollen, bei dem der zu behandelnde Stahl alternativ während einer Zeilspanne von 0,1 Sekunden bis 1 Minute die Funktion einer Kathode oder Anode einer elektrolytischen Zelle ausübt, deren Elektrolyt aus einer wäßrigen, 0,5 bis 2,5 molaren Natriumsulfatlösung eines pH-Wertes von 6 bis 8 und einer Temperatur von 20 bis 100⁰C besteht, bei einer Dichte des Stromflusses durch die Zelle von 1 bis 60 A/dm², dadurch gekennzeichnet, daß in der letzten Zelle des Vorbehandlungs- oder Aktivierungsprozesses zur Verbesserung der Plattierungsfreudigkeit der Stahloberflächen mindestens eine, mit anodischer Polarität arbeitende Hilfselektrode vorgesehen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine oder mehrere Hilfselektroden aus dem Metall auswählt, das auch zur Endplattierung verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine oder mehrere Hilfselektroden aus einem Metall auswählt, das von dem Metall verschieden ist, das zur Endplattierung verwendet wird.