DE4411308A1

DE4411308A1 - Metallwerkstoff

Info

Publication number: DE4411308A1
Application number: DE4411308A
Authority: DE
Inventors: Ii Jay F Carey; Mehrooz Zamanzadeh
Original assignee: Louis Berkman Co
Current assignee: Louis Berkman Co
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2014-04-01
Also published as: US5470667A; US5401586A; FR2714677A1; JP2850193B2; FR2714677B1; DE4411308C2; JPH07207841A

Description

Die Erfindung betrifft einen Metallwerkstoff, insbesondere für Dachbeläge, Fassadenverkleidungen und andere Baumaterialien, mit einem Basismetall, das mit einer korrosionsbeständigen Metallbe schichtung versehen ist. Die Erfindung ist insbesondere auf flä chige Baumaterialien wie Bleche gerichtet, die umweltschonend und dabei besonders haltbar sind.

Derartige Metallwerkstoffe sind z. B. aus der US-PS 4 987 716 und der US-PS 4 934 120 bekannt, deren Offenbarungsgehalt hiermit ausdrücklich zum Inhalt der vorliegenden Erfindungsbeschreibung gemacht wird. Aus der DE-OS 43 09 500 ist ebenfalls ein derarti ger Metallwerkstoff sowie ein Verfahren bekannt, mit dem Dachbe lagwerkstoffe in einem Heißtauchverfahren beschichtet werden können. Auch diese deutsche Druckschrift wird hiermit zum Offen barungsgehalt der vorliegenden Erfindungsbeschreibung gemacht.

In der Vergangenheit wurden bereits Baumaterialien aus Metall wie z. B. Dachbeläge und Fassadenverkleidungen aus biegsamen Me tallen in verschiedenen Blechstärken verwendet. Die am weitesten verbreiteten Metalle sind dabei Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl (stainless steel), Kupfer und Aluminium. Diese metalli schen Baumaterialien werden üblicherweise mit einer korrosions beständigen Beschichtung versehen, um eine vorzeitige Oxidierung der Metalloberfläche zu verhindern und dadurch die Lebensdauer des Materials zu verlängern.

Eine weit verbreitete, korrosionsbeständige Beschichtung für Kohlenstoffstahl und rostfreien Stahl ist eine Terne genannte Blei-Zinnbeschichtung. Die Ternebeschichtung ist die am häufig sten verwendete und populärste Beschichtung für Dachmaterialien, da sie verhältnismäßig preiswert und leicht aufzubringen ist und ausgezeichnete korrosionsbeständige Eigenschaften hat. Ein wei terer Vorteil der Ternebeschichtung ist ihre reizvolle und von vielen Anwendern erwünschte Verfärbung zu einem erdfarbenen, der Farbe von grauem Ton etwa entsprechenden Farbton, der beim Ver wittern der Ternebeschichtung entsteht.

Die Ternebeschichtung ist eine Legierung, die üblicherweise etwa 80% Blei und als Rest Zinn enthält. Die Beschichtung wird auf die Baumaterialien normalerweise in einem Heißtauchverfahren aufgetragen, bei dem das Baumaterial in ein Schmelzbad von Ter nemetall eingebracht wird. Obwohl die ternebeschichteten Metall bleche eine sehr gute Widerstandsfähigkeit gegen Umwelteinflüsse haben und in einer Vielzahl von Anwendungsfällen verwendet wor den sind, hat die Ternebeschichtung Anlaß zu Bedenken in Bezug auf deren negativen Einfluß auf die Umwelt gegeben. So gibt es Umweltgesetze und Gesetze für die öffentliche Sicherheit, die die Verwendung von Materialien verbieten, die Blei enthalten. Da die Ternelegierung zu einem großen Anteil Blei enthält, sind Ma terialien, die mit Terne beschichtet sind, für viele Anwendungs fälle wie z. B. für wasserabführende Dachabdeckungen verboten worden. Die Bedenken, daß Blei aus der Terne ausgelaugt oder ausgewaschen werden könnte, haben dazu geführt, daß die derart beschichteten Materialien in vielen Anwendungsfällen beim Bauen nicht mehr verwendet werden sollen oder dürfen.

Die Ternelegierung hat darüber hinaus den Nachteil, daß die frisch aufgetragene Terne sehr stark glänzt und spiegelnd ist. Eine derartige, stark reflektierende Beschichtung kann daher nicht für Gebäude oder Dächer verwendet werden, die sich in der Nähe von Flughäfen oder militärischen Einrichtungen befinden. Zwar verliert die Ternebeschichtung im Laufe der Zeit ihre glän zende, stark reflektierende Oberfläche beim Desoxidieren bzw. Verwittern der Bestandteile in der Ternebeschichtung; die Zeit für eine solche Reduzierung oder Verwitterung beträgt jedoch et wa 1 1/2 bis 2 Jahre, während der die Ternebeschichtung der At mosphäre ausgesetzt sein muß, so daß es notwendig ist, die ter nebeschichteten Metalle über einen langen Zeitraum vor ihrer eigentlichen Verwendung für diese speziellen Anwendungsfälle zu lagern. Diese Lagerzeit wird noch weiter verlängert, wenn die ternebeschichteten Materialien in Rollen od. dgl. aufbewahrt wer den, die den äußeren Witterungseinflüssen nicht ausgesetzt sind.

