DE3432141C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen
von mit einer Zink-Nickel-Legierung galvanisiertem
Stahlblech. Mit anderen Worten, die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zur Nachbehandlung
eines mit einer eine Titanverbindung enthaltenden
Zink-Nickel-Legierung galvanisierten Stahlblechs,
durch das der Korrosionswiderstand der galvanisierten
Schicht verbessert werden kann.
Mit Zink glavanisiertes Stahlblech hat einen ausgezeichneten
Korrosionswiderstand und wird deshalb auf
verschiedenen Gebieten verwendet. Der Korrosionswiderstand
der galvanisierten Schicht wird gewöhnlich
durch die Bildung eines Chromatfilms auf der
Oberfläche derselben verbessert. Der Chromatfilm ist
indessen äußerst dünn und hat eine ungleichmäßige
Dicke. Er kann daher leicht abgekratzt werden und
die verbesserte Wirkung des Korrosionswiderstandes
ist begrenzt.
Es wurde daher in den letzten Jahren versucht den
Korrosionswiderstand der galvanisierten Schicht
dadurch zu verbessern, daß in diese ein Element oder
Elemente zusätzlich zu dem Zink hinzugefügt werden.
Das Galvanisieren von Stahlblechen mit einer Zink-
Nickel-Legierung ist ein typisches Beispiel. Indessen
enthält die gewöhnliche, mit einer Zink-Nickel-
Legierung galvanisierte Schicht 8 bis 16 Gewichtsprozent
an teurem Nickel, und das Stahlblech muß mit
einer Dicke, die einem Beschichtungsgewicht von 20 g/m²
(pro Seite) entspricht, galvanisiert werden, um
gegenüber dem Korrosionswiderstand üblicher, mit
Zink galvanisierter Stahlbleche einen um drei bis
viermal größeren dauerhaften Korrosionswiderstand zu
erreichen. Die hierfür aufzuwendenden Kosten entsprechen
denjenigen, die für die Herstellung einer
mit Zink galvanisierten Schicht doppelter Dicke
aufzuwenden sind. Infolgedessen können bekannte, mit
einer Zink-Nickel-Legierung glavanisierte Stahlbleche
mit üblichen, mit Zink galvanisierten Stahlblechen
auf solchen Gebieten konkurrieren, auf denen
mit Zink galvanisierte Stahlbleche mit einem Beschichtungsgewicht
von 40 g/m² (pro Seite) oder mehr
verwendet werden müssen. Das mit einer Zink-Nickel-
Legierung galvanisierte Stahlblech kann jedoch nicht
mit dem üblichen, mit Zink glavanisierten Stahlblech
auf solchen Gebieten konkurrieren, auf denen ein mit
Zink galvanisiertes Stahlblech mit einer dem Beschichtungsgewicht
von 40 g/m² (pro Seite) entsprechechenden
Dicke nicht verwendet werden muß, weil das mit
Zink galvanisierte Stahlblech weniger kostspielig
ist.
Es wurden eingehende Studien durchgeführt, um ein
mit einer Zink-Nickel-Legierung glavanisiertes
Stahlblech zu entwickeln, das den bekannten, mit
einer Zink-Nickel-Legierung galvanisierten Stahlblechen
hinsichtlich des Korrosionswiderstandes bei
gleichem Beschichtungsgewicht überlegen ist. Es
wurde gefunden, daß ein derartiges, mit einer
Zink-Nickel-Legierung galvanisiertes Stahlblech erhalten
werden kann, wenn man eine Abscheidung einer
geringen Menge Titan (in Form gewisser Titanverbindungen)
in fein verteilter Form in der mit der
Zink-Nickel-Legierung galvanisierten Schicht abscheidet.
Als Ergebnis weiterer eingehender Studien
wurde festgestellt, daß für die mit einer Zink-
Nickel-Legierung überzogene Schicht, die 8 bis 16
Gewichtsprozent Ni2+ enthält, ein Titan-Gehalt von
0,0005 bis 1 Gewichtsprozent Titan ausreicht.
