DE4240903A1 - Verfahren zum Anbringen einer gefärbten, elektrolytisch plattierten Schicht auf einem mit Zink elektrolytisch plattiertem Stahlgegenstand - Google Patents
Verfahren zum Anbringen einer gefärbten, elektrolytisch plattierten Schicht auf einem mit Zink elektrolytisch plattiertem StahlgegenstandInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Anbringen einer gefärbten,
elektrolytisch plattierten Schicht auf einen mit Zink
elektrolytisch plattierten Stahlgegenstand.
Das Verfahren benützt eine Wechselstrom-Energiezufuhr,
welche Elektrizität mit einer Frequenz von 10-120
Hz, Spannung von 60-120 V und einer Stromdichte von
20-80 A/dm2 bereitstellt und eine wäßrige Lösung
zur Elektroplattierung, welche 150-200 g/l Silicat,
15-20 g/l Natriumhydroxid und 5-50 g/l Cobaltsalz
enthält. Die Lösung zur Elektroplattierung wird bei
einer konstanten Temperatur von 20-30°C gehalten.
In diesem Verfahren werden zwei Schritte benutzt, um
das Elektroplattieren und Anbringen der gefärbten,
elektroplattierten Schicht durchzuführen, so daß auf
der Oberfläche der mit Zink elektroplattierten Schicht
eine blaue elektroplattierte Schicht anhaften kann.
Somit kann die Ästhetik und die Fähigkeit zur
Korrosionsbeständigkeit der mit Zink
elektroplattierten Schicht wegen der gefärbten
elektroplattierten Schicht, die auf der Oberfläche der
mit Zink elektroplattierten Schicht anhaftet, erhöht
werden. In dem oben genannten Verfahren kann das
Cobaltsalz durch Metallsalze wie 5-20 g/l
Mangansalze, 5-15 g/l Chromsalze, 2-15 g/l
Eisensalze und 20-40 g/l Zinnsalze ersetzt werden,
so daß die anhaftende Farbe der Oberfläche der mit
Zink elektroplattierten Schicht braun, grün, weiß bzw.
grau wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine
gefärbte elektroplattierte Schicht auf der Oberfläche
eines zinkelektroplattierten Gegenstandes so
anzubringen, daß die Korrosionsbeständigkeit erhöht
wird. Das wird durch ein Wechselstrom-
Elektroplattierungsverfahren erreicht, das eine
Spannung, einen Strom und eine konstante Temperatur
innerhalb eines begrenzten Bereichs benutzt. In diesem
Verfahren führen die Salze, die in der Lösung, die für
den Elektroplattierungsprozeß benutzt wird, enthalten
sind, zu einer gefärbten elektroplattierten Schicht,
anhaftend auf der Oberfläche der mit Zink
elektroplattierten Schicht eines mit Zink
elektroplattierten Stahlgegenstandes und die dadurch
die Ästhetik und die Korrosionsbeständigkeit des mit
Zink elektroplattierten Stahlgegenstandes durch die
gefärbte elektroplattierte Schicht erhöht.
Zink ist ein amphoteres Metall, das sehr aktiv ist und
das die Fähigkeit zur Korrosionsbeständigkeit hat. Aus
diesem Grund verwenden viele kommerziell zugängliche
Produkte, die aus Eisen oder ähnlichem bestehen, wie
zum Beispiel Hausgeräte, Automobilgehäuse,
Brückenbauwerk und Geräte zur Übertragung von
elektrischer Energie Zink als korrosionsbeständige
Schicht. Da der Oberflächenüberzug der Zinkschicht
weich und anfällig gegenüber Abnutzung und Korrosion
ist und die Zinkschicht nach der Oxidation zu Zinkoxid
wird, wird die Haftfähigkeit zwischen dem Zinkoxid und
dem Eisenmaterial zerstört. Das bewirkt, daß das
Zinkoxid sich vom Eisenmaterial ablöst. Desweiteren
ist die Oberfläche von herkömmlichen zinkplattierten
Stahlgegenständen silberweiß, was wiederum keine
Ästhetik hat und das Einsatzgebiet begrenzt.
Üblicherweise werden mehrere Verfahren angewendet, um
die Farbe der Oberfläche der mit Zink plattierten
Schicht zu verbessern und den Verbrauch der
Zinkschicht auf der Oberfläche zu verhindern; z. B.
(1) Chemische Passivierung von Metallen; (2)
Beschichtungsbehandlung; (3) eine interferenzfärbende
Legierung durch Zugabe von Elementen wie Titan,
Magnesium oder Mangan während des Prozesses der
Verzinkung bzw. Feuerverzinkung herzustellen und (4)
elektrochemische Färbebehandlung. Jedoch hat jedes
dieser o.g. Verfahren einen der folgenden Nachteile.