Aus der Lebensmittelindustrie ist es bekannt, Kohlenstoffstahl mit Zinn zu beschichten, um den Stahl korrosionsbeständig zu ma chen. Bei Baumaterialien wurde Zinn bislang praktisch nicht zum Beschichten verwendet. Das am weitesten verbreitete Verfahren zum Beschichten von Kohlenstoffstahl mit einer Zinnschicht für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie ist ein Elektrolysever fahren. Bei Verwendung eines solchen Elektrolyseverfahrens ist die erreichbare Schichtdicke nur gering und liegt im allgemeinen zwischen 3,8 × 10^-4 bis 20,7 × 10^-4 mm (1,5 × 10^-5 bis 8,15 × 10^-5 in.). Darüber hinaus sind die Vorrichtungen und die Materialien sehr teuer und schwierig zu gebrauchen, die für das Galvanisieren von Metallwerkstoffen benötigt werden. Die Kosten für die Herstellung eines galvanischen Zinnüberzugs und die nur geringen, erreichbaren Dicken der Zinnbeschichtung sind nachteilig und erlauben es nicht, ein solches Verfahren auch für die Herstellung von Bau- und Dachdeckmaterialien zu verwenden.

Eine Alternative zu dem galvanischen Beschichtungsverfahren ist das sogenannte Heißtauchverfahren. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß kleine Unstetigkeitsbereiche oder Fehler in der Zinnbeschichtung auftreten können, wenn das Basismetall nicht richtig vorbehandelt und die Beschichtung nicht ordentlich auf das Grundmaterial aufgetragen wird. Beim Auftreten von der artigen Fehlern in der Beschichtung ist ein gleichmäßiger Korro sionsschutz des Baumaterials nicht möglich. Das genannte Problem tritt besonders dann auf, wenn das Zinn im Heißtauchverfahren auf nichtrostenden Stahl, sogenannten "stainless-steel", aufge tragen werden soll. Zinn bietet dem Stahl unter oxydierenden Be dingungen nämlich keinen elektrolytischen Schutz, so daß Fehler oder Unstetigkeiten in der Zinnbeschichtung zur Korrosion des Basismetalls an den nicht beschichteten Stellen führen.

Ein weiterer Nachteil von Zinnbeschichtungen ist deren stark spiegelnde Oberfläche. Die mit einer Zinnbeschichtung versehenen Baumaterialien können daher dort nicht verwendet werden, wo stark spiegelnde Materialien unerwünscht sind, es sei denn, daß die beschichteten Materialien weiterbehandelt, z. B. angestrichen werden oder der Zinnschicht ausreichend Zeit gelassen wird, zu oxydieren und dadurch eine nicht spiegelnde Oberfläche auszubil den.

Das Beschichten oder Galvanisieren von Baumaterialien mit Zink ist eine andere, weit verbreitete Behandlung von Metall, um des sen Korrosion zu verhindern. Zink wird zum Beschichten von Bau materialien gerne verwendet, da es vergleichsweise preiswert ist und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist. Darüber hinaus ist Zink auch leicht auf das Basismetall aufzutragen, beispielsweise in einem Heißtauchverfahren. Ein weiterer Vorteil der Zinkbeschichtung besteht darin, daß Zink auf Stahl eine elektrolytische Schutzschicht unter oxydierenden Bedingungen ausbildet und daher auch verhindert, daß Bereiche des Basisme talls korrodieren können, die nicht mit Zink beschichtet sind. Der elektrolytische Schutz erstreckt sich nämlich auch über die Zinkschicht hinaus und erreicht auch nicht beschichtete Teil stücke des Basismetalls, z. B. bei Schnittkanten, Kratzern oder anderen Unstetigkeiten in der Beschichtung, sofern diese keinen zu großen Abstand von der Zinkbeschichtung haben.

Obwohl die Verwendung von Zink bei Baumaterialien viele Vorteile bietet, gibt es auch einige Nachteile, die das Zink in vielen Anwendungsfällen ungeeignet machen. Zwar binden Zinkbeschichtun gen an verschiedenen Metallarten an, wobei jedoch die Verbindung zwischen der Zinkbeschichtung und dem Basismetall nicht stabil ist und es dazu kommen kann, daß die Zinkbeschichtung von dem Basismetall abblättert. Zink ist auch ein sehr starres und sprö des Metall und neigt dazu, rissig zu werden oder abzublättern, wenn die Baumaterialien gebogen werden, z. B. beim Zusammenfügen einzelner Bauteile durch Verbördeln an ihren Verbindungsstellen.

In Anbetracht der Umweltbedenken und anderen Probleme bei korro sionsbeständigen Beschichtungen bei Baumaterialien gibt es ein Bedürfnis für einen Metallwerkstoff mit einer Beschichtung, die einfach und mit Erfolg auf einem Basismaterial angebracht werden kann, um dieses vor Korrosion zu beschützen, wobei der Metall werkstoff nach seiner Beschichtung keine stark reflektierende Oberfläche haben soll und auch noch nach seiner Beschichtung leicht verformbar ist.

Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung eine korrosionsbe ständige Beschichtung zur Verwendung bei Baumaterialien, wobei die Beschichtung umweltfreundlich ist, nur einen geringen Blei gehalt aufweist und schnell zu einer Schicht mit wenig reflek tierender Oberfläche verwittert.

Mit der Erfindung wird ein Baumaterial vorgestellt, das zweckmä ßig im wesentlichen aus rostfreiem Stahl oder Kohlenstoffstahl besteht, der mit einer Zinn-Zink-Legierung beschichtet ist. Die Zinn-Zink-Legierung ist eine 2-Phasen-Metallbeschichtung mit einem großen Gewichtsanteil Zink und einem vergleichsweise gro ßen Gewichtsanteil Zinn. Der Zinngehalt der 2-Phasen-Beschich tung beträgt dabei mindestens 15 Gew.-% und der Zinkgehalt liegt bei mindestens 30 Gew.-%. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der Zinkgehalt mindestens 65 Gew.-% der Beschichtung ausmacht und der Zinngehalt höchstens 35 Gew.-% beträgt.

Diese einzigartige Zusammensetzung von Zinn und Zink sorgt für eine korrosionsbeständige Beschichtung zum Schutz der Oberfläche von Baumaterialien vor Oxidation mit einer grauen Farbe, die der von verwitterter Terne etwa entspricht und die nur wenig spie gelnd ist.

Die Zinn-Zink-Beschichtung kann auf das Basismetall, z. B. auf Metallbleche für Dachbeläge, in einem Heißtauchverfahren aufge tragen werden. Insbesondere wenn die Zinn-Zink-Beschichtung auf rostfreie Stahlmaterialien aufgetragen werden soll, ist es zweckmäßig, die Beschichtung in einem Verfahren aufzutragen, wie es bereits in der DE-OS 43 09 500 beschrieben wurde. Unter "rostfreier Stahl" soll hierbei eine Stahllegierung verstanden werden, die neben Eisen zumindest noch Chrom enthält. Die Legie rung kann darüber hinaus noch andere Elemente wie z. B. Nickel, Kohlenstoff, Molybdän, Silicium, Mangan, Titan, Bor, Kupfer, Aluminium, Stickstoff und/oder andere Metalle oder Bestandteile enthalten. Bestandteile wie z. B. Nickel können auf die Oberflä che der Chrom-Eisenlegierung aufplattiert (elektroplattiert) werden oder direkt in die Chrom-Eisenlegierung eingebunden sein. Das in der oben genannten deutschen Offenlegungsschrift offen barte Heißtauchverfahren muß geringfügig abgeändert werden, um den höheren Temperaturen Rechnung zu tragen, die zum Heißtauch beschichten der Zinn-Zink-Beschichtung erforderlich sind. Zinn schmilzt bei etwa 232°C (450°F) und Blei bei etwa 328°C (622°F). Bei dem bekannten Verfahren hat das Beschichtungsmetall einen großen Zinnanteil, so daß seine Schmelztemperatur nahe 232°C liegt. Bei der vorliegenden Erfindung nimmt Zink den größten An teil des Beschichtungsmetalls ein. Da Zink bei etwa 420°C (788°F) schmilzt, liegt der Schmelzpunkt der Zinn-Zink-Beschich tung ebenfalls in der Nähe von 420°C, also bei einer wesentlich höheren Temperatur als bei dem Verfahren nach der DE-OS 4 309 500. Um diesen höheren Temperaturen Rechnung zu tragen, muß der Beschichtungstrog aus einem Material hergestellt sein, der die sen höheren Temperaturen standhalten kann. Darüber hinaus kann es notwendig sein, die Zeit zum Abkühlen der Zinn-Zink-Beschich tung zu verlängern. Abgesehen von diesen Veränderungen kann jedoch das Verfahren nach der genannten deutschen Offenlegungs schrift dazu verwendet werden, die neue Zinn-Zink-Beschichtung auf rostfreien Stahl aufzutragen. Das Verfahren kann auch dazu verwendet werden, andere Baumaterialien wie beispielsweise Koh lenstoffstahl, Aluminium, Kupfer, Bronze usw. zu beschichten.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können der Zinn-Zink- Beschichtung Wismut und Antimon als weitere Legierungsbestand teile hinzugefügt werden, wodurch eine Kristallisation des Zinns auch bei kalter Witterung sicher verhindert wird. Wenn das Zinn kristallisiert, kann es passieren, daß die Bindung zwischen der Zinn-Zink-Beschichtung und dem Basismetall geschwächt wird, wo durch es zum Abblättern der Beschichtung kommen kann. Durch die Zugabe von geringen Mengen von Wismut und/oder Antimon kann eine derartige Kristallisation des Zinns vermieden werden. Wismut und/oder Zink können auch in größeren Anteilen in der Beschich tung enthalten sein, wodurch die Härte und Stabilität der Zinn- Zink-Beschichtung weiter vergrößert und die Abriebbeständigkeit der Beschichtung verbessert wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Zinn-Zink-Beschichtung praktisch kein Blei enthält. Der Bleigehalt kann auf ein sehr niedriges Niveau eingestellt werden, das 0,05 Gew.-% nicht über steigt. Vorzugsweise liegt der Bleigehalt der Beschichtung bei noch wesentlich geringen Prozentanteilen, so daß jedwede Umwelt bedenken bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zinn-Zink-Be schichtung ausgeräumt sind.