Das mit einer Zink-Nickel-Legierung galvanisierte
Stahlblech mit einer derartigen Zusammensetzung
weist einen bemerkenswert guten Korrosionswiderstand
mit einer einzigen galvanisierten Schicht auf und
kann mit dem billigen, mit Zink galvanisierten
Stahlblech auf Gebieten konkurrieren, auf denen ein
hoher Korrosionswiderstand nicht gefordert wird.
Das mit einer die Titanverbindung enthaltenden
Zink-Nickel-Legierung galvanisierte Stahlblech kann
durch das Galvanisieren von Stahlblech in einem
sauren, vorzugsweise schwefelsauren Galvanisierbad
erhalten werden, das 10 bis 40 g/l Zn2+, 15 bis 160 g/l
Ni2+, 0,2 bis 10 g/l Ti4+ enthält, wobei das
Molverhältnis Ni2+/(Zn2++Ni2+) auf
0,2 bis 0,8 eingestellt wird (JP-OS 58-1 04 194).
In dem Fall jedoch, in dem galvanisiertes Stahlblech
für die Außenseite von Automobilkarosserien verwendet
wird, auf die von Reifen oder von anderen
Kraftfahrzeugen hochgeschleuderte Steine aufschlagen,
kann die glavanisierte Schicht an der Stelle
abgeschält werden, wo der Stein aufschlägt. Bei
einer derartigen Verwendungsart wird es bevorzugt,
das Stahlblech zunächst mit einer Zink-Nickel-Legierung
vorzugalvanisieren und danach mit der die
Titanverbindungen der oben erwähnten Zusammensetzung
enthaltenden Zink-Nickel-Legierung als Hauptschicht
zu überziehen. Die vorgalvanisierte Schicht sollte
aus einer 12 bis 87 Gewichtsprozent Ni2+ enthaltenden
Zink-Nickel-Legierung bestehen und eine Dicke von
0,05 bis 1 µm aufweisen, die ausreichend ist.
Wenn ein Stahlblech mit zwei Schichten überzogen
wird, d. h., wenn das Stahlblech mit einer an Nickel
reichen Schicht aus einer Zink-Nickel-Legierung
vorgalvanisiert wird, wird das Stahlblech zunächst
in einem Galvanisierungsbad vorgalvanisiert, das
Zinkionen Zn2+ und Nickelionen Ni2+ enthält, wobei
das Molverhältnis Ni2+/(Zn2++Ni2+) auf
von 0,72 bis 0,86 eingestellt wird
(Gewichtsverhältnis von 0,70 bis 0,85), und danach in
demselben Galvanisierungsbad mit einem Überzug
versehen, wie oben beschrieben (JP-OS
59-85 889).
Wenn das Stahlblech in dem Zinkionen, Nickelionen
und Titanionen enthaltenden Galvanisierungsbad wie
oben beschrieben galvanisiert wird, ändert sich
indessen die Menge der abgeschiedenen Titanverbindungen
gemäß der in Abhängigkeit von der Zeit
sich ändernden Zusammensetzung des Bades und den
Schwankungen bezüglich der Galvanisierungsbedingungen,
so daß der Korrosionswiderstand des
beschichteten Bleches unterschiedlich sein kann. Es
wurde außerdem festgestellt, daß die Abscheidung der
Titanverbindungen durch den Zusatz einer kleinen
Menge von jeweils einem oder mehreren Aluminiumionen,
Magnesiumionen, Eisen(III)-Ionen, Indiumionen
und Antimonionen zu dem Zink, Nickel und Titan
enthaltenden Bad stabilisiert wird. Der Grund, warum
die Abscheidung der Titanverbindung durch den Zusatz
von Aluminiumionen usw. stabilisiert wird, ist noch
nicht völlig erkannt. Es wurde aber festgestellt,
daß die auf diese Weise überzogene Schicht eine
geringe Menge Aluminium, Eisen, Chrom, Indium und
Antimon enthält, wenn Aluminiumionen, Eisen-
(III)-Ionen, Chromionen, Indiumionen oder Antimonionen
in dem Galvanisierungsbad enthalten sind.
