DE3007850A1 - Zinklegierungspulver fuer das mechanische plattieren bzw. beschichten - Google Patents
Zinklegierungspulver fuer das mechanische plattieren bzw. beschichtenInfo
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
- C23C24/02—Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
Description
before the European Patent Office
Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd., ^9A??? 3I „«
^ = ' ' D-8000 München 80
Tokio, Japan
Tel.: 089/982085-87 Telex: 05 29 802 hnkl d
Telegramme: ellipsoid
A4445-04
29. Feb. 1980
Zinklegierungspulver für das mechanische Plattieren bzw. Beschichten
Die Erfindung betrifft ein Zinklegierungspulver für das mechanische
Plattieren bzw. Beschichten.
Für die Beschichtung von verschiedenen Eisen-, Kupfer-und
dgl. Produkten mit Metall zur Verbesserung des Aussehens und der Korrosionsbeständigkeit sind allgemein Verfahren bekannt,
bei denen solche Produkte durch Metallaufspritzung oder -sprühung, Aufdampfung oder unmittelbares Eintauchen
in die Metallschmelze mit geschmolzenem Metall beschichtet werden. Außerdem ist das sog. Elektroplattieren bzw. Galvanisieren
bekannt, bei dem ein aufzutragendes Metall auf elektrischem Wege auf dem zu beschichtenden Gegenstand abgelagert
wird. Derartige Produkte können aber auch mechanisch plattiert bzw. beschichtet werden. Dieses letztere Verfahren ist insofern
vorteilhaft, als damit ein Überzug einer vorgegebenen Dicke einfach und mit einer einfach gebauten Vorrichtung aufgebracht
werden kann, so daß die Kosten für die Beschichtung
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niedrig sind, während außerdem die bei anderen Beschichtungsverfahren
zu beobachtenden Mängel, wie Wasserstoffversprödung,
Blasenbildung usw., nicht auftreten; aus diesen Gründen wird dieses Verfahren verbreitet angewandt. Als
Plattier- oder Beschichtungsmaterialien werden bei diesem Verfahren Pulver aus Zn, Cd, Sn, Pb, Sn-Zn-Legierung,
Sn-Cd-Legierung und dgl. verwendet; in den meisten Fällen wird Zn-Pulver verwendet.
Das mechanische Plattieren mit solchen üblichen Werkstoffen ergibt jedoch bei einer Schichtdicke von etwa 10 μπι eine
zu geringe Korrosionsbeständigkeit, als daß die Werkstücke den 120 - 150 h-Neutralsalzsprühversuch bestehen könnten,
so daß Rostbildung auf dem blanken Metallsubstrat zu beobachten ist. Aus diesem Grund wird eine bessere Korrosionsbeständigkeit
angestrebt. Bei zufriedenstellender Korrosionsbeständigkeit ist aber die Schichtdicke unnötig groß, was
eindeutig unwirtschaftlich ist; außerdem verringert sich dabei in manchen Fällen die Schichthaftung.
Mit dem Ziel der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit beim mechanischen Plattieren oder Beschichten wurde nun erfindungsgemäß
das als Beschichtungsmaterial verwendete Pulver selbst näher untersucht. Dabei zeigte es sich, daß die
Korrosionsbeständigkeit beträchtlich verbessert und gleichzeitig eine einwandfreie Haftung des Überzugs erzielt werden
kann, wenn als Werkstoff beim mechanischen Plattieren oder Beschichten ein Zn-Al-Legierungspulver verwendet wird,
dessen Verwendung in Pulverform bisher noch nicht in Erwägung gezogen worden ist, obgleich eine solche Legierung bereits
für den Zink-Kokillenguß, für das Feuergalvanisieren (hot dip galvanizing), Elektrogalvanisieren usw. eingesetzt wurde.
