DE3618841A1 - Versiegelungsloesung fuer chromatierte zinkoberflaechen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Versiegelungslösung für chromatierte Zinkoberflächen, die aus einer wässrigen Dis­ persion organischer Lackharze besteht.

Stahl und Eisenteile, die dem atmosphärischen Angriff aus­ gesetzt sind, werden zur Verbesserung der Korrosionsbe­ ständigkeit häufig verzinkt. Aus Gründen des Materialver­ brauchs und der Maßhaltigkeit der verzinkten Teile ist man bestrebt, die Zinkschicht möglichst dünn zu halten. Da jedoch die Korrosionsschutzwirkung einer dünnen Zinkschicht nicht von langer Dauer ist, werden die so verzinkten Ober­ flächen noch einer Chromatierungsbehandlung unterworfen.

Um den Oberflächenschutz der verzinkten und chromatierten Teile weiter zu verbessern, werden die verzinkten und chro­ matierten Oberflächen nach dem Chromatieren noch mit einer sogenannten Versiegelungslösung behandelt, die den Korrosions­ schutz und das Aussehen der chromatierten Teile auf lange Zeit sicherstellen soll. Derartige, im Handel erhältliche Versiegelungslösungen bestehen im wesentlichen aus einer wässrigen Lösung oder Dispersion organischer Lackharze. Als wasserdispergierbare oder wasserlösliche organische Lack­ harze finden vor allem Acrylharze, Epoxidharze, Polyacrylate, Alkydharze sowie Polyurethane Verwendung. Der Anteil der Lackharze in der wässrigen Lösung bzw. Dispersion kann in verhältnismäßig weiten Grenzen schwanken und liegt im allgemeinen zwischen 5 und 30 Gewichtsprozent. Die Ver­ siegelung wird durch Aufsprühen der wässrigen Dispersion bzw. Lösung auf die zu versiegelnden Teile bzw. durch Ein­ tauchen der Teile aufgebracht. Anschließend werden die versiegelten Teile bei Temperaturen zwischen etwa 50 und 70°C, mitunter auch höher, getrocknet.

Durch die Versiegelung der verzinkten und chromatierten Oberflächen läßt sich eine deutliche Verbesserung des Korrosionsverhaltens sowohl in der Kesternichprüfung wie auch im Salzsprühtest erzielen. Trotzdem ist festzustellen, daß auch ein derartiger Korrosionsschutz im Fahrzeugbau noch nicht zu vollständig zufriedenstellenden Ergebnissen führt. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf den Beginn der Weißrostbildung, d.h. das Auftreten erster Zinkkorrosion. Das Auftreten der Korrosion wird beschleunigt durch eine Wärmebelastung der Bauteile. So führt bereits eine mehr­ stündige Wärmebelastung der verzinkten, chromatierten und versiegelten Oberflächen zu einer deutlichen Verschlechterung des Korrosionsverhaltens gegenüber solchen Teilen, die einer derartigen Wärmebelastung nicht ausgesetzt waren.

Die Kapselung moderner Fahrzeugmotoren zur Verringerung der Lärmbelästigung durch Motorengeräusche führt aber zwangsläu­ fig zu einem geringeren Luftaustausch des Motorraumbereichs mit der Umgebung und bewirkt damit erhöhte Bauteil-/Ober­ flächentemperaturen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Versiegelungs­ lösung zu finden, durch die eine erhöhte Korrosionsbeständig­ keit insbesondere nach vorangegangener thermischer Belastung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Versiegelungslösung gelöst. Es ist über­ raschend, daß durch den einfachen Zusatz eines anorgani­ schen Thixotropierungsmittels in einer Menge von 1 bis 20 g/l zu einer an sich bekannten Versiegelungslösung eine erhebliche Verbesserung des Langzeitkorrosionsschutzes verzinkter und versiegelter Oberflächen sich erreichen läßt. Die an sich bekannten Versiegelungslösungen bestehen aus einer wässrigen Lösung oder Dispersion organischer Lackharze, wo­ bei als Lackharze insbesondere Verwendung finden Acrylharze, Epoxidharze, Alkydharze sowie Polyurethanharze. Mitunter enthalten die Versiegelungslösungen auch noch Dispersions­ mittel für die Lackharze. Als Thixotropierungs- oder Ver­ dickungsmittel geeignet sind die bekannten Thixo­ tropierungsmittel, wie Bentonite, Kaoline, bestimmte As­ besttypen und bestimmte SiO₂-Qualitäten, die z.B. durch Hydrolyse von SiCl₄ oder durch Oxidation von SiO gewonnen werden können und als "pyrogene Kieselsäure" z.B. unter den Handelsnamen Aerosil oder Cab-O-Sil im Handel erhält­ lich sind. Von diesen Verdickungsmitteln werden Bentonite und insbesondere die SiO₂-Qualitäten bevorzugt, besonders wirksam sind dabei die hydrophilen Typen.