Es ist keine andere Maßnahme für die Nachbehandlung
der so überzogenen Schicht praktiziert worden als
die der chemischen Überführung, wie z. B. Chromatieren,
wenn eine hochkorrosionsfeste galvanisierte
Schicht durch Verbesserung der Zusammensetzung der
galvanisierten Schicht gebildet wird. Bei der Suche
nach einem Nachbehandlungsverfahren wurde festgestellt,
daß der Korrosionswiderstand der mit einer
Zink-Nickel-Legierung galvanisierten, Titanverbindungen
enthaltenden Schicht verbessert werden kann,
und es wurde gefunden, daß der Korrosionswiderstand
der Überzugsschicht durch Erhitzen des überzogenen
Stahlblechs in Gegenwart von Wasser verbessert
werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit,
ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Zink-Nickel-
Legierung galvanisierten Buchse anzugeben, mit dem
die Qualität und insbesondere der Korrosionswiderstand
der Überzugsschicht auf wirtschaftliche Weise verbessert werden
kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch
ein Verfahren zum Herstellen
eines mit einer Zink-Nickel-Legierung galvanisierten
Stahlblechs, das gekennzeichnet ist durch das Galvanisieren
eines Stahlblechs in einem sauren Bad, das 10 bis 40 g/l
Zn2+, 15 bis 160 g/l Ni2+, 0,2 bis 10 g/l
Ti4+ enthält, und das ferner weniger als 2 g/l von
mindestens einem Al3+, Mg2+, Fe3+, Cr3+, In3+ und
Sb3+ enthalten kann, wobei das Ni2+/(Zn2++Ni2+)-
Molverhältnis auf 0,2
bis 0,8 eingestellt wird, sowie durch Erhitzen des
daraus resultierenden galvanisierten Bleches in
Gegenwart von Wasser.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur
Herstellung eines verbesserten, mit einer Zink-
Nickel-Legierung galvanisierten Stahlblechs vor,
welches gekennzeichnet ist durch das Vorgalvanisieren
eines Stahlblechs mit einem Zn2+ und Ni2+
enthaltenden Bad, wobei das Ni2+/(Zn2++Ni2+)-
Molverhältnis auf
0,72 bis 0,86 eingestellt wird, sowie durch
Galvanisieren des daraus resultierenden vorgalvanisierten
Stahlblechs in einem sauren Bad, welches 10
bis 40 g/l Zn2+, 15 bis 160 g/l Ni2+, 0,2 bis 10 g/l
Ti4+ enthält, sowie ferner weniger als 2 g/l von
mindestens einem Al3+, Mg2+, Fe3+, Cr3+, In3+ und Sb3+
enthalten kann, wobei das Ni2+/(Zn2++Ni3+)-
Molverhältnis auf 0,2
bis 0,8 eingestellt wird, sowie durch Erhitzen der
galvanisierten Stahlbleche in Gegenwart von Wasser.
Das Verfahren zur Herstellung der einzigen Titan
enthaltenden, mit einer Zink-Nickel-Legierung galvanisierten
Schicht ist im einzelnen in der JP-OS
58-1 04 194 beschrieben.
Das Verfahren zum Vorgalvanisieren von Stahlblechen
ist im einzeln in der
JP-OS 59-85 889 beschrieben. Das Verfahren
besteht aus dem Galvanisieren eines Stahlblechs in
einem sauren Bad, das 7 bis 38 g/l Zn2+ und 41 bis 88 g/l
Ni2+ enthält, wodurch das Konzentrationsverhältnis
Ni2+/(Zn2++Ni2+) 0,70 bis 0,85 bei 55 bis 80°C und
einer Stromdichte von 2 bis 20 A/dm² zur Bildung
einer vorgalvanisierten Schicht ist, die 12 bis 87
Gewichtsprozent Ni2+ enthält.