Außerdem wurde festgestellt, daß, abgesehen von Zn-Al-Legierungspulver,
auch einige andere Zinklegierungspulver die
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Korrosionsbeständigkeit zu verbessern vermögen und daß darüber hinaus eine weitere diesbezügliche Verbesserung
dadurch erzielt werden kann, daß der Zn-Al-Legierung bestimmte Elemente als Zuschläge zugesetzt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden, insbesondere also die Schaffung eines
verbesserten Pulvers, insbesondere Zinklegierungspulvers, für das mechanische Plattieren bzw. Beschichten zur Verbesserung
von Korrosionsbeständigkeit und anderen Eigenschaften.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Zinklegierungspulver
für das mechanische Plattieren bzw. Beschichten, bestehend aus einer Zink-Masse (zinc ingot)
als Grundmetall und einem oder mehreren Zuschlägen in Form von Al 0,1 - 60 %, Ni £ 5,0 %, Mg ύ 3,0 %,
Cu < 3,0 %, Si < 2,0%, Ti < 1,5%, Sb < 1,0 %,
Ag < 1,0 %, Cr ^ 0,5 %, Be < 0,5 %, Ca < 0,1 %,
Co < 0,1 %, Na < 0,1%, K < 0,1 %, In ^ 0,1 %,
Li ύ 0,05 % und/oder Sr ύ 0,05 %, jeweils bezogen auf
das Gesamtgewicht der Legierung, ausgenommen das Gewicht der Verunreinigungen.
Tatsächliche Beispiele für die Werkstoffe, aus denen das erfindungsgemäße Zinklegierungspulver hergestellt wird, umfassen
somit Zn-Al, Zn-Al-Cu, Zn-Al-Mg, Zn-Al-Cu-Mg und andere Zinklegierungen, die durch Einarbeitung mindestens eines
der anderen, vorstehend angeführten Metalle in Zink oder die genannten Legierungen erhalten werden.
Wenn der Gehalt an den einzelnen Zuschlagselementen die oben angegebenen jeweiligen oberen Grenzwerte übersteigt, können
sich schädliche Wirkungen, wie die Bildung von intermetallischen Verbindungen, die einen ungünstigen Einfluß auf die
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Haftung haben, die Unmöglichkeit einer Legierungsbildung
mit Zink sowie die Bildung von nachteiligen bzw. vermeidbaren Oxiden, ergeben. Wenn der Gehalt in einem einzelnen
Zuschlagselement weniger als 0,01 Gew.-% beträgt, läßt sich bei einem Zuschlagselement allein keine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
beobachten, obwohl in einem solchen Fall die verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei zwei oder
mehr Zuschlagselementen erreichbar bleiben kann, bzw. im Zusammenwirken mit einem gleichzeitig vorliegenden Al-Gehalt.
Bezüglich des Al-Gehalts läßt sich sagen, daß bei einem Al-Gehalt von unter 0,1 Gew.-%'keine Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit zu beobachten ist, während bei einem Al-Gehalt von mehr als 60 Gew.-% das Beschichten nicht
mehr zufriedenstellend durchführbar ist. Wenn der Al-Gehalt
55 Gew.-% oder mehr beträgt, verschlechtert sich die Haftung (Adhäsion). Aus diesem Grund sollte der Al-Gehalt
im Bereich von 0,1 - 60 Gew.-% und vorzugsweise im Bereich von 2-55 Gew.-% liegen.
Obgleich Al als Legierungsmetall bevorzugt wird, ist es nicht
die Voraussetzung für die Herstellung einer Legierung, mit welcher die Aufgabe der Erfindung gelöst werden kann. Zusätzlich
zu Al oder an seiner Stelle kann mindestens eines der oben angegebenen Legierungselemente in den angeführten
Prozentanteilen verwendet werden.