Die erfindungsgemäße Zinn-Zink-Zusammensetzung ermöglicht eine Beschichtung, die eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist. Die damit beschichteten Materialien können in einfa cher Weise auch vor Ort, d. h. an der Baustelle, verformt werden, ohne daß die Zinn-Zink-Beschichtung von dem Basismaterial ab bricht und/oder abblättert. Dabei ist die Menge des Zinks in der Zinn-Zink-Beschichtung so eingestellt, daß die Beschichtung nicht zu starr und brüchig ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die zu beschichtenden Bauma terialien, insbesondere metallische Dachdeckmaterialien, vor dem Aufbringen der Zinn-Zink-Beschichtung mit einer Nickel-Sperr schicht plattiert sind. Durch diese Maßnahme wird die Korrosi onsbeständigkeit insbesondere gegenüber dem Angriff von Haloge nen wie z. B. Chlor weiter verbessert. Die Nickel-Sperrschicht wird auf das metallische Baumaterial in einer dünnen Lage aufge tragen. Obwohl die Zinn-Zink-Beschichtung einen ausgezeichneten Schutz gegen den Angriff der meisten korrosionverursachenden Ele mente und Verbindungen bietet, können manche Elemente oder Ver bindungen wie z. B. Chlor die Zinn-Zink-Beschichtung im Einzel fall durchdringen und die Oberfläche des Basismetalls angreifen und oxydieren, wobei die Bindung zwischen dem Basismetall und der Zinn-Zink-Beschichtung geschwächt wird. Es hat sich gezeigt, daß die Nickel-Sperrschicht eine für derartige Elemente oder Verbindungen praktisch undurchdringliche Schutzschicht bildet, auch wenn diese Elemente und/oder Verbindungen dazu in der Lage sind, die Zinn-Zink-Beschichtung zu durchdringen. Da es nur sehr wenige Verbindungen und/oder Elemente gibt, die dazu in der Lage sind, die Zinn-Zink-Beschichtung zu durchdringen, reicht es aus, wenn die Dicke der Nickel-Sperrschicht nur gering ist, um trotz dem die genannten Elemente bzw. Verbindungen davon abzuhalten, das Basismetall anzugreifen. Die Zinn-Zink-Beschichtung und die dünne Nickelsperrschicht ergänzen sich ausgezeichnet und bilden einen besonders guten Korrosionsschutz für das Baumaterial.

Mit der Erfindung wird ein Baumaterial vorgestellt, das mit einer metallischen Beschichtung versehen ist, die besonders kor rosionsbeständig ist. Dabei hat die Beschichtung in bevorzugter Ausgestaltung nur eine geringe Reflektivität.

Die Beschichtung ist zweckmäßig ein 2-Phasen-Material, das im wesentlichen aus Zinn und Zink besteht und in besonders bevor zugter Ausgestaltung praktisch kein Blei enthält. Das mit der Beschichtung versehene Basismetall, wie z. B. ein Dachbelagblech, kann leicht verformt und geschnitten werden, um die gewünschte Form und Größe zu erhalten und kann leicht an der Baustelle mit anderen Teilen verbunden werden, ohne daß die Beschichtung ab bricht, abblättert, absplittert od. dgl.

Mit der Zinn-Zink-Beschichtung versehene Dachbelagbleche können in Dachpfannen od. dgl. vorgeformt werden und beim Dachdecken leicht mittels Preßfalzen oder durch Verlöten zusammengefügt werden, wobei die Nähte oder Falze die wasserdichte Verbindung zwischen den Pfannen sicherstellen.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung kann auf das Basismetall eine dünne Nickel-Sperrschicht aufgetragen wer den, bevor das Basismetall mit der Zinn-Zink-Beschichtung verse hen wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, worin eine bevor zugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel näher er läutert ist.

Die erfindungsgemäße Zinn-Zink-Beschichtung ist eine 2-Phasen- Metallbeschichtung, die besonders korrosionsbeständig ist und die Korrosion von Baumaterialien wie z. B. niedrig gekohltem Bau stahl oder rostfreiem Stahl deutlich verringert oder vollständig verhindert, wenn diese Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Die Zinn-Zink-Beschichtung hat einen hohen Gewichtsanteil Zink und besteht im übrigen im wesentlichen aus Zinn. Es hat sich ge zeigt, daß die Korrosionsbeständigkeit der 2-Phasen-Metallbe schichtung bei einem Zinkanteil von 65 oder mehr Gew.-% in der Legierung deutlich besser ist als bei einer Beschichtung, deren Hauptbestandteil lediglich Zinn ist.