Bei der bevorzugten Ausführungsform enthalten das
Vorgalvanisierungsbad 11 bis 34 g/l Zn2+ und 62 bis 79 g/l
Ni2+ und das Hauptgalvanisierungsbad 12 bis 25 g/l
Zi2+, 20 bis 60 g/l Ni2+ und 1 bis 8 g/l Ti4+.
Bei der bevorzugtesten Ausführungsform enthalten das
Vorgalvanisierungsbad 15 bis 30 g/l Zi2+ und 85 bis 70 g/l
Ni2+ und das Hauptgalvanisierungsbad 13 bis 21 g/l
Zi2+, 30 bis 50 g/l Ni2+ und 3 bis 7 g/l Ti4+.
Der säurebildende Stoff kann Salzsäure und/oder
Schwefelsäure für das Vorgalvanisierungsbad und das
Hauptgalvanisierungsbad sein. Die Badtemperatur ist
vorzugsweise 55 bis 80°C für das Vorgalvanisieren
und vorzugsweise 50 bis 70°C für das Hauptgalvanisieren.
Die Stromdichte beträgt vorzugsweise 2 bis
20 A/dm² für das Vorgalvanisieren und vorzugsweise
10 bis 40 A/dm² für das Hauptgalvanisieren.
Metallionen können dem Galvanisierungsbad in Form
eines geeigneten Metallsalzes hinzugefügt werden.
Chloride, Sulfate, Nitrate und Acetate können
vorteilhaft verwendet werden. Indessen wird Titan
vorzugsweise in Form eines Tartrats, Oxalats,
Natriumtitanfluorids oder Kaliumtitanfluorids zugegeben.
Aluminiumionen, Magnesiumionen, Eisen(III)-Ionen,
Chromionen, Indiumionen und Antimonionen werden dem
Bad vorzugsweise in einer Konzentration von 0,05 bis
1,0 g/l zugefügt.
Die Verbesserung des Korrosionswiderstandes durch
Erhitzen in Gegenwart von Wasser ist spezifisch für
die mit einer Zink-Nickel-Legierung galvanisierte,
Titanverbindungen enthaltende Schicht, und diese
Wirkung wird nicht beobachtet bei kein Titan
enthaltenden galvanisierten Schichten.
Was den Grund für den verbesserten Korrosionswiderstand
der galvanisierten Schicht durch Erhitzen
in Gegenwart von Wasser anbetrifft, wurde die
folgende Tatsache durch eine ins einzelne gehende
Untersuchung der galvanisierten Schicht vor und nach
der Behandlung gefunden. Die in der galvanisierten
Schicht abgeschiedenen Titanverbindungen sind Hydrolysate
niedrigen Grades von beim Galvanisieren
gebildeten Titankomplexen, die weiter hydrolysiert
werden, um die Verbindungen durch Erhitzen in
Gegenwart von Wasser zu stabilisieren. Die oben
erwähnte Hydrolysatabscheidung niedrigen Grades ist
zu der äußersten Schicht beim Galvanisieren konzentriert.
Diese Hydrolysate werden umgewandelt, um die
Verbindungen durch weitere Hydrolyse zu stabilisieren,
die einen hochkorrosionsfesten Film auf der
Oberfläche der galvanisierten Schicht bilden, wobei
der Film zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit
beiträgt.
Das Erhitzen in Gegenwart von Wasser dient ferner
der weiteren Hydrolyse des niedriggradigen Hydrolysates.
