DE3201475A1 - Verfahren zum feuerverzinken metallischer werkstuecke - Google Patents
Verfahren zum feuerverzinken metallischer werkstueckeInfo
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Description
Hermann Huster GmbH & Co
HUS 3
18. Jan. 1982
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feuerverzinken metallischer Werkstücke durch Eintauchen in eine Zinkschmelze,
bei welchem die Werkstücke einer Vorbehandlung unterworfen
werden, durch die ihre Oberfläche gereinigt und mit einer Zwischenschicht überzogen wird, die eine Reaktion mit der
Zinkschmelze auf der gesamten Oberfläche der Werkstücke sicherstellt, und bei welchem die Werkstücke mit trockener Oberfläche
in die Zinkschmelze eingetaucht und nach einer vorherbestimmbaren Zeitdauer wieder aus derselben herausgenommen werden
(DD-PS 124 923).
"Metallische Werkstücke" im Sinne der Erfindung sind Werkstücke aus Stahl oder Eisenwerkstoffen, die je nach Größe einzeln oder
in höherer Stückzahl gemeinsam durch Eintauchen in eine Zinkschmelze gegen Korrosion geschützt werden können. Beim Feuerverzinken
werden die Werkstücke bei den bisher bekannten Verfahren an ihrer Oberfläche vorbehandelt und anschließend durch
Eintauchen in eine Zinkschmelze mit der gewünschten Zinkschicht
Ü .I/O.::! 320U75,
überzogen. Übliche Zinkschmelzen bestehen im wesentlichen aus
Zink und enthalten in der Regel etwa 1 % Blei sowie Metalle, wie Aluminium, Eisen, Cadmium, Kupfer und Zinn, als Legierungselemente
bzw. als Verunreinigungen.
Vor dem Eintauchen in einen Verzinkungskessel müssen die Werkstücke
so vorbehandelt werden, daß ihre Oberfläche an allen Stellen vom schmelzflüssigen Zink gut benetzt werden kann. Nur
so besteht die Gewähr dafür, daß die Zinkschmelze mit der Oberfläche der Werkstücke gleichmäßig unter Schichtbildung'
reagieren kann, so daß eine vollständige, lückenlose Beschichtung erzielt wird.
Die Vorbehandlung der Werkstückoberfläche kann auf verschiedene
Weise durchgeführt werden. Wenn Stahlband in stetigem Durchlauf feuerverzinkt werden soll, wird als Vorbehandlung üblicherweise
ein Glühprozeß angewandt, wie er beispielsweise in der DE-OS 25 37 298 und in der GB-PS 14 96 398 beschrieben ist. Bei einer
solchen Arbeitsweise ist es erforderlich, daß die blankgeglühte Stahloberfläche vor dem Eintauchen in die Zinkschmelze nicht
mehr mit Luft in Berührung kommt, damit die Oberfläche des Stahls oxidfrei bleibt. Beim Feuerverzinken einzelner metallischer
Werkstücke ist eine solche thermische Vorbehandlung u. a. aus apparativen Gründen kaum durchführbar. Deshalb werden
derartige Werkstücke meist in wäßrigen Lösungen, seltener auf „ mechanischem Wege durch Strahlen, vorbehandelt»
Die Werkstücke müssen in der Regel zunächst entfettet und auf diese Weise durch Wasser benetzbar gemacht werden. Hierfür sind
alkalische Entfettungs- und Reinigungslösungen gebräuchlich. Nach dem Entfetten werden die Werkstücke in Wasser gespült. Anschließend
werden sie in ein Beizbad gebracht und nach dem Beizen wieder gespült. Zur Vereinfachung des Verfahrens ist
es in bestimmten Fallen auch möglich, eine sogenannte Beizentfettung
durchzuführen, wodurch das gesonderte Entfetten und Spülen fortfallen können. Das Beizen erfolgt beispielsweise in
verdünnter Salzsäure oder in verdünnter Schwefelsäure.
Wenn die Werkstücke naß verzinkt werden sollen, werden sie meist
in Säure vorgetaucht und noch naß durch eine Flußmitteldecke, die auf der Zinkschmelze schwimmt, in das flüssige Zink eingebracht
(DD-PS 124 923). Wird hingegen das sogenannte Trockenverzinkungsverfahren
angewandt, werden die Werkstücke in die Lösung eines Flußmittels getaucht und anschließend getrocknet,
so daß die Werkstückoberfläche mit einer Flußmittelschicht überzogen
ist. Erst dann werden die Werkstücke in das schmelzflüssige Zink eingebracht. Um bei der Verzinkung eine dünnere Zinkschicht
erzielen und auf diese Weise Zink einsparen zu können, wird gemäß der DD-PS 124 92 3 vor oder während des Tauchens der Werkstücke
in die Flußmittellösung Kupfer auf der Stahloberfläche abgeschieden. Diese zusätzlich aufgebrachte Kupferschicht soll
nur die Dicke der Zinkschicht herabsetzen. Auf die Verwendung eines Flußmittels kann nicht verzichtet werden.