Die tatsächliche Ursache für dieses physikalische Phänomen der erhöhten Korrosionsbeständigkeit aufgrund der Zugabe von Zink zum Zinn ist den Erfindern bislang nicht bekanntgeworden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß durch die Zugabe von Zink zum Zinn die 2-Phasen-Metallbeschichtung eine Korrosionsbeständig keit erhält, die über die Beständigkeit von Zinnbeschichtungen hinausgeht und in manchen Fällen sogar besser ist als die Korro sionsbeständigkeit einer Terne-Beschichtung, also einer Be schichtung mit großem Bleianteil. Die Zinn-Zink-Beschichtung bildet unter oxydierenden Bedingungen eine elektrolytische Schutzschicht, die auch eine Oxidation der selbst nicht mit der Beschichtung versehenen Teile des Basismetalls verhindert, die sich in der Nähe der Zinn-Zink-Beschichtung befinden. Dies hat zur Folge, daß kleinere Unstetigkeiten oder Fehler in der Zinn- Zink-Beschichtung nicht zum Oxydieren des freiliegenden Basisme talls führen, was nicht erreicht werden kann, wenn die Beschich tung lediglich aus Zinn besteht.

Der Zinn-Zinkbeschichtung können andere Metalle oder Legierungs bestandteile in geringen Mengen zugesetzt sein, um die physika lischen Eigenschaften der 2-Phasen-Schutzschicht aus Zinn und Zink zu verändern. Derartige Sekundär-Legierungsmetalle nehmen in erster Linie Einfluß auf die Festigkeit der Beschichtung und haben auf deren Korrosionsbeständigkeit praktisch keinen Ein fluß.

Die Zinn-Zink-Beschichtung kann gleichermaßen auf Kohlenstoff- Baumaterialien wie auch auf nichtrostenden Stahl aufgetragen werden, wozu vorzugsweise ein an sich bekanntes Heißtauch-Ver fahren verwendet wird. Es ist aber auch möglich, die Beschich tung in einem anderen Verfahren aufzutragen, beispielsweise in einem Luftbürsten-Streichverfahren oder in einem Elektro-Plat tierverfahren. Die Zinn-Zink-Beschichtung kann auch auf andere Basismaterialien wie z. B. auf Kupfer, Bronze, Zinn, Titan od. dgl. aufgetragen werden.

Eine 2-Phasen-Metallbeschichtung mit einem hohen Zinkanteil ist bislang insbesondere bei Baumaterialien wie z. B. Fassadenelemen ten oder Dachdeckmaterialien nicht verwendet worden. Die Verbin dung zwischen der Zinn-Zink-Beschichtung mit dem Basismetall ist außergewöhnlich stabil. Dadurch ist sichergestellt, daß die Schutzschicht besonders haltbar ist und vom Basismetall nicht leicht entfernt werden kann und auch nicht dazu neigt, abzublät tern oder abzusplittern.

Die Oberflächen von metallischen Dachdeckmaterialien und anderen Baumaterialien können vor ihrer Beschichtung vorbehandelt wer den, um die Verbindung zwischen der Zinn-Zink-Beschichtung und dem Basismetall weiter zu verbessern. So ist es z. B. möglich, die Oberfläche von rostfreiem Stahl vorab zu beizen oder zu de kapieren, was zu einem noch besseren Anbinden der Beschichtung am rostfreien Stahl führt. Vorzugsweise wird hierzu ein Beizver fahren verwendet, wie es bereits in der DE-OS 43 09 500 be schrieben ist.

Die Lebensdauer von Baumaterialien wird durch ihre Beschichtung mit der Zinn-Zink-Schicht wesentlich verlängert. Die Zinn-Zink- Beschichtung wirkt als Schutzschild gegenüber der Umgebung, die verhindert, daß das Basismetall aufgrund der Anwesenheit von Sauerstoff, Kohlendioxyd od. dgl. oxydiert oder reduziert wird. Obwohl die Zinn-Zink-Beschichtung bei Anwesenheit von verschie denen Reduktionsmitteln in der Atmosphäre selbst oxydiert, ist deren Oxidationsrate wesentlich kleiner als die des eigentlichen Baumaterials. Darüber hinaus bilden die Zinn- und Zinkoxyde, die sich auf der Oberfläche der Beschichtung bilden, selbst einen Korrosionsschutz für die Zinn-Zink-Beschichtung, wodurch die Korrosionsbeständigkeit der gesamten Schicht weiter verbessert wird. Die Zinn-Zink-Oxyde verringern darüber hinaus das Reflek tionsvermögen der Zinn-Zink-Beschichtung und verfärben diese zu einer erdfarbenen, grauen Farbe, die der Farbe von verwitterter Terne sehr ähnlich ist. Die Beliebtheit von ternebeschichteten Materialien gründet sich in nicht unerheblichem Maße darauf, daß die Ternebeschichtung bei Verwitterung einen grauen, erdfarbe nen, freundlichen Farbton annimmt. Die Erfinder haben festge stellt, daß die erfindungsgemäße Zinn-Zink-Beschichtung eine Farbe annimmt, die dem beliebten grauen Farbton von verwitterter Terne außerordentlich nahe kommt.