Deshalb wird es bevorzugt in Gegenwart von
reichlich Wasser durchgeführt, d. h., es wird das
Eintauchen in Wasser, Erhitzen in Dampf usw.
bevorzugt. Insbesondere wird das Eintauchen in
Heißwasser am meisten aus dem Gesichtspunkt der
Erleichterung des Betriebs und der Konstruktion der
Ausrüstung bevorzugt. Es wird auch die Anwendung von
höheren Temperaturen und/oder die Verwendung von
alkalischem Wasser bevorzugt, um die Hydrolyse zu
beschleunigen. Wenn ein galvanisiertes Stahlblech in
Wasser von 60°C eingetaucht wird, sind mindestens 40
Sekunden erforderlich. Bei einer Wassertemperatur
von 80°C jedoch wird die Eintauchzeit auf 10
Sekunden oder weniger und bei kochendem Wasser auf 5
Sekunden oder weniger verkürzt. In derselben Weise
wird die Eintauchzeit auf die Hälfte reduziert, wenn
Heißwasser mit einem pH-Wert von 0,9 verwendet wird.
Der pH-Wert des heißen Wassers sollte vorzugsweise
jedoch nicht mehr als 10 betragen, weil Wasser mit
einem zu hohen pH-Wert zu einer Auflösung der
überzogenen Schicht führt. Wenn alkalisches Wasser
verwendet wird, kann die Hydrolyse bei niedrigeren
Temperaturen durchgeführt werden, d. h. die Hydrolyse
der niedriggradigen Hydrolysate der Titanverbindungen
wird zufriedenstellend bei 40°C bewirkt.
Kaltgewalzte Stahlbleche von 0,8 mm Dicke wurden
durch übliche Verfahren entfettet und gebeizt sowie
in Galvanisierungsbädern mit Legierungen unter den
in Tabelle 1 angegebenen Galvanisierungsbedingungen
elektroplattiert. Die daraus hervorgehenden plattierten
Bleche wurden in Heißwasser unter den in
Tabelle 2 angegebenen Bedingungen eingetaucht. Die
chemischen Zusammensetzungen der plattierten Schichten
entsprachen den in Tabelle 3 aufgeführten.
Die plattierten Bleche wurden dem Salzsprühtest
unterworfen, der in den JIS (Japanischen Industriestandards)
Z2371 festgelegt ist und es wurden die
Zeiten bis zur Bildung des roten Rostes gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt.
Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, daß die üblichen, mit
einer Zink-Nickel-Legierung elektroplattierten
Stahlbleche eine verbesserte Korrosionsfestigkeit
nicht aufweisen. Im Gegensatz dazu ist der Korrosionswiderstand
der mit einer eine Titanverbindung
enthaltenden Zink-Nickel-Legierung galvanisierten
Stahlblechen durch Eintauchen in Heißwasser im
Vergleich zu den nicht getauchten Proben wesentlich
verbessert. Die mit einer die Titanverbindung
enthaltenden Zink-Nickel-Legierung galvanisierten
Stahlbleche, die durch die obenerwähnte, die Titanverbindung
stabilisierenden Ionen wie Aluminiumionen,
Magnesiumionen usw. enthaltenden Bäder erzielt
wurden, enthielten eine große Menge an abgeschiedenen
Titanverbindungen. Der Korrosionswiderstand
derartiger elektroplattierter Bleche wurde durch
Eintauchen in Heißwasser um einen Faktor von etwa 2
verbessert. Aufgrund dieser Behandlung konnte das
Beschichtungsgewicht von 20 g/m² der üblichen, mit
einer Zink-Nickel-Legierung elektroplattierten
Stahlbleche auf 15 g/m² (pro Seite) bei verbessertem
Korrosionswiderstand reduziert werden. Daher können
die Plattierungskosten wesentlich vermindert werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird der Korrosionswiderstand
eines mit einer eine Titanverbindung
enthaltenden Zink-Nickel-Legierung galvanisierten
Stahlblechs wesentlich durch Erhitzen in Gegenwart
von Wasser gegenüber solchen Blechen verbessert, die
mit der üblichen Zink-Nickel-Legierung elektroplattiert
wurden. Infolgedessen genügt eine dünne
galvanisierte Schicht, um denselben Grad an Korrosionsfestigkeit
zu erreichen. Daher können die
Plattierungskosten reduziert werden, die es möglich
machen, daß das gemäß der Erfindung galvanisierte
Stahlblech mit dem üblichen, mit Zink elektroplatierten
Stahlblech im Preis bei solchen Anwendungsarten
konkurrieren kann, bei denen das erstgenannte
bisher nicht in Frage kam.