Durch die Reaktion des Flußmittels mit der Werkstückoberfläche
beim Schmelztauchen findet ein heftiger Beizvorgang statt, der
beim Feuerverzinken für notwendig gehalten wird, um eine gleichmäßige und vollständige Beschichtung zu erzielen. Diese Reaktion
bewirkt eine starke Emission luftfremder Schadstoffe, wie beispielsweise Ammoniak, Salzsäure, Ammoniumchlorid, Zinkoxid und
Zinkchlorid. Außerdem entstehen beim Eintauchen der Werkstücke in die Zinkschmelze auf deren Oberfläche große Mengen an Zinkasche
und Gekrätz, die vor dem Herausziehen der Werkstücke aus der Zinkschmelze durch Abstreifen entfernt werden müssen. Hierdurch
entstehen hohe Verluste an Zink. Die von der Zinkschmelze im Rauch aufsteigenden Schadstoffe bedeuten eine erhebliche Umweltbelastung.
Es ist daher erforderlich, dieselben zu erfassen, abzuleiten und zu reinigen, damit sie unschädlich gemacht werden
können. Die Beseitigung solcher Schadstoffe, beispielsweise mit Hilfe von Gasreinigungsanlagen, erfordert einen erheblichen
apparativen Aufwand.
Wegen der schlechten Reinigungsmöglichkeit der Emissionen sind seit Jahren Bemühungen darauf gerichtet, raucharme Flußmittel
zu entwickeln und einzusetzen, um den Schadstoffgehalt der Abluft zu mindern. Hierbei werden lediglich andere Flußmittel,
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d. h. beispielsweise Lösungen anderer Salze, eingesetzt. Solche Salze sind in der Regel teurer als die klassischen Salze Zinkchlorid
und Ammoniumchlorid, so daß höhere Kosten anfallen. Außerdem entstehen auch bei Verwendung raucharmer Flußmittel
immer noch erhebliche Emissionen von Schadstoffen. Raucharme Flußmittel sind außerdem nicht universell anwendbar, da bei
einzelnen Chargen ein Nachstreuen von Ammoniumchlorid notwendig ist. Weiterhin verbleibt auch hier der Nachteil, daß immer noch
große Mengen an Zinkasche und Gekrätz entstehen, die von der Oberfläche der Zinkschmelze entfernt werden müssen und zu hohen
Verlusten an Zink führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
mit dem metallische Werkstücke beim Eintauchen in eine Zinkschmelze auf einfache Weise mit einem fest haftenden Zinküberzug
versehen werden können, ohne daß beim Eintauchen luftfremde Schadstoffe entstehen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch, gelöst, daß als Zwischenschicht
eine dünne Metallschicht auf die Werkstücke aufgetragen wird, und daß die Werkstücke ohne verausgehende Flußmittelbehandlung
in die Zinkschmelze eingetaucht werden.
Ein solches Verfahren weist folgende Vorteile auf:
- Da kein Flußmittel eingesetzt wird, ist die Emission luftfremder
Schadstoffe vermieden.
- Der Aufwand, der bisher notwendig war, um solche Schadstoffe zu beseitigen bzw. ihre Entstehung zu mindern, ist nicht mehr
erforderlich.
- Das Verfahren arbeitet deshalb sehr umweltfreundlich.
- Auf der Oberfläche der Zinkschmelze entstehen nicht mehr durch das Eintauchen der metallischen Werkstücke bedingte
Zinkasche und Gekrätz, so daß auch keine dadurch hervorgerufenen Zinkverluste in Kauf genommen werden müssen»
- Die Oberfläche der verzinkten Werkstücke ist frei von Asche- und Flußraittelrückständen und weist deshalb eine bessere
Korrosionsbeständigkeit und Lackierbarkeit auf.
