DE3201475C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Feuerverzinken von aus Stahl bestehenden Werkstücken
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-PS
2 48 665).
Beim Feuerverzinken werden die Werkstücke an ihrer
Oberfläche vorbehandelt und anschließend durch Eintauchen
in eine Zinkschmelze mit einer dem Korrosionsschutz
dienenden Zinkschicht überzogen. Die Werkstücke werden
dabei je nach Größe einzeln oder in höherer Stückzahl
gemeinsam in die Zinkschmelze eingetaucht. Übliche
Zinkschmelzen bestehen im wesentlichen aus Zink und
enthalten in der Regel etwa 1% Blei sowie Metalle, wie
Aluminium, Eisen, 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
darf die blankgeglühte Stahloberfläche vor dem Eintauchen
in die Zinkschmelze nicht mehr mit Luft in Berührung
kommen, 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 Fällen 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 1 24 923). Wird
hingegen das sogenannte Trockenverzinkungsverfahren
angewandt, dann 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 1 24 923
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
ergeben sich hohe Verluste an Zink. Die von der
Zinkschmelze im Tauch 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.
Bei dem Verfahren nach der eingangs erwähnten DE-PS
2 48 665 wird kein Flußmittel eingesetzt. Um
sicherzustellen, daß die gesamte Oberfläche der
Werkstücke beim Eintauchen in die Zinkschmelze lückenlos
beschichtet wird, soll mit diesem bekannten Verfahren
zunächst eine Schicht aus Quecksilber auf die Werkstücke
aufgebracht werden. Dazu sollen die Werkstücke mit einem
Quecksilbersalz beschichtet und anschließend erhitzt
werden, um das Quecksilbersalz zu zersetzen. Dabei
entstehen hochgiftige Quersilberdämpfe, die den
praktischen Einsatz dieses Verfahrens verbieten. Es würde
außerdem wegen der für die Zersetzung des
Quecksilbersalzes benötigten hohen Temperaturen einen
erheblichen apparativen Aufwand erfordern. Dieses
bekannte Verfahren hat daher keinen Eingang in der Praxis
gefunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, mit dem aus Stahl bestehende Werkstücke beim
Eintauchen in eine Zinkschmelze mit geringem apparativen
Aufwand mit einem fest haftenden Zinküberzug versehen
werden können, ohne daß beim Vorbehandeln der Werkstücke
und bei deren Eintauchen in die Zinkschmelze luftfremde
Schadstoffe entstehen.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden
Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.
Mit diesem Verfahren wird die für die vollständige
Benetzung mit Zink benötigte Zwischenschicht durch
chemische Austauschmetallisierung (Zementation) auf die
Werkstücke aufgebracht, also ohne den Einsatz einer
äußeren Stromquelle. Das Verfahren ist bei Raumtemperatur
ohne Wärmezufuhr durchführbar. Es wird nur ein einfacher
Behälter zur Aufnahme der Metallsalzlösung benötigt, in
welche die zu beschichtenden Werkstücke eingetaucht
werden. Es ergibt sich eine gleichmäßige Schichtdicke auf
der gesamten Oberfläche der Werkstücke, die beliebig
gestaltet sein und beliebig dicht nebeneinander in die
Metallsalzlösung eingetaucht werden können. Dazu ist
keine Kontrolle des Beschichtungsvorgangs erforderlich,
da bei diesem Verfahren eine bestimmte, von den
verwendeten Metallen abhängige Schichtdicke nicht
überschritten werden kann. Das Verfahren sichert bereits
an dieser Stelle, nämlich der Erzeugung der dünnen
metallischen Zwischenschicht, eine umweltfreundliche
Arbeitsweise. Hinzu kommen noch folgende Vorteile:
- - 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 insgesamt 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 Flußmittelrückständen. Sie weist deshalb eine bessere Korrosionsbeständigkeit und Lackierbarkeit auf.
Für die Beschichtung der Werkstücke mit der dünnen
Zwischenschicht 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 insbesondere Kupfer und Zinn.
Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand
der Zeichnung 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
werden. 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 Badwanne 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 metallischen Zwischenschicht versehen. Für
diese Zwischenschicht, welche auf die gereinigte
Oberfläche der Werkstücke aufgebracht wird, eignen sich
als Metalle insbesondere Kupfer und Zinn. Die
Zwischenschicht wird im Beschichtungsbad 5 durch
chemische Austauschmetallisierung (Zementation oder auch
Kontaktmetallisierung) auf die Werkstücke aufgebracht. Es
reichen Schichtdicken von weniger als 1 µm aus.
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.
Die Reinigung der Werkstückoberfläche kann mit dem
Aufbringen der dünnen metallischen Zwischenschicht
kombiniert werden. Die Zwischenschicht 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.
Im folgenden werden zwei Beispiele zur Durchführung des
Verfahrens 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 dünne metallische Zwischenschicht
eine Zinnschicht auf die Werkstücke aufgebracht. Die
Zinnschicht wird durch chemische Austauschmetallisierung
(Kontaktmetallisierung) mit Zink als Kontaktmetall
abgeschieden. Die Dicke der Zinnschicht beträgt etwa 0,3
µm. 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.
Werkstücke aus Stahl werden in einer
Beizentfettungslösung aus 80 g/l Salzsäure, 50 ml/l
Emulgatorgemisch und 1 g/l Kupfersulfat bei
Raumtemperatur entfettet, gebeizt und durch chemische
Austauschmetallisierung (Zementation) mit einer
Kupferschicht von etwa 0,12 µm Dicke versehen. Spülen,
Trocknen, Verzinken und Kühlen erfolgen wie bei Beispiel
1.
Claims (2)
1. Verfahren zum Feuerverzinken von aus Stahl
bestehenden Werkstücken durch Eintauchen in eine
Zinkschmelze, mit welchem die Werkstücke einer
Vorbehandlung unterworfen werden, durch die ihre
Oberfläche gereinigt und in einer Metallsalzlösung
mit einer dünnen metallischen Zwischenschicht
überzogen wird, die auf der gesamten Oberfläche der
Werkstücke eine Reaktion mit der Zinkschmelze
sicherstellt, und mit welchem die Werkstücke mit
trockener Oberfläche in die Zinkschmelze
eingetaucht und nach einer vorherbestimmbaren
Zeitdauer wieder aus derselben herausgenommen
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne
metallische Zwischenschicht durch chemische
Austauschmetallisierung auf die Werkstücke
aufgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Metallschicht mit einer Dicke von weniger
als 1 µm aufgebracht wird.
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