Dieses Verfahren beinhaltet die Behandlung mit
Phosphaten, die Behandlung mit Chromaten und das
Schwefeln (sulphurizing) etc. Obwohl die chemische
Passivierung für die Behandlung zur
Korrosionsbeständigkeit von zinkplattierten
Stahlgegenständen benutzt werden kann, hat sie
Nachteile, weil die Chromate und die Sulfite
hochtoxisch und die Phosphate schwierig zum Auflösen
sind. Das bewirkt Umweltverschmutzung. Desweiteren ist
die Wirkung der Korrosionsbeständigkeit dieses
Verfahrens nicht ideal für Regionen mit hoher
Korrosionsgefahr, wie solche in der Nähe des Meeres.
Es gibt viele Arten von Harzen, welche in diesem
Verfahren benutzt werden, z. B. PVC-Harz, Acrylharz,
Epoxyharz oder ähnliches. Jedoch haben die
Beschichtungen auf den zinkplattierten
Stahlgegenständen, die mit diesen Harzen überzogen
wurden, die Neigung sich abzulösen, nachdem sie einer
Belichtung ausgesetzt wurden. Insbesondere ist die
Haftung zwischen einer Farbe und der Oberfläche von
einer zinkplattierten Schicht nicht gut, wenn die
Farbe auf einem Stahlgegenstand angebracht wurde,
welcher direkt zuvor zinkelektroplattiert wurde.
Diese Methode stellt Legierungsprodukte her, bei denen
die Gleichmäßigkeit und die Wiederholbarkeit
verbessert werden müssen. Desweiteren ist die
interferenzfarbige Legierung, die nach diesem
Verfahren hergestellt wurde, relativ dünn und hat keine
guten Anti-Abnutzungseigenschaften.
Im Jahre 1962 entwickelte eine kanadische Firma
namens Comince APCF (Verfahren der anodischen
Behandlung bzw. Eloxal-Verfahren von Zink (zinc
anodized treatment procedure)), was eine anodische
Behandlung ist, die einen Zinkchromat- und
Zinkammoniumphosphat-Elektrolyten benutzt und wobei
die Spannung auf 200 V gesteigert wird, um eine grüne
Beschichtung herzustellen. Im Jahre 1971 setzte die
U.S. Navy Standards für die Beschichtung durch
anodisierende Behandlung (Eloxalbeschichtung) für Zink
und Zinklegierungen fest, in denen vier Arten von
Verfahren zur färbenden beschichtenden Behandlung,
nämlich APCF (grüne Beschichtung), SSC (hellgraue
Beschichtung), SSCV (dunkelgraue Beschichtung) und
SSMN (braune Beschichtung) erwähnt sind. In diesen
Verarbeitungsverfahren werden Lösungen wie Chromate,
Fluorwasserstoffsäure und Permanganate benutzt, die
hochtoxisch und hochkorrodierend sind. Daher besteht
dabei eine Tendenz, Umweltverschmutzung zu bewirken.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung lindert die
Probleme wie das Färben der zinkplattierten Schicht
und der Dünne der Schicht. Der Erfinder hat Forschung
in einer Technik, die sich auf die Zinkplattierung von
Stahlgegenständen und die verschiedenen
Lehnbeschichtungen bezieht, betrieben.
Die vorliegende Erfindung stellt hauptsächlich ein
Verfahren zur Verfügung, das eine gefärbte Schicht
anhaftend an zinkplattierte Schichten liefert, die
Zinkschichten aus reinem, feuerverzinktem,
elektroplattiertem, Preßguß- bzw. Dauerguß- bzw.
Kokillenguß und thermisch gespritztem Zink sind. Gemäß
diesem Verfahren, hat die zinkplattierte Schicht eine
erhöhte Haftfähigkeit, Mikrohärte und Eigenschaft der
Erosionsbeständigkeit.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen
näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Spannung und die Stromdichte bei
jedem Schritt des zweistufigen Verfahrens zur
Elektroplattierung gemäß der vorliegenden Erfindung;
und
Fig. 2 zeigt ein Bild von einer Probe, die durch
das Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten
wurde, das mit einem Elektronenmikroskop vergrößert
wurde.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung benützt
eine Wechselstrom-Energiezufuhr. Dazu benützt es einen
Stahlgegenstand, der zinkelektroplattiert werden soll
als Elektrode. Es verwendet eine Lösung, die 15-20
g/l Natriumhydroxid, 150-200 g/l Silicat und 5-50
g/l Cobaltsalz enthält, als Flüssigkeit zur
Elektroplattierung. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird
während des ersten Schrittes eine Elektrizität der
Frequenz von 10-120 Hz und einer konstanten Spannung
von 60-120 V während der ersten Phase für 3 bis 7
Minuten verwendet. Wegen der Oxidation ergibt dies
eine gleichmäßige, schwarze Schicht auf der Oberfläche
des zinkplattierten Stahlgegenstandes. In dem zweiten
Schritt wird die Stromdichte auf 20-80 A/dm2 erhöht
(so daß das Potential bis über ein Funkenpotential
erhöht ist) und die Temperatur wird bei einer
konstanten Temperatur zwischen 20-30°C gehalten.