Die Thixotropierungs- bzw. Verdickungsmittel sind in der Versiegelungslösung in einer Menge von 1 bis 20 g/l vor­ handen. Unterschreitet man diese Menge, so läßt die Wirk­ samkeit nach. Überschreitet man diese Menge, so werden die Lösungen zu viskos und die Trocknung nimmt zu lange Zeit in Anspruch. Bevorzugt werden Gehalte von 4 bis 10 g/l. Es ist selbstverständlich, daß bei dem Einbringen des Thixo­ tropierungsmittels auf eine gute Verteilung bzw. Disper­ sion des Thixotropierungsmittels in der Versiegelungslö­ sung Sorge getragen wird. Eine weitere Verbesserung des Korrosionsverhaltens läßt sich erzielen, wenn die Ver­ siegelungslösung zusätzlich noch 5 bis 50 g/l eines mehrwertigen Alkohols enthält. Als mehrwertige Alkohole geeignet sind Alkohole mit 2 bis 6 OH-Gruppen. Geeignet sind vor allem die hyposkopischen Alkohole wie Glycerin, niedere Polydiole wie Ethylenglycol, Propylenglycol, Bu­ tylenglycol oder niedere Glycolether wie Diethylenglycol, Triethylenglycol usw. Selbstverständlich können auch Mischungen der genannten Alkohole Verwendung finden, z.B. die als Gefrierschutzmittel weithin Verbreitung findenden Glycolmischungen. Bevorzugt wird eine Zugabe von 15 bis 30 g/l der mehrwertigen Alkohole, da in diesem Bereich noch eine gute Wirkung bei geringen Materialkosten er­ reicht wird.

Eine weitere Verbesserung der Korrosionsschutzwirkung läßt sich erreichen, wenn die Versiegelungslösung noch einen Zinkkorrosionsinhibitor enthält. Geeignet sind z.B. Benzo­ triazol, Nitrit-/Benzoatgemische, Natriumsilicate und auch Urotropin. Wegen seiner besonders guten Wirkung wird dabei Benzotriazol und Natriumsilicat bevorzugt. Die Korrosions­ inhibitoren werden in einer wirksamen Menge, im allgemei­ nen insgesamt etwa bis 15 g pro Liter der Versiegelungs­ lösung angewandt. Bei der Verwendung von Natriumsilicat in einer Menge von mehr als 5 g pro Liter Versiegelungslösung kann es insbesondere bei ruhendem Bad zu einer Ausfällung von SiO₂-Gel kommen, was jedoch zu keiner Beeinträchtigung der Wirkung führt.

Das nachfolgende Beispiel zeigt die mit der Erfindung er­ zielbaren Fortschritte:

Beispiel

Zur Prüfung des Korrosionsverhaltens wurden Stahlbleche aus Stahl St 1403 der Größe 160×170 mm und einer Dicke von 0,88 mm in einem cyanalkalischen Zn-Elektrolyt bei einer Badtemperatur von 20°C und einer Stromstärke von 2,5 A/dm² mit einer Zinkschicht von 12 µm überzogen. Die so verzink­ ten Stahlbleche wurden mit einer handelsüblichen Gelb­ chromatierungslösung (3, 5 g Cr^VI als CrO₃, 5 g Cl^- als NaCl und maximal 1 g Cr^III jeweils pro Liter) 30 sec. lang be­ handelt und dann getrocknet. Zum Versiegeln wurde eine handelsübliche Versiegelung auf Alkydharzbasis mit ca. 8% Feststoffgehalt benutzt, in die die Bleche getaucht wur­ den. Das Trocknen der mit der Versiegelungslösung überzoge­ nen Bleche erfolgte durch 10-minütiges Anblasen der Bleche mit Warmluft von 60°C.