.ΐΐ'Λ.ψ··."' J.Ό.::! 320U75
Obwohl iuif eine Flußmittelbeschichtung verzichtet wird, ergibt
das Verfahren einwandfreie, fest haftende Zinküberzüge auf den Werkstücken. Diese Tatsache muß als besonders überraschend angesehen
werden, da für die Fachwelt seit Jahrzehnten für das Feuerverzinken einzelner Werkstücke im Tauchverfahren das vorherige
Behandeln dieser Werkstücke mit einem Flußmittel zwingend vorgeschrieben schien, was auch durch das ständige Bemühen,
raucharme Flußmittel zu entwickeln, untermauert wird.
Für die Beschichtung der Werkstücke mit der dünnen Metallschicht, durch welche die bisher stets angewandte Flußmittelschicht ersetzt
wird, eignen sich prinzipiell alle Metalle, die die gebeizte Werkstückoberfläche so gegen Oxidation schützen, daß die
Reaktion mit der Zinkschmelze auf der gesamten Werkstückoberfläche stattfinden kann. Geeignete Metalle sind beispielsweise
Aluminium, Blei, Cadmium, Kupfer, Nickel, Wismut, Zink, Zinn und auch Legierungen aus diesen Metallen. Die dünne Metallschicht
kann beispielsweise durch Galvanisieren,Zementation, Kontaktmetallisierung,
chemisch-reduktive Abscheidung oder auch durch mechanische bzw. physikalische Verfahren aufgebracht werden,"wie
beispielsweise Aufreiben, Aufstäuben oder Aufdampfen.
Die Dicke der dünnen Metallschicht auf den Werkstücken kann sehr
gering sein. Sie soll vorzugsweise unter 1 um liegen. Es ist dabei überraschenderweise nicht erforderlich, daß diese schützende
Metallschicht porenfrei ist, sondern es reichen auch Schichten aus, von denen man weiß, daß sie in sich nicht geschlossen, sondern mit Poren behaftet sind.
Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert:
Die Werkstücke werden zunächst in eine Badwanne 1 eingebracht, in welcher sie so lange entfettet werden, bis ihre Oberfläche
mit Wasser benetzbar ist. Anschließend werden die Werkstücke gespült, damit Reste des Entfettungsbades von der Werkstückoberfläche
entfernt werdein. Zum Spülen kann eine Spülkaskade 2 verwendet werden, in welcher die Werkstücke mit Wasser gespült
werden. Die Spülkaskade 2 kann vorzugsweise so angeordnet werden, daß der Wasserüberlauf in die Bandwanne 1 führt, so daß
Verdampfungsverluste im Entfettungsbad auf diese Weise ausgeglichen werden können. Nach dem Spülen werden die Werkstücke in
eine Badwanne 3 mit einem Beizbad gebracht, das ebenso wie das Entfettungsbad warm arbeitet und Verdampfungsverluste hat. Diese
Verdampfungsverluste können ebenfalls durch eine nachfolgende Spülkaskade 4 ergänzt werden, in welcher die Werkstücke nach dem
Beizen gespült werden.
Danach werden die Werkstücke in einem Beschichtungsbad 5 mit der dünnen Metallschicht versehen. Bei dem Beschichtungsbad 5
kann es sich beispielsweise um ein galvanisches Bad handeln. Nach dem Verlassen des Beschichtungsbades 5 werden die Werkstücke
in einer weiteren Spülkaskade 6 gespült und anschließend in einer Trockenstation 7 getrocknet. Sie können danach in eine
Zinkschmelze eingetaucht werden, die in einem Behälter 8 vorhanden ist. Nach einer ausreichenden, vorherbestimmbaren Zeit
werden die Werkstücke aus der Zinkschmelze herausgenommen und gekühlt. Sie sind dann mit einer geschlossenen, fest haftenden
Zinkschicht überzogen.
Das Beschichtungsbad 5, die Spülkaskade 6 und die Trockenstation 7 sind nur erforderlich, wenn die dünne Metallschicht
nicht trocken auf die Oberfläche des Werkstücks aufgebracht wird. Sie können beispielsweise beim Aufbärsten oder Aufstäuben
der Metallschicht entfallen. An die Stelle des Beschichtungsbades 5 tritt in diesem Fall eine mechanisch arbeitende Vorrichtung.
Die Reinigung der Werkstückoberfläche kann mit dem Aufbringen
der dünnen Metallschicht kombiniert werden. Die dünne Metallschicht kann dann gleichzeitig mit einer Beizentfettung in der
Badwanne 1 abgeschieden werden. Nach dem Spülen in der Spülkaskade 2 werden die Werkstücke bei einer solchen Arbeitsweise
direkt zur Trockenstation .7 transportiert.