Claims (14)
1. Verfahren zum Herstellen von mit einer Zink-Nickel-
Legierung galvanisiertem Stahlblech,
gekennzeichent durch das Galvanisieren eines
Stahlblechs in einem sauren Bad, das 10 bis 40 g/l
Zn2+, 15 bis 160 g/l Ni2+, 0,2 bis 10 g/l
Ti4+ enthält, und das ferner weniger als 2 g/l
von mindstens einem Al3+, Mg2+, Fe3+, Cr3+,
In3+ und Sb3+ enthalten kann, wobei das Ni2+/
(Zn2++Ni2+)-Molverhältnis auf
0,2 bis 0,8 eingestellt wird,
sowie durch Erhitzen des daraus resultierenden
galvanisierten Bleches in Gegenwart von Wasser.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das galvanisierte Stahlblech in heißem
Wasser erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das galvanisierte Stahlblech in heißem
alkalischem Wasser mit einem pH-Wert von bis zu
10 erhitzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das galvanisierte Stahlblech in Dampf
erhitzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Galvanisierungsbad 12 bis 25 g/l
Zn2+, 20 bis 60 g/l Ni2+ und 1 bis 8 g/l Ti4+ enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß das Galvanisierungsbad 13 bis 21 g/l
Zn2+, 30 bis 50 g/l Ni2+ und 3 bis 7 g/l Ti4+ enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hauptgalvanisierungsbad 0,05 bis
1,0 g/l von mindestens einem Al3+, Mg2+, Fe3+,
Cr3+, In3+ und Sb3+ enthält.
8. Verfahren zum Herstellen eines mit einer Zink-
Nickel-Legierung galvanisieren Stahlblechs,
gekennzeichnet durch das Vorgalvanisieren eines
Stahlblechs mit einem Zn2+ und Ni2+ enthaltenden
Bad, wobei das Ni2+/(Zn2++Ni2+)-Molverhältnis
auf
0,72 bis 0,86 eingestellt wird, sowie durch
Galvanisieren des daraus resultierenden vorgalvanisierten
Stahlblechs in einem sauren Bad,
welches 10 bis 40 g/l Zn2+, 15 bis 160 g/l Ni2+,
0,2 bis 10 g/l Ti4+ enthält, sowie ferner
weniger als 2 g/l von mindestens einem Al3+, Mg2+,
Fe3+, Cr3+, In3+ und Sb3+ enthalten kann,
wobei das Ni2+/(Zn2++Ni2+)-Molverhältnis auf
0,2 bis 0,8
eingestellt wird, sowie durch Erhitzen des
galvanisierten Stahlblechs in Gegenwart von
Wasser.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das galvanisierte Stahlblech in Heißwaser
erhitzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das galvanisierte Stahlblech in
heißem alkalischen Wasser mit einem pH-Wert von
bis zu 10 erhitzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das galvanisierte Stahlblech in Dampf
erhitzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorgalvanisierungsbad 11 bis 34 g/l
Zn2+ und 62 bis 79 g/l Ni2+ enthält, und daß das
Galvanisierungsbad 12 bis 25 g/l Zn2+, 20 bis 60 g/l
Ni2+ und 1 bis 8 g/l Ti4+ enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vorgalvanisierungsbad 15 bis 30 g/l
Zn2+ und 85 bis 70 g/l Ni2+ enthält und das
Hauptgalvanisierungsbad 31 bis 21 g/l Zn2+, 30 bis
50 g/l Ni2+ und 3 bis 7 g/l Ti4+ enthält.
14. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Hauptgalvanisierungsbad 0,05 bis
1,0 g/l von mindestens einem Al3+, Mg2+, Fe3+,
Cr3+, In3+ und Sb3+ enthält.
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