Durch die Beschichtung von Baumaterialien mit der Zinn-Zink-Be schichtung wird die Lebensdauer der Baumaterialien über die Le bensdauer des gesamten Bauwerks hinaus vergrößert, bei dem die beschichteten Baumaterialien verwendet werden.

Die Zinn-Zink-Beschichtung besteht im wesentlichen aus Zinn und Zink und enthält überhaupt kein oder nur sehr wenig Blei, wo durch die Beschichtung praktisch bleifrei und dadurch besonders umweltfreundlich ist. Sofern überhaupt Blei in der Beschichtung enthalten ist, wird sein Gehalt auf einem sehr niedrigen Niveau von nicht mehr als 0,05 Gew.-% der Beschichtung gehalten. Vor zugsweise beträgt der Bleigehalt in der Beschichtung nicht mehr als 0,01 Gew.-%. Durch eine derartige Begrenzung des Bleigehalts werden jedwede Bedenken ausgeräumt, die wegen eines möglichen Auswaschens oder Auslaugens des Bleis aus der Beschichtung be stehen könnten. Umweltbedenken, die gegenüber Materialien beste hen, die Blei enthalten, bestehen bei der Erfindung damit nicht.

Die metallische Zinn-Zink-Beschichtung ist ein 2-Phasen-System mit einem großen Gewichtsanteil Zink. Der Zinkanteil beträgt vorzugsweise mehr als 65 Gew.-% und kann bis zu 85 Gew.-% der Zinn-Zink-Beschichtung betragen. Das Zinn macht im wesentlichen den Rest der Metallschicht aus und liegt im Bereich zwischen 15 und 35 Gew.-%. Vorzugsweise beträgt der Zinngehalt in der Metall beschichtung etwa 20 Gew.-%.

Die Zinn-Zink-Legierung bildet eine zweiphasige metallische Be schichtung. Unter 2-Phasen-System soll hierbei eine Metallegie rung verstanden werden, die im wesentlichen aus zwei Hauptbe standteilen besteht. Überraschenderweise hat sich herausge stellt, daß die Zinn-Zink-Beschichtung eine Schutzschicht mit besserer Korrosionsbeständigkeit als Beschichtungen bietet, die hauptsächlich aus Zinn bestehen. Die Zinkmenge in der metalli schen Beschichtung beträgt nicht mehr als 85 Gew.-%, so daß die Beschichtung biegsam bleibt und auch bei Dachabdeckungen verwen det werden kann, deren einzelne Dachpfannen od. dgl. mittels Preßfalzen zusammengefügt werden. Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung der vergleichsweise hohen Gewichtsanteile von Zink die Zinn-Zink-Legierung nicht zu starr oder zu brüchig ist, so daß das damit beschichtete Baumaterial verformt oder gebogen werden kann, ohne daß die Beschichtung bricht oder abblättert. Bislang wurde angenommen, daß ein Zinkanteil oberhalb 30 Gew.-% in einer Zinn-Zink-Beschichtung diese starr und brüchig machen würde, was zu einem Abbrechen der Beschichtung führen würde, wenn das damit beschichtete Material gebogen oder verformt wird. Umfangreiche Untersuchen haben jedoch gezeigt, daß auch Legie rungen mit mehr als 30, 50 ja sogar mit mehr als 65 Gew.-% Zink und im übrigen Zinn eine ausreichend dehnbare metallische Be schichtung erlauben, die beim Biegen oder Verformen des damit beschichteten Materials nicht abbricht oder abblättert. Es wird angenommen, daß bestimmte Charakteristika der metallischen 2-Pha sen-Legierung aus Zinn und Zink die Kennwerte von Zink bezüglich seiner Streckgrenze, Steifigkeit u. dgl. verändern und so ein Dehnen der Zinn-Zink-Beschichtung bzw. ein Verbiegen des damit beschichteten Materials möglich wird.

Zusätzlich zu der erstaunlichen Dehnbarkeit der Zinn-Zink-Be schichtung hat sich herausgestellt, daß diese Beschichtung eine vergleichbar gute Korrosionsbeständigkeit wie andere Zinn-Zink- Beschichtungen mit größerem Zinnanteil aufweist. Darüber hinaus haben die Erfinder festgestellt, daß die Zinn-Zink-Beschichtung mit 65-86 Gew.-% Zink eine Farbe annimmt, die der Farbe von ver witterter Terne etwa entspricht. Die Farbe von verwitterter Terne hat einen grauen, erdfarbenen Farbton, der bei den Ver brauchern sehr beliebt geworden ist und die bislang mit anderen Beschichtungen nicht erreicht werden konnte, sofern das Baumate rial nicht zusätzlich noch gestrichen wurde. Die Zinn-Zink-Be schichtung mit dem hohen Zinkanteil hingegen nimmt eine Farbe an, die dem grauen, erdfarbenen Farbton von verwitterter Terne sehr nahe kommt.