Derartige Legierungspulver können dadurch hergestellt werden, daß vorgegebene Mengen an den betreffenden Zuschlagselementen
unter Einstellung der Zusammensetzung der herzustellenden Legierung der Zn-Schmelzmenge zugesetzt werden, worauf,
abgesehen von einem Destillationsverfahren, irgendein Verfahren angewandt wird, beispielsweise mechanische Verfahren,
wie Fällung (dropping), Granulierung, Zerstäubung, Mahlen
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ο.dgl., oder ein Trocken- oder Naßreduktionsverfahren, ein
elektrolytisches Verfahren, ein Substitutionsverfahren, o.dgl.; besonders bevorzugt wird das Zerstäubungsverfahren
(atomizing process). Auf diese iveise können feine Zn-Legierungspulver mit einem Teilchendurchmesser von
1 - 20 um und vorzugsweise 5 - 10 μΐη erhalten werden.
Erfindungsgemäß ergeben sich keine nennenswerten Schwierigkeiten, wenn einer oder mehrere der Anteile Pb
< 1,30 Gew.-%, Fe < 0,025 Gew.-%, Cd < 0,40 Gew.-% oder Sn
< 0,10 Gew.-% als mögliche Verunreinigungen in der Zink-Masse vorhanden sind. Erfindungsgemäß kann somit ein beliebiger gereinigter
Zinkblock mit einem Reinheitsgrad - gemäß Japanischer Industrienorm JIS H 2107 - von 1 oder höher verwendet werden.
Die mit dem Zinklegierungspulver zu beschichtenden Substrate sind nicht auf metallische Substrate, wie Eisen,
Kupfer, Messing o.dgl., beschränkt, sondern können auch nichtmetallische Substrate umfassen. Außerdem kann die
Korrosionsbeständigkeit wesentlich verbessert werden, wenn bei solchen Substraten unter Verwendung der erfindungsgemäßen
Zinklegierungspulver ein herkömmliches mechanisches Beschichtungsverfahren angewandt wird und anschließend z.B.
eine Chromatbehandlung erfolgt.
Die erfindungsgemäßen Zinklegierungspulver erfüllen die für die mechanische Beschichtung geforderten Bedingungen
bezüglich ihrer Eigenschaften, wie Aktivität gegenüber Chemikalien, Teilchengröße, Form und dgl. Bei Verwendung
dieser Pulver für das mechanische Beschichten bzw. Plattieren wird die Haftung zwischen dem metallischen Substrat und
dem überzug verbessert, während sie die Korrosionsbeständigkeit des Überzugs im Vergleich zu den bisherigen überzügen
um das 2- bis 10-fache erhöht. Zusätzlich zu den anderen,
bekannten Vorteilen des mechanischen Beschichtens läßt sich also auch ein sehr vorteilhafter überzug herstellen.
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Im folgenden sind spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Beispielen erläutert.
Nach der Zusammenbringung der Bestandteile zur Einstellung der Zusammensetzung gemäß der folgenden Tabelle nach dem
Zerstäubungsverfahren wurde die Metallschmelze durch Einblasen
von Gas mittels einer Düse schnell abgekühlt, worauf die so erhaltenen Pulver einer Oberflächenreinigung und
-konditionierung, Trocknung und Klassifizierung unterworfen und dadurch feine Pulver mit einem mittleren Teilchendurchmesser
von 6 - 8 μπι gebildet wurden.
Unter Verwendung dieser Pulver wurden mechanische Plattierbzw. Beschichtungsvorgänge nach an sich bekannten Verfahren
durchgeführt. Ein zu behandelndes Substrat wurde dabei nach Entfettung einer Oberflächenreinigung und -konditionierung
(-vorbereitung) und sodann einer Entspannungs- bzw. Lichtbogenbeschichtung
(flash-coating) zur Herstellung eines Überzugs unterworfen, während es mit einem Prall- oder
Schlagmedium (impact medium) und chemischen Mitteln in einer rotierenden Trommel gerollt wurde. Anschließend wurde das
Substrat mit Wasser gespült und poliert, nachbehandelt, erneut mit Wasser gewaschen und getrocknet; dabei wurde ein
Überzugsfilm mit einer Dicke von etwa 10 μπι geformt.
