DE3626261A1 - Korrosionsfestes stahlmaterial mit mehrfachbeschichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stahlmaterial, das auf seiner Oberfläche eine Mehrfach-Schutzschicht aufweist, die es bezüglich Abnutzung und Korrosion widerstandsfähiger macht. Ein bekanntes korrosionsfestes Stahlmaterial mit Mehrfachbeschichtung ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. Es weist z. B. ein Stahlblech 11 auf, das auf seiner Oberfläche mit einer galvanisierten Schicht 12 versehen ist, ferner einen Chromatfilm 13 auf der galvanisierten Schicht 12 und eine Harzschicht 14 auf dem Chromatfilm 13.

Obwohl oft Zink verwendet wird, um Stahl mit einer Schutzschicht zu versehen, muß eine derartige Zinkbeschichtung eine beträchtliche Dicke aufweisen, um den Stahl wirksam vor Korrosion zu schützen, da beim Schutz von Stahl mittels galvanisierter Schichten eine Opferkorrosion des Zinks vorliegt.

Die galvanisierte Schicht 12 muß eine Dicke von zumindest 30 µ haben, im Hinblick auf die starken Einflüsse, denen das beschichtete Material ausgesetzt ist, wenn es beispielsweise zur Herstellung von Motorfahrzeugteilen verwendet wird. Die Herstellung einer derartigen Schicht ist zeitraubend, wodurch sich eine drastische Produktivitätsreduktion ergibt. Die galvanisierte Schicht 12 ist so dick, daß sie dazu neigt, abzuspringen oder sich abzulösen, wenn das beschichtete Material in eine gewünschte Form gedrückt oder gebogen wird. Darüber hinaus tendiert die Harzschicht 14 dazu porig zu werden und rissig zu werden, wenn das beschichtete Material gepreßt oder gebogen wird. Das Korrosionsprodukt des Zinks neigt dazu, sich trotz des Chromatfilms 13 schnell in den Poren oder Rissen der Harzschicht 14 anzusammeln. Infolgedessen neigt die Harzschicht 14 dazu sich abzulösen, wenn der Chromatfilm seine Wirksamkeit verliert, insbesondere wenn das beschichtete Material beispielsweise dazu verwendet wird, Motorfahrzeugteile herzustellen und dadurch hochkorrosiven Bedingungen ausgesetzt ist, einschließlich großen Temperaturänderungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes korrosionsfestes Stahlmaterial mit Mehrfachbeschichtung zu schaffen, das eine verbesserte Korrosionswiderstandsfähigkeit während eines langen Zeitraumes auch unter hochkorrosiven Bedingungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Mit der Erfindung wird ein korrosionsfestes Stahlmaterial mit Mehrfachbeschichtung geschaffen, das ein Stahlbasismaterial aufweist, eine galvanisierte Schicht auf einer Oberfläche des Stahlbasismaterials, ferner eine galvanisch niedergeschlagene Schicht einer Legierung auf Zinkbasis mit Nickel, die auf der galvanischen Schicht ausgebildet ist, und die eine Dicke von 1-6 µ aufweist, und eine Kunstharzschicht, die auf der elektroplattierten Schicht angeordnet ist.

Der Werkstoff mit Mehrfachbeschichtung kann ferner einen chromatischen Film zwischen der elektroplattierten Schicht und der Harzschicht aufweisen. Beispielsweise kommen als Stahlbasismaterial in Frage Bleche, Rohre, Stangen oder Drähte.

Durch die Anordnung einer galvanisch niedergeschlagenen Schicht wird es möglich, die Dicke der galvanischen Schicht stark zu reduzieren, ohne dadurch eine Zunahme der Gesamtdicke der Beschichtung in Kauf nehmen zu müssen. Die Reduzierung der Dicke der galvanischen Schicht ermöglicht es, daß diese schneller hergestellt wird. Die verringerte Dicke der galvanischen Schicht und die Leitfähigkeit der elektroplattierten Schicht, die sich aus dem Mittelanteil ergibt, gewährleisten, daß die galvanische Schicht oder die elektroplattierte Schicht nicht rissig werden oder sich ablösen, wenn das beschichtete Material verformt werden. Es tritt keine unerwünscht schnelle Ansammlung von Korrosionsprodukten des Zink in den Poren der Harzschicht oder in anderen Teilen der Harzschicht, die während der mechanischen Umformung des beschichteten Materials beschädigt worden sind, auf. Es gibt auch keinen ernsthaften Abschäleffekt der Harzschicht.