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Für die dünne Metallschicht, welche an Stelle der bisher verwendeten
Flußmittelschicht als Zwischenschicht auf die gereinigte Oberfläche der Werkstücke aufgebracht wird, eignen
sich alle Metalle, die sicherstellen, daß auf der gesamten 5 Oberfläche eine Reaktion mit der Zinkschmelze stattfindet. Es
können beispielsweise Aluminium, Antimon, Blei, Cadmium, Kupfer, Nickel, Zink, Zinn und Wismut verwendet werden. Auch Legierungen
aus diesen Metallen sind geeignet. Die dünne Metallschicht kann galvanisch, chemisch-reduktiv, durch Zementation,
durch Kontaktmetallisierung, mechanisch oder physikalisch aufgebracht werden. Es reichen Schichtdicken von weniger als 1 um
aus.
Im folgenden werden drei Beispiele zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung angegeben:
Werkstücke aus Stahl werden in einer alkalischen Abkochentfettungslösung
bei etwa 90 C gereinigt, bis sie durch Wasser benetzbar sind. Anschließend werden die Werkstücke gespült, um
Reste der Entfettungslösung von ihrer Oberfläche zu entfernen. Danach werden die Werkstücke in einem Beizbad, beispielsweise
in 12%-iger Schwefelsäure mit Sparbeizzusatz, bei etwa 60° C
so lange gebeizt, bis Oxide vollständig von ihrer Oberfläche entfernt sind. Danach werden die Werkstücke wieder gespült.
Anschließend wird als Zwischenschicht eine dünne Zinnschicht auf die Werkstücke aufgebracht. Die Zinnschicht wird durch
Kontaktmetallisierung mit Zink als Kontaktmetall abgeschieden. Die Dicke der Zinnschicht beträgt etwa 0,3 pm. Danach werden
die Werkstücke gespült, getrocknet und abschließend in die Zinkschmelze getaucht. Nach einer Tauchdauer von etwa 5 Minuten
werden die Werkstücke aus der Zinkschmelze herausgenommen und gekühlt.
Stahlteile werden wie bei Beispiel 1 entfettet, gespült, ge-
320 U
beizt und gespült. Danach gelangen sie in eine Lösung aus 8 %-iger Salzsäure mit 70 mg/1 Antimon (III)-Chlorid. Sie
werden in dieser Lösung bei Raumtemperatur mit einer etwa 0,1 pn dicken Schicht aus Antimon versehen. Spülen, Trocknen,
Verzinken und Kühlen erfolgen wie bei Beispiel 1.
Werkstücke aus Stahl werden in einer Beizentfettungslosung
aus 80 g/l Salzsäure, 50 ml/1 Emulgatorgemisch und Γ g/l Kupfersulfat bei Raumtemperatur entfettet, gebeizt und mit
einer Kupferschicht von etwa 0,12 pm Dicke versehen. Spülen, Trocknen, Verzinken und Kühlen erfolgen wie bei Beispiel
Claims (10)
- Hermann Huster GmbH & Co.HUS 318. Jan. 1982PatentansprücheVerfahren zum Feuerverzinken metallischer Werkstücke durch Eintauchen in eine Zinkschmelze, bei welchem die Werkstücke einer Vorbehandlung unterworfen werden, durch die ihre Oberfläche gereinigt und mit einer Zwischenschicht überzogen wird, die eine Reaktion mit der Zinkschmelze auf der gesamten Oberfläche der Werkstücke sicherstellt, und bei welchem die Werkstücke mit trockener Oberfläche in die Zinkschmelze eingetaucht und nach einer vorherbestimmbaren Zeitdauer wieder aus derselben herausgenommen werden, dadurch gekennzeichnet. daß als Zwischenschicht eine dünne Metallschicht auf die Werkstücke aufgetragen wird, und daß die Werkstücke ohne vorausgehende Flußmittelbehandlung in die Zinkschmelze eingetaucht werden.
- 2. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht in einer Beizentfettungslösung auf die Werkstücke aufgebracht wird.j·': I Ί -:":V 320 U75
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht eine Dicke von weniger als 1 um hat. ·
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis- 3, dadurch, qekenn-zeichnet, daß die dünne Metallschicht mit Poren behaftet ist.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die dünne Metallschicht galvanisch aufgebracht wird.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht chemisch-reduktiv aufgebracht wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht durch Zementation aufgebracht wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht durch Kontaktmetallisierung aufgebracht wird.
- 9.. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht mechanisch aufgebracht wird'
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Metallschicht physikalisch aufgebracht wird.
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