Die auf diese Weise hergestellten Überzüge wurden nach der
Chromatbehandlung auf Haftung und Korrosionsbeständigkeit untersucht. Die Haftung wurde nach einem Verfahren bewertet,
bei dem ein handelsübliches Klebeband (Scotch Tape) No. 600 auf die Oberfläche der Beschichtung aufgebracht und dann
abgezogen wird, worauf Bedeckung und Haftung bzw. Adhäsion des Pulvers auf der Oberfläche des Klebebands bestimmt werden,
sowie nach einem Verfahren, bei dem der Querschnitt des be-
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schichteten Körpers unter dem Mikroskop untersucht wird. Die Ergebnisse des Klebeband-Abziehversuchs wurden numerisch
nach den fünf Bewertungsgraden gemäß Fla. 1 ausgedrückt.
Die Korrosionsbeständigkeit wurde nach dem Neutralsalzsprühversuch (JIS Z 2371) durch Messung der Zeitspanne
bis zur Rotrostbildung (in Stunden) bestimmt. Allgemein wird eine Korrosionsbeständigkeit von 240 h oder mehr für
wünschenswert erachtet. Die Untersuchungsergebnisse sind in den Tabellen A und B zusammengefaßt. Die Eigenschaften
der Überzüge beim Haftungsversuch wurden im Zustand gemäß Fig. 2 (Probe Nr. A-18) als "set gut" und im Zustand gemäß
Fig. 3 (Probe Nr. A-16) als "schlecht" bewertet.
Proben Nr. A-1 bis A-3 sind unter Verwendung vjti Zinkpulver hergestellte
Vergleichsproben. Die Proben Nr. A-4, A-16, A-20 und A-22 liegen außerhalb des Erfindungsrahmens, und die
Proben Nr. B-1 bis B-2 sind unter Verwendung von Zn-Pulver
allein hergestellte Vergleichsprob.en. Die Proben Nr. B-12, B-16, B-20, B-27, B-30, B-39 und B-111 bis B-113 liegen
außerhalb des Erfindungsrahmens.
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-4 O OI
4Lttler6 Peilchen- größe (pm) |
Adhäsion bzw. Haftung | Nach Querschnitts untersuchung |
Korrosions beständig keit (h) |
Zink - Masse |
6 | Nach Klebeband- Abzlehversuch |
sehr gut | 150 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | H | 150 | Reinste Zink-Masse |
6 | 4 | Il | 120 | destillierte Zink-Masse Klasse 1 |
6 | 4 | Il | 150 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | Il | 290 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | II | 360 | Reinste Zink-^Masse |
8 | 4 | Il | 400 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | Il | 450 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | Il | 500 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | Il | 580 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | Il | 600 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | Il | 700 | Reinste Zink-Masse |
4 |
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I
CO O
OÖ
(Jl
Tabelle A (Fortsetzung)
13 | 5,0 | - | - | <0,003 | <0,002 | <0,001 | - | - | Rest | |
14 | 5/0 | 1,29 | 0,024 | 0,38 | 0,09 | 0,09 | Rest | |||
15 | 10,0 | 4,0 | - | <0,003 | <0,002 | <0,001 | - | . - | Rest | |
16 | 10,0 | - | 4,0 | <0,003 | < 0,002 | <0r001 | *jm | Rest | ||
17 | 15r0 | - | - | <0,003 | < 0,002 | < 0,001 | - | Rest | ||
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18 | 22,0 | 2,0 | - | < 0,003 | < 0,002 | <0,001 | . - ■ | - | üest |