Die metallische Zinn-Zink-Beschichtung kann auch weitere metal lische Legierungsbestandteile in geringen Mengen enthalten, wo mit die physikalischen Eigenschaften der Beschichtung verändert werden können. So ist es z. B. möglich, der Beschichtung Wismut und Antimon beizusetzen, um deren Festigkeit zu erhöhen und gleichzeitig auch eine Kristallisation des Zinns bei niedrigen Temperaturen zu verhindern. Der Wismutanteil in der Beschichtung kann dabei zwischen 0 und 1,7 Gew.-% und der Anteil an Antimon zwischen 0 und 7,5 Gew.-% betragen. Vorzugsweise werden Antimon und/oder Wismut in Mengen zwischen 0,01 und 0,5 Gew.-% der Be schichtung zugesetzt. Diese Mengenanteile reichen aus, um eine Kristallisation des Zinns bei niedrigen Temperaturen zu verhin dern, was sonst dazu führen könnte, daß die metallische Be schichtung von dem Basismetall abblättert. Es wird angenommen, daß der hohe Anteil von Zink in der Beschichtung ebenfalls dazu beiträgt, das Zinn zu stabilisieren und dessen Kristallisation zu verhindern. Eine Zugabe von Antimon und/oder Wismut in Men genanteilen größer als 0,5 Gew.-% dient in erster Linie dazu, die metallische Beschichtung zu härten oder zu festigen. Auch ge ringe Mengen anderer Metalle wie z. B. Eisen oder Kupfer können der metallischen Beschichtung zugesetzt werden, um diese zu fe stigen oder ihre Biegsamkeit zu verbessern. Der Anteil dieser anderen Metalle ist nur gering und beträgt im allgemeinen nicht mehr als 2 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 1 Gew.-% der Be schichtung.

Die Zinn-Zink-Beschichtung nach der Erfindung nimmt schnell eine graue, erdfarbene Farbe an, die der Farbe von verwitterter Terne etwa entspricht. Die graue Oberfläche der Beschichtung hat eine wesentlich geringere Reflektivität als eine Beschichtung, die im wesentlichen aus Zinn besteht oder auch einer noch nicht verwit terten Ternebeschichtung. Diese geringe Reflektivität der Ober fläche der Zinn-Zink-Beschichtung ermöglicht es, die beschichte ten Baumaterialien praktisch unmittelbar nach ihrer Herstellung auch bei Einrichtungen zu verwenden, die Materialien erfordern, die nur wenig reflektieren. Bekannte Beschichtungen wie z. B. Zinnbeschichtungen oder Ternebeschichtungen müssen erst verwit tern oder in anderer Weise vorbehandelt werden, bevor die derart beschichteten Baumaterialien bei Einrichtungen eingebaut werden, die die Verwendung von reflektierenden Werkstoffen verbieten.

Die Zinn-Zink-Beschichtung kann auf viele verschiedene Basisme talle aufgetragen werden. Die beiden am weitesten verbreiteten Metalle sind Kohlenstoffstahl oder Baustahl und nichtrostender Stahl. Diese Metalle werden vorzugsweise vor dem Beschichten vorbehandelt, um deren Oberfläche zu reinigen und Oxyde von der Oberfläche zu entfernen, so daß eine besonders stabile Verbin dung zwischen dem Basismetall und der Zinn-Zink-Beschichtung möglich wird. Nichtrostender Stahl ist eine Metallegierung, die im wesentlichen aus Eisen und Chrom besteht. Darüber hinaus kann nichtrostender Stahl neben anderen Legierungsbestandteilen auch noch Nickel enthalten, und zwar als Legierungsbestandteil und/oder in Form einer auf die Stahloberfläche aufplattierten Schutzschicht. Kohlenstoffstahl und anderen zum Bauen verwendete Metallsorten enthalten normalerweise kein Nickel. Es hat sich gezeigt, daß es besonders vorteilhaft ist, das Baumaterial mit einer dünnen Nickelschicht zu plattieren, bevor dieses mit der Zinn-Zink-Beschichtung versehen wird. Hierdurch erhält das Mate rial auch in säurehaltigen Umgebungen eine besonders gute Korro sionsbeständigkeit. Die Nickelschicht kann auf das zu beschich tende Baumaterial vorzugsweise in einem elektrolytischen Verfah ren aufgetragen werden, wobei die Dicke der Nickelschicht zweck mäßig nicht mehr als 8 µm (0, 003 in) beträgt und vorzugsweise im Bereich zwischen 1 und 3 µm liegt. Die Verbindung zwischen der Zinn-Zink-Beschichtung und der Nickel-Sperrschicht ist erstaun lich fest und haltbar und verhindert, daß die Zinn-Zink-Be schichtung vom Basismetall abblättert, insbesondere auch dann, wenn das Baumaterial während dem Einbau verformt oder geboten wird. Das Beschichten des Baumaterials mit der Nickel-Sperr schicht ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Baumaterial in einer Umgebung verwendet wird, wo mit hohen Konzentrationen von Fluor, Chlor und/oder anderen Halogenen gerechnet werden muß. Zwar verringert bereits die Zinn-Zink-Beschichtung den Kor rosionsangriff von Halogenen bei metallischen Baumaterialien in beträchtlichem Umfang. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dieser Korrosionsangriff durch die dünne Nickel-Sperrschicht zwischen dem Baumaterial und der Zinn-Zink-Beschichtung noch weiter ver ringert werden kann.