Die Bleche wurden danach 48 h bei Raumtemperatur ausge­ lagert und anschließend 24 h auf 100°C erwärmt. Die so behandelten Belche wurden anschließend dem Salzsprühtest nach DIN 50 021 SS unterzogen.

Die Ergebnisse sind in der Abbildung grafisch darge­ stellt, wobei die Abszisse die Versuchsdauer und die Ordinate den Korrosionsgrad angibt. Dabei bedeuten Kor­ rosionsgrad

0:unverändert 0,5:sehr geringe punktförmige Beeinträchtigung (Abstände <15 mm oder nestförmig) 1:schwache punktförmige Beeinträchtigung (Abstände <5 mm oder nestförmig) 1,5:geringe optische Beeinträchtigung (Zn-Korrosion < 2% der Fläche) 2:mittlere optische Beeinträchtigung (Zn-Korrosion auf ca. 10% der Fläche) 2,5:starke optische Beeinträchtigung (Zn-Korrosion auf ca. 30% der Fläche) 3:großflächige optische Beeinträchtigung (Zn- Korrosion auf ca. 50% der Fläche) 4:großflächige optische Beeinträchtigung (Zn- Korrosion auf <75% der Fläche) 4,5:erste erkennbare Grundwerkstoffkorrosion 5:Grundwerkstoffkorrosion auf ca. 10% der Fläche

Kurve 1 zeigt das Korrosionsverhalten bei Behandlung der Bleche mit der unveränderten handelsüblichen Versiegelungs­ lösung.

Kurve 2 zeigt das Korrosionsverhalten der Bleche, wobei der handelsüblichen Versiegelungslösung 5 g/l einer hydro­ philen hochdispersen Kieselsäure (Mittlerer Teilchendurch­ messer 12 nm, spezifische Oberfläche ca. 200 m²/g) unter Zu­ hilfenahme eines Hochleistungsrührers zugesetzt war.

Kurve 3 zeigt die weitere Verbesserung des Korrosions­ verhaltens, die sich durch Zusatz von 20 g Glycerin/l zu der in Kurve 2 benutzten Versiegelungslösung erzielen läßt.

Kurve 4 zeigt das Korrosionsverhalten von beschichteten Blechen, bei der der für Kurve 3 benutzten Versiegelungs­ lösung noch zusätzlich 5 g/l Benzotriazol als Korrosions­ inhibitor zugesetzt wurde.

Kurve 5 zeigt das Korrosionsverhalten von beschichteten Blechen, bei der der für Kurve 3 benutzten Versiegelungs­ lösung noch zusätzlich 5 g/l Wasserglas als Korrosions­ inhibitor zugesetzt wurde.

Claims (5)

1. Versiegelungslösung für chromatierte Zinkoberflächen auf der Basis einer wässrigen Lösung oder Dispersion orga­ nischer Lackharze, dadurch gekennzeichnet, daß sie von 1 bis 20 g/l eines anorganischen Thixo­ tropierungsmittels enthält.

2. Versiegelungslösung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Thixotropierungsmittel hochdisperses Silicium­ dioxid oder Bentonit enthält.

3. Versiegelungslösung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich 5 bis 50 g/l eines mehrwertigen Alkohols enthält.

4. Versiegelungslösung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Glycerin, Ethylenglycol, niedere Glycolether, oder niedere Polydiole enthält.

5. Versiegelungslösung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Zinkkorrosionsinhibitor, insbesondere Benzotriazol, und/oder Natriumsilikat enthält.