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19 | 22,0 | 4,0 | - ■ | <0,003 | <0,002 | <0,001 | - | - | Äest |
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23 | 22,0 | mm | 2,0 | <0,003 | < 0,002 | < 0,001 | - | - | Rest | |
24 | 55,0 | mm | - | <0.003 | <0f002 | <0,001 | - | - | Rest | |
25 | 65,0 | - | <0f003 | <0,002 | <0,001 | - | Rest | |||
Tabelle A (Fortsetzung)
O
O
Ο»
OO
O
Ο»
OO
8 | 4 | sehr gut | 600 | Reinste Zink-Masse |
6 | 4 | Il | 600 | destillierte Zink-Masse Klasse 1 |
8 | 4 | Il | 600 | Reinste Zink-Masse |
8 | 2 | mangelhaft | 600 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | sehr gut | 530 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | Il | 530 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | Il | 580 | Reinste Zink-Masse |
8 | 1 | schlecht | 580 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | sehr gut | 600 | Reinste Zink-Masse |
8 | 1 | schlecht | 600 | Reinste Zink-Masse |
8 | 4 | sehr gut | 700 | Reinste Zink-Masse |
8 | 3 | sehr gut | 600 | Reinste Zink-Masse |
8 | 2 | mangelhaft | 600 | Reinste Zink-Masse |
O O
CO
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Probe | Pulverzusaitinensetzung (Gew.-%) | Cu | Mg | Andere 1 |
Andere 2 |
Adhäsion bzw. | Haftung | Kbrrosions- | Zink-Masse |
1 —O | Al | - | - | - | Nach Klebeband- Abziehversuch |
Nach Quer schnitts- untersuchung |
beständig— keit (h) |
Reinste, destillierte |
|
3 | - | - | - | - | - | 4 | Sehr gut | 120-150 | reinste |
4 | 0,1 | - | - | - | 4 | Il | 290 | Il | |
5 | 1,0 | - | - | - | 4 | Il | 400 | Il | |
6 | 5,0 | - | - | - | - | 4 | Il | 600 | Il |
7 | 10 | - | - | - | - | 4 | Il | 600 | Il |
8 | 15 | - | - | - | 4 | Il | 530 | Il | |
9 | 22 | - | - | - | - | 4 | Il | 530 | Il |
to | 55 | - ■ | - | Ni 1,0 | - | 3 | gut | 600 | |
11 | - | Ni 5,0 | - | 4 | sehr gut | 300 | |||
I2 | - | - | - | Ni 6,0 | - | 3 | gut | 350 | |
I3 | - | - | 0,1 | - | - | 2 | mangelhaft | 350 | |
I4 | - | - | 1,0 | - | •4· | 4 | sehr gut | 300 | |
I5 | - | 3,0 | 4 | sehr gut | 400 | ||||
4 | sehr gut | 400 | |||||||
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OO
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Tabelle B (Fortsetzung)
16 | IM | OxI | 4.0 |
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18 | 3,0 | M | |
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4 | Il | 300 | ||
2 | mangelhaft | 300 | ||
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4 | Il | 300 | ||
2 | mangelhaft | 300 | ||
4 | sehr gut | 300 | ||
4 | Il | 300 | ||
2 | mangelhaft | 300 | ||
4 | sehr gut | 350 | ||
4 | Il | 400 | ||
4 | M | 300 | ||
4 | 350 | |||
4 | 300 | |||
4 | 350 |
Reinste
Tabelle B (Fortsetzung)
37 | - | - | — | |
38 | - | - | -' | |
39 | - | |||
40 | _ | |||
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42 | - | - | ||
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51 | 5,0 | - | - | |
52 | 5,0 | - | - | |
53 | 5,0 | «a» | - | |
54 | 5,0 | - | - | |
55 | 5,0 | - | - | |
56 | 5,0 | - | ||