Der zweite Schritt braucht 8 bis 12 Minuten. Da das
Potential über ein Funkenpotential gesteigert wurde,
beginnt der Stahlgegenstand, der zinkelektroplattiert
wird, Funken zu sprühen, was zur Ionisierung der
Metallsalze (Cobaltsalze) führt, die auf dem
Stahlgegenstand haften und somit eine blau gefärbte
elektroplattierte Schicht auf dem zinkplattierten
Stahlgegenstand erzeugen. Nach diesem zweiten Schritt
wird der Stahlgegenstand mit sauberem Wasser gespült
und getrocknet. Erhalten wird eine plattierte Schicht
mit einer gleichmäßigen Dicke von 20 µm.
Fig. 2 zeigt ein Bild einer Probe des
Stahlgegenstandes, der gemäß der vorliegenden
Erfindung verarbeitet wurde. Dieses Bild wurde-mit dem
Elektronenmikroskop 1500-fach vergrößert. Das Bild der
Fig. 2 zeigt einen Stahlgegenstand 1, daran haftend
eine Zinkschicht 2 und eine gefärbte plattierte
Schicht 3 ganz oben.
Im oben beschriebenen Verfahren sind die Metallsalze,
die in der gemischten Flüssigkeit sind, ein variabler
Faktor in Bezug auf die Färbung z. B. können
Cobaltsalze in einer Menge von 5-50 g/l zu einer
blauen Schicht, Mangansalze in einer Menge von 5-20
g/l zu einer braunen, Chromsalze in einer Menge von 5
-15 g/l zu einer grünen, Eisensalze in einer Menge
von 2-15 g/l zu einer weißen und Zinnsalze in einer
Menge von 20-50 g/l zu einer grauen Schicht führen.
Verschiedene Metallsalze hatten hierbei in
verschiedenen Mengen in der elektroplattierenden
Lösung vorgelegen.
Ein zinkplattierter Stahlgegenstand, mit einer daran
anhaftenden, gefärbten plattierten Schicht, die er
durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung
erhalten hat, hat eine gefärbte plattierte Schicht,
die nicht lichtreflektierend ist und die eine erhöhte
Eigenschaft der Korrosionsbeständigkeit hat. Die
Verbesserung der anhaftenden gefärbten Schicht wird
durch das folgende Experiment gezeigt.
Ein reines Zink-Testblech von 50×30×2 mm wird in
ein Bad 10%-igem Natriumhydroxid für 2 Minuten
getaucht, entölt und mit deionisiertem Wasser
gewaschen. Dann wird das Testblech in ein 10%-iges
Chlorwasserstoffbad für 2 Minuten getaucht. Der Schmutz
auf der Oberfläche des Testblechs wird entfernt und
das Testblech mit deionisiertem Wasser gespült. Dieses
Testblech wird als Elektrode in ein
elektroplattierendes Bad mit Silicaten in einer Menge
von 150-200 g/l, Natriumhydroxid in einer Menge von
15-20 g/l und Cobaltsalzen in einer Menge von 5-50
g/l gehängt. Das Bad wird bei einer konstanten
Temperatur von 20-30°C gehalten. Im ersten Schritt
wird eine konstante Spannung von 60-120 V für die
Dauer von 3 bis 7 Minuten angewendet, um eine schwarze
plattierte Schicht herzustellen. Im zweiten Schritt
wird die Stromdichte bei 20-80 A/dm2 für die Dauer
von 8 bis 12 Minuten gehalten, wobei eine blaue,
gleichmäßige plattierte Schicht graduell während des
zweiten Schrittes aufgrund des durchgehenden
Stromflusses gebildet wird. Daraufhin wird das
Testblech aus dem Bad genommen und mit Wasser gespült,
und in eine Box gesteckt, die auf einer Temperatur von
80°C für 10 Minuten gehalten wird. So wird eine
gleichmäßige, nichtreflektierende, blaue, plattierte
Schicht mit einer Dicke von 20 µm erhalten.
Die Testergebnisse des Testblechs, das
elektroplattiert wurde, sind die folgenden.
Ein Salzsprühversuch wurde 1000 Stunden lang auf
der gefärbten plattierten Schicht durchgeführt. Die
Oberfläche der Schicht bleibt nach dem Test gut. Keine
Rostflecken entwickelten sich. (Üblicherweise wird ein
Stahlgegenstand mit plattiertem Zink der Dicke von 100
µm nach einem ähnlichen 50-Stunden-Test weiße Flecken
und nach 150-Stunden-Test gelbe Flecken zeigen).