Die Zinn-Zink-2-Phasen-Metallbeschichtung kann Zusammensetzungen haben, wie sie in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt sind:

Üblicherweise enthält die Zinn-Zink-Beschichtung 65-85 Gew.-% Zink, 0-0,5 Gew.-% Antimon, 0-0,5, Gew.-% Wismut, 15-35 Gew.-% Zinn und weniger als 0,01 Gew.-% Blei.

Die Dicke der Zinn-Zink-Beschichtung kann unterschiedlich ge wählt werden und hängt von der Umgebung ab, in der das Baumate rial verwendet werden soll. Die Zinn-Zink-Beschichtung hat aus gezeichnete korrosionsbeständige Eigenschaften die besser sind als diejenigen von reinen Zinnbeschichtungen. Die Beschichtung kann in einer Dicke zwischen 0,025 und 1,27 mm (0,001-0,05 in.) aufgetragen werden. Vorzugsweise wird die Beschichtung im Heiß tauchverfahren aufgetragen und hat eine Dicke zwischen 0,025 und 0,05 mm (0,001-0,002 in.). Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Schichtdicke ausreichend ist, um eine Korrosion des metallischen Baumaterials in praktisch allen Umgebungen wirksam zu verhindern oder deutlich zu vermindern. Beschichtungen mit Dicken, die größer sind als 0,05 mm können bei besonders aggressiven Umgebungen verwendet werden, um zusätzlichen Korrosionsschutz zu erhalten.

Die Zinn-Zink-Beschichtung kann mit bekannten Bleiloten oder auch mit bleifreien Loten gelötet werden. Vorzugsweise werden bleifreie Lote verwendet, um Bedenken auszuräumen, die bei der Verwendung von Blei bestehen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen, bevorzugten Aus führungsbeispiele beschränkt, sondern es ergeben sich eine An zahl von Änderungen und Ergänzungen, ohne den Rahmen der Erfin dung zu verlassen. Die Erfindung soll auch solche Ergänzungen und Änderungen erfassen, sofern sie sich im Bereich der vorlie genden Erfindung bewegen.

Claims

1. Metallwerkstoff, insbesondere für Dachbeläge, Fassadenver kleidungen und andere Baumaterialien, mit einem Basismetall, das mit einer korrosionsbeständigen Metallbeschichtung ver sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbeschichtung eine Zinn-Zink-Beschichtung mit min destens 15 Gew.-% Zinn und mindestens 30 Gew.-% Zink ist.

2. Metallwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zinkgehalt der Metallbeschich tung mindestens 65 Gew.-% beträgt.

3. Metallwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zinngehalt im Bereich zwischen 15 und 35 Gew.-% der Metallbeschichtung liegt.

4. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Metallbe schichtung folgende Bestandteile, angegeben in Gew.-%, ent hält: Zinn|15-35% Zink 65-85% Wismut 0,0-1,7% Antimon 0,0-7,5% Eisen 0,0-0,1% Blei 0,0-0,05%

5. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Metallbe schichtung wenigstens 0,01 Gew.-% eines metallischen Stabalisators aufweist.

6. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der Bleian teil in der Metallbeschichtung kleiner ist als 0,01 Gew.-%.

7. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Basis metall Kohlenstoffstahl ist.

8. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Basis metall nichtrostender Stahl oder Edelstahl ist.

9. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß das Basis metall aus Kupfer besteht.

10. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Dicke der Metallbeschichtung zwischen 0,025 und 1,27 mm (0,001-0,005′′) beträgt.

11. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Basismetall und der Metallbeschichtung eine dünne Nickel- Sperrschicht angeordnet ist.

12. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß die Dicke der Nickelsperrschicht höchstens 8 µm beträgt.

13. Metallwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß die Nickel- Sperrschicht eine galvanisch auf das Basismetall aufgetragene Elektroplattierschicht ist.

14. Verfahren zum Herstellen eines korrosionsbeständigen Metall bleches, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech in ein Schmelzbad mit höchstens 0,01 Gew.-% Blei, mindestens 30 Gew.-% Zink und mindestens 15 Gew.-% Zinn solange eingetaucht wird, bis das Metallblech mit einer Me tallbeschichtung versehen ist, deren Dicke mindestens 0,025 bis 1,27 mm beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zinkanteil in der Metallbe schichtung zwischen 65 und 85 Gew.-% und der Zinnanteil zwischen 15 und 35 Gew.-% beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, daß der Zinnanteil in der Metallbe beschichtung zwischen 70 und 93 Gew.-% und der Zinkanteil der Metallbeschichtung zwischen 7 und 30 Gew.-% beträgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallblech vor dem Eintauchen in das Schmelzbad mit einer dünnen Nickel-Sperr schicht beschichtet wird.

18. Verfahren zum Herstellen eines matten, wenig reflektierenden Baumaterials, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte.

a) Vorsehen eines metallischen Baumaterials;
b) Beschichten der Oberfläche des Baumaterials mit einer metallischen Zinn-Zink-Beschichtung, die mindestens 30% Zink und mindestens 15% Zinn enthält.
c) Oxydieren der Oberfläche der Zinn-Zink-Beschichtung.