Durch die Verkürzung der Galvanisierungszeit wird eine sehr hohe Produktivitätsrate erzielt. Die verbesserte Widerstandsfähigkeit der Beschichtung gegen Rissebildung oder Abschälen ermöglicht es, daß das beschichtete Material mit nur geringem Ausschuß mechanisch bearbeitet werden kann.

Das erfindungsgemäß geschaffene beschichtete Material kann einen sehr hohen Grad von Korrosionswiderstand für eine lange Zeit, selbst in hochkorrosiver Umgebung, in der große Temperaturschwankungen auftreten, aufrechterhalten. Es ist daher beispielsweise sehr vorteilhaft bei der Herstellung von Kraftfahrzeugteilen einsetzbar.

Beschichtetes Stahlmaterial gemäß der Erfindung ist nachfolgend beispielsweise unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1 eine fragmentarische, vergrößerte Querschnittsansicht eines beschichteten Stahlbleches;

Fig. 2 eine fragmentarische, vergrößerte Querschnittsansicht eines Stahlrohres; und

Fig. 3 einen fragmentarischen, vergrößerten Querschnitt durch ein bekanntes beschichtetes Stahlblechmaterial.

Das in Fig. 1 dargestellte beschichtete Material weist ein Stahlblech 1 auf, mit einer Oberfläche 1′, die einer Vorbearbeitung unterzogen wurde, die ein Entfetten und das Entfernen von Rost einschließt.

Die Oberfläche 1′ trägt eine galvanisierte Schicht 2 mit einer Dicke von etwa 8 bis 20 µ. Die galvanisierte Schicht 2 weist eine Oberfläche 2′ auf, die eine galvanisch abgeschiedene Schicht 3 einer Legierung auf Zinkbasis trägt, welche 5 bis 15 Gew.-% Nickel enthält. Die Schicht 3 weist eine Dicke von 1 bis 6 µ auf, abhängig vom Nickelgehalt. Wenn die Dicke merklich geringer als 1 µ ist, neigt sie dazu, einen nur unbefriedigenden Korrosionswiderstand aufzuweisen. Wenn die Dicke merklich größer als 6 µ ist, wird die Bearbeitbarkeit des beschichteten Materials verschlechtert. Die Schicht 3 weist eine Oberfläche 3′ auf, die eine Schicht 4 aus einem Kunstharz beträgt, das einen hohen Verschleißwiderstand besitzt. Die Schicht 4 kann beispielsweise aus einem Polyolefinharz, einem chlorhaltigen Harz, einem fluorhaltigen Harz, einem Epoxyharz oder einem Polyamidharz bestehen.

Das in Fig. 2 dargestellte beschichtete Material weist Rohrform auf, wobei das Rohr auf seiner äußeren Oberfläche mit einer Mehrfachbeschichtung versehen ist. Die Beschichtung ist im wesentlichen identisch zu der oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Beschichtung mit der Ausnahme, daß das Material gemäß Fig. 2 zusätzlich einen Chromatfilm 5 zwischen der elektroplattierten Schicht 3 und der Harzschicht 4 aufweist.

Die Oberfläche 1′ kann entweder eine einfache Stahlfläche oder aber eine Fläche sein, die einen dünnen Kupferfilm trägt.

Nachfolgend ist die Erfindung ausführlicher anhand verschiedener Ausführungsbeispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein Rohr aus ISO 2604(2-75) Stahl mit einem Außendurchmesser von 8,0 mm, einer Wandstärke von 0,7 mm und einer Länge von 300 mm wurde zunächst mittels eines herkömmlichen Verfahrens entfettet und vom Rost befreit.

Das Rohr wurde als Kathode, mit einer Zinkplatte als Anode, in einem alkalischen Galvanisierbad angeordnet, welches hauptsächlich Natriumcyanid und Natriumhydroxid enthielt. Während das Bad auf Umgebungstemperatur gehalten wurde, wurde ein Strom hindurchgeleitet, so daß die Kathode eine Stromdichte von 3 A/dm² aufwies, und als Ergebnis eine galvanische Zinkschicht mit einer Dicke von etwa 13 µ auf der Rohroberfläche abgeschieden wurde.