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4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
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400 450 450 400 300 350 350 400 400 400 400 400 450 700 800
650 700 700 700 700 750
OD Cn Q
Tabelle B (Fortsetzung)
58 | 5,0 | - | - | |
59 | 5,0 | -" | ||
60 | 5,0 | - | - | |
61 | 5,0 | - | ||
62 | 5,0 | - | - | |
63 | 5,0 | - | ||
64 | 5,0 | - | - | |
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0,1 | 0,05 | 0.05 | ||
75 | 0,1 | - | 0.05 | |
76 | 0,5 | - | 0.05 | |
77 | 1T0- | 0,5 | 0.1 | |
78 | 1,0 | 0.05 |
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Ni | 1,0 | Ti | 1,0 | ι: | 800 | |
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Cr | 0,5 | K | 0,5 | H | It | 800 |
Ml | 0,1 | 0,1 | H | ti | 800 | |
Na | ■o,i | 0,1 | 1 | Il | 800 | |
Ni | 0,1 | 0,1 | n | tt | 350 | |
In | 0,1 | 0,1 | 1| | ti | 550 | |
Ni | 0,1 | ori | 1) | It | 500 | |
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Tabelle B (Portsetzung)
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101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112 113
22 22 55 55 55 55
55V
55 55 55 55 65
65 65
0,5 0,5 3*0
3,0 2,0 2,0
2,0 2,0 lf0
1,0
0Tf 0,1
3,0 3,0
20 2,0 2,0 2,0
1,0 lT0
Nl Si 1,5 Si 1,5 Sl 1,5 Si 1,5 Tl 0,1
Si 1,5 Ca 0,1 Sb lr0 Ag 0,5
Sl 1,5 Ni 1,0 Ti 1,0 Si 1,5
Ti
Co 0,1 Be 0,1
Cr 0,5 Sr 0,05 Li 0,05
Tl
1,0
H | sehr gut |
k | It |
H | It |
Jr | ti |
It | |
3 | gut |
3 | ti |
3 | ti |
3 | ti |
3 | π |
3 | ft |
2 | mangelhaft |
2 | It |
2 | ti |
1000 900 1000 1000 1000
900 1000 1000 1200 1200 1200 1200 1000
00 I
CO CD O
Leerseite
Claims (4)
1. Zinklegierungspulver für das mechanische Plattieren bzw.
Beschichten, bestehend aus einer Zink-Masse (zinc ingot) als Grundmetall und einem oder mehreren Zuschlägen in
Form von Al 0,1 - 60 %, Ni £ 5,0%, Mg ^ 3,0 %,
Cu ^ 3,0 %, Si ύ 2,0 I, Ti ί 1,5%, Sb
< 1,0%, Ag < 1,0 %, Cr < 0,5 %, Be ύ 0,5 %, Ca
< 0,1 %, Co ^ 0,1 %, Na £ 0,1%,K ύ 0,1%, In ^ 0,1%,
Li ύ 0,05 % und/oder Sr S 0,05 %, jeweils bezogen auf
das Gesamtgewicht der Legierung, ausgenommen das Gewicht
der Verunreinigungen.
2. Zinklegierungspulver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es 0,1 - 60 Gew.-% Al enthält.
030038/0705
3. Zinklegierungspulver nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich zu 0,1 - 60 Gew.-% Al Cu ύ 3,0 Gew,-
und/oder Mg < 3,0 Gew.-% enthält.
4. Zinklegierungspulver nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß es zusätzlich einen oder mehrere Zuschläge, wie Ni S 5,0 %, Si ί 2,0%, Ti S 1,5%,
Sb < 1,0 %, Ag S 1,0 %, Cr
< 0,5%, Be < 0,5%, Ca ^ 0,1 %, Co < 0,1 %, Na
< 0,1%,K ύ 0,1%, In £ 0,1 %, Li ύ 0,05 % und/oder Sr
< 0,05 %,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, ausgenommen Verunreinigungsgewicht, enthält.
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Legierung, ausgenommen Verunreinigungsgewicht, enthält.
030038/0705
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GB2046302A (en) | 1980-11-12 |
CA1158461A (en) | 1983-12-13 |
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