Korrosionspotential-Test (corrosion potential
test) in 3%-igem Salzwasser:
Das Korrosionspotential des Testbleches mit der gefärbtem plattierten Schicht ist um 400 MV höher als das der herkömmlichen Testbleche nach der Feuerverzinkung.
Das Korrosionspotential des Testbleches mit der gefärbtem plattierten Schicht ist um 400 MV höher als das der herkömmlichen Testbleche nach der Feuerverzinkung.
Die Härte des Testbleches mit einer gefärbten
plattierten Schicht ist über 100 VHN, also um 20%
höher als die einer reinen Zinkoberfläche.
Das Testblech mit der darauf haftenden, gefärbten
plattierten Schicht hat eine plattierte Schicht mit
besserer Haftfähigkeit, die nicht so leicht
abblättert.
Deshalb ist der zinkplattierte Stahlgegenstand, der
durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
erhalten wurde, verbessert gegenüber herkömmlichen
zinkplattierten Stahlgegenstände und hat die folgenden
Merkmale:
- 1. Anstelle der monotonen silbergrauen Farbe der plattierten Schicht gemäß dem Stand der Technik kann die plattierte Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung in mehreren verschiedenen Farben hergestellt werden, was die Ästhetik der plattierten Schicht erhöht,
- 2. die vorliegende Erfindung verbessert die Eigenschaft der Korrosionsresistenz der zinkplattierten Schicht und verhindert, daß sich weiße Flecken auf der Schicht bilden,
- 3. die Schicht ist nicht-reflektierend und ihre Farbe ist beim Betrachten von verschiedenen Seiten gleichmäßig,
- 4. die elektroplattierte Schicht ist von gleichmäßiger Dicke,
- 5. die Dicke der gefärbten, plattierten Schicht kann 20 µm oder mehr sein und
- 6. es gibt keinerlei Verschmutzung.
Deshalb kann das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung ein erstrebenswertes Ergebnis erreichen, das
nicht nur eine gute Färbung und eine plattierte
Schicht auf der Oberfläche eines zinkplattierten
Stahlgegenstandes zur Verfügung stellt (einschließlich
reinem Zink, Feuerverzinkung, elektroplattiertem Zink,
thermischem gespritztem Zink und Dauer-, Preß- bzw.
Kokillengußzink), sondern auch dessen Eigenschaft der
Korrosionsbeständigkeit erhöht. Die Nachteile der
herkömmlichen Färbetechnik von Zinkplattierungen und
die Unebenheiten der plattierten Schicht können
abgemildert werden. Das macht den zinkplattierten
Stahlgegenstand akzeptabler für die Verbraucher.
Claims (6)
1. Verfahren zum Anbringen einer gefärbten
elektrolytisch plattierten Schicht auf einen mit Zink
elektrolytisch plattierten Stahlgegenstand, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Wechselstrom-Energiezufuhr
mit einer Frequenz von 10-120 Hz, einer konstanten
Spannung von 60-120 V und einer konstanten Stromdichte
von 20-80 A/dm2 für eine Flüssigkeit zur
elektrolytischen Plattierung verwendet wird, die 150-
200 g/l Silikate, 15-20 g/l Natriumhydroxid und 5-50
g/l Metallsalze enthält und die bei einer konstanten
Temperatur von 20-30°C gehalten wird, wobei dieses
Verfahren in zwei Schritten ausgeführt wird, um eine
gefärbte elektrolytisch plattierte Schicht auf einem
mit Zink elektrolytisch plattierten Stahlgegenstand
anzubringen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gehalt an Metallsalz in der Flüssigkeit zur
elektrolytischen Plattierung 5-50 g/l Cobaltsalz, 5-20
g/l Mangansalz, 5-15 g/l Chromsalz, 2-15 g/l Eisensalz
oder 20-40 g/l Zinnsalz sein kann, um zu einer
spezifisch gefärbten Schicht zu führen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet,daß die Schicht braun, grün, weiß und
grau-farbig sein wird, wenn die Metallsalze in der
Flüssigkeit zur elektrolytischen Plattierung
Mangansalze, Chromsalze, Eisensalze bzw. Zinnsalze
sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß beim ersten Schritt der zwei Schritte eine
Elektrizität mit einer Frequenz von 10-120 Hz und
einer konstanten Spannung von 60-120 V für eine
Dauer von 3 bis 7 Minuten angewandt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß beim zweiten Schritt der zwei
Schritte eine Elektrizität mit einer konstanten
Stromdichte von 20-80 A/dm2 für eine Dauer von 8 bis
12 Minuten angewendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dicke der gefärbten, elektrolytisch
plattierten Schicht auf der Oberfläche des mit Zink
elektrolytisch plattierten Stahlgegenstandes ungefähr
20 µm beträgt.
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