Das Rohr wurde dann in eine flüssige wässrige Lösung einer Hydrochlorsäure eingetaucht und dann gewaschen. Das Rohr wurde als Kathode in einem Elektroplattierbad angeordnet, welches Zinkchlorid, Nickelchlorid, Ammoniumchlorid und einen pH-Wert von 5,8 aufwies, während einer Platte aus einer nickelhaltigen Legierung auf Zinkbasis als Anode benutzt wurde. Während das Bad auf einer Temperatur von 40°C gehalten wurde, wurde ein Strom hindurchgeleitet, so daß die Kathode eine Stromdichte von 2 A/dm² aufwies. Damit wurde eine galvanisch niedergeschlagene Legierungsschicht auf der galvanischen Schicht mit einer Dicke von etwa 5 µ erzeugt.

Ein Epoxyharz-Primer wurde dann auf die elektroplattierte Schicht gesprüht und bei einer Temperatur von 200°C gebrannt. Nach der Abkühlung wurde ein Vinylidenfluoridharz auf den Primer gesprüht und bei einer Temperatur von 250°C gebrannt, wodurch sich eine Harzschicht mit einer Dicke von etwa 35 µ auf der elektroplattierten Schicht ergab.

Beispiel 2

Ein Rohr aus ISO 2604(2-75) Stahl mit einem Außendurchmesser von 8 mm, einer Wandstärke von 0,7 mm und einer Länge von 300 mm wurde mittels bekannter Verfahren entfettet und vom Rost befreit. Die äußere Fläche war mit einem Kupferfilm versehen, der eine Dicke von 3 µ aufwies.

Das Rohr wurde als Kathode in einem Galvanisierbad angeordnet, welches hauptsächlich Zinksulfat, Natriumsulfat und Aluminiumchlorid bei einer Temperatur von 50°C enthielt. Ein elektrischer Strom wurde durch das Bad geleitet, so daß die Kathode eine Stromdichte von 20 A/dm² aufwies. Damit wurde eine galvanische Schicht mit einer Dicke von etwa 15 µ auf der Rohroberfläche abgeschieden.

Das Elektroplattierverfahren gemäß Fig. 1 wurde dann wiederholt, um eine galvanisch abgeschiedene Schicht mit einer Dicke von etwa 4 µ auf der galvanischen Schicht abzuscheiden.

Eine Vinylfluorid enthaltende Dispersion wurde dann auf die elektroplattierte Schicht gesprüht und bei einer Temperatur von 250°C gebrannt, wodurch sich eine Harzschicht mit einer Dicke von etwa 30 µ ergab.

Vergleichsbeispiel 1

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, um eine galvanisierte Schicht mit einer Dicke von etwa 20 µ auf einem Rohr aus demselben Stahl und mit denselben Abmessungen abzuscheiden. Ein herkömmlicher Chromatfilm wurde auf der galvanisierten Schicht ausgebildet. Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde wiederholt, um auf dem Chromatfilm eine Vinylidenfluorid-Harzschicht auszubilden, mit einer Dicke von etwa 35 µ.

Es wurden dann verschiedene Korrosionstestzyklen an den beschichteten Produkten der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels 1 durchgeführt. Jeder Zyklus floß 4 Stunden eines ISO 3768-Test (Neutralsalzspraytest für metallische Beschichtungen) ein sowie 2 Stunden Trocknung bei einer Temperatur von 60°C und 2 Stunden Feuchtigkeitstest bei einer Temperatur von 50°C und einer Feuchtigkeit von zumindest 95%. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle enthalten.

Tabelle 1

Claims (7)

1. Korrosionsfestes Stahlmaterial mit einer galvanischen Schicht auf einer Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektroplattierte Schicht (3) aus einer nickelhaltigen Legierung auf Zinkbasis auf der galvanischen Schicht (2) ausgebildet ist, mit einer Dicke von 1-6 µ, und daß auf der elektroplattierten Schicht (3) eine Harzschicht (4) angeordnet ist.

2. Stahlmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Chromatfilm (5) zwischen der elektroplattierten Schicht (3) und der Harzschicht (4) angeordnet ist.

3. Stahlmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung einen Nickelgehalt von 5-15 Gew.-% aufweist.

4. Stahlmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzschicht (4) ein Polyolefinharz, ein chlorhaltiges Gas, ein fluorhaltiges Gas, ein Epoxyharz oder ein Polyamidharz aufweist.

5. Stahlmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanische Schicht eine Dicke von etwa 13-15 µ aufweist.

6. Stahlmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahloberfläche mit einem Film versehen ist.

7. Stahlmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff die Form eines Bleches, eines Rohres, einer Stange oder eines Drahtes aufweist.