DE69707506T2 - Feuergalvanisierungsbad und verfahren - Google Patents
Feuergalvanisierungsbad und verfahrenInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bad für die Feuerverzinkung aus legiertem Zink, das sich insbesondere für die chargenweise Verzinkung von Stahlgegenständen mit variablem Siliciumgehalt oder unbekannter Zusammensetzung eignet.
- Bei der Verzinkung von Stahl in einem Bad aus herkömmlichem unlegiertem Zink ergeben sich schwerwiegende Probleme, wenn der Stahl mehr als 0,02 Gew.-% Silicium enthält: der erhaltene Zinküberzug ist sowohl zu dick als auch zu spröde und sieht darüber hinaus gräulich aus. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die sich bei Kontakt des Stahls mit einem herkömmlichen Zinkbad auf der Oberfläche des Stahls bildende Eisen-Zink-Legierungsschicht während der gesamten Eintauchzeit zeitlich linear wächst, wenn der Stahl mehr als 0,02 Gew.-% Silicium enthält. Dies ist bei siliciumärmeren Stählen nicht der Fall, da hier die Wachstumsrate zur Quadratwurzel der Eintauchzeit proportional ist. Der Einfluß des Siliciumgehalts des Stahls auf die Überzugsdicke wird im Diagramm der beigefügten Fig. 1 erläutert: Der Dickenpeak von Stählen mit 0, 03 bis 0, 15 Gew. -% Si wird als Sandelin- Peak bezeichnet.
- In der Vergangenheit wurden bereits Anstrengungen unternommen, dieses Problem zu bewältigen. Beim Technigalva®-Verfahren wird ein mit 0,05 bis 0,06 Gew.-% Nickel legiertes Zinkbad verwendet. Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, verschwindet der Sandelin- Peak beim Technigalva®-Bad, jedoch nimmt die Überzugsdicke immer noch mit dem Siliciumgehalt des Stahls zu. Beim Polygalva®-Verfahren wird ein Zinkbad mit 0,035 bis 0,045 Gew.-% Aluminium und 0,003 bis 0,005 Gew.-% Magnesium verwendet. Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, liefert das Polygalva®-Bad recht gute Ergebnisse, ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß sein Aluminiumgehalt sehr genau gesteuert werden muß, da die Reaktion zwischen dem Stahl und dem Bad fast vollständig zum Erliegen kommt, wenn der Aluminiumgehalt des Bads über 0,05 Gew.-% steigt.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bad für die Feuerverzinkung mit legiertem Zink bereitzustellen, das eine geringere Abhängigkeit der Überzugsdicke vom Siliciumgehalt des Stahls als im Fall des Technigalva®-Bads und geringere Abhängigkeit der Überzugsdicke von kleinen Variationen der Badzusammensetzung als beim Polygalva®-Bad ergibt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Bad, das entweder 3-15 Gew.-% Zinn oder 1-5 Gew.-% Zinn und 0,01-0,1 Gew.-% Nickel enthält und Blei in einer Konzentration bis zur Sättigung und Aluminium, Calcium und/oder Magnesium in einer Konzentration bis zu 0,06 Gew.-% enthalten kann, wobei der Rest aus Zink und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.
- Wenn das Bad kein Nickel enthält, beläuft sich der Zinngehalt vorzugsweise auf 3,5-14 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt auf 5-10 Gew.-%. Wenn das Bad Nickel enthält, belaufen sich der Zinngehalt und der Nickelgehalt vorzugsweise auf 2,5-5 Gew.-% bzw. 0,03- 0,06 Gew.-%.
- Der Nickelgehalt des Bads mit 1-5 Gew.-% Zinn muß mindestens 0,01 Gew.-% betragen; andernfalls kann die Überzugsdicke sehr stark mit dem Siliciumgehalt des Stahls variieren. Der Nickelgehalt darf jedoch nicht über 0,1 Gew.-% liegen; andernfalls besteht die Gefahr der Bildung von Schwimmschlacke.
- Ein Zusatz von Blei in einer Konzentration bis zur Sättigung, beispielsweise 0,1-1,2 Gew.-%, kann zur Verringerung der Oberflächenspannung des Bads zweckmäßig sein.
- Ein Zusatz von Aluminium, Calcium und/oder Magnesium, vorzugsweise in einer Konzentration von 0-0,3 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,005-0,015 Gew.-%, kann zum Schutz des Zinks vor Oxidation ebenfalls zweckmäßig sein; ansonsten bildet sich auf der Oberfläche des Bads ein gelbes Häutchen, das die verzinkten Gegenstände verschmutzt.
- Der Aluminiumgehalt sollte jedoch vorzugsweise nicht über 0,03 Gew.-% liegen; andernfalls besteht die Gefahr, daß man unbeschichtete Stellen erhält. Der Magnesium- und/oder Calciumgehalt sollte vorzugsweise nicht über 0,03 Gew.-% liegen; andernfalls kann der Überzug durch auf der Oberfläche aufschwimmendes MgO oder CaO beeinträchtigt werden. Außerdem wird das Bad weniger fließfähig, was zu einer schlechteren Überzugsgüte führen kann.
- Das Zink kann von beliebiger Qualität von wieder aufgeschmolzenem Zinkschrott bis SHG (Special High Grade) sein. Es wird jedoch empfohlen, mindestens Zn 98.5 (ISO-Norm 752-1981), vorzugsweise mindestens Zn 99.5 und noch weiter bevorzugt mindestens Zn 99.95 zu verwenden.
- Es sei hier darauf hingewiesen, daß in der LU- A-81 061 ein Verfahren mit einem mindestens 70 Gew.-% Zink enthaltenden Verzinkungsbad beschrieben wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem Verzinkungsbad ein oder mehrere der Elemente Chrom, Nickel, Bor, Titan, Vanadium, Zirconium, Mangan, Kupfer, Niob, Cer, Molybdän, Cobalt, Antimon, Calcium, Lithium, Natrium und Kalium in einer solchen Menge zusetzt, daß das Bad weniger als 2 Gew.-% jedes einzelnen Elements enthält.
- Außerdem wird in der GB-22 89 691 das Beschichten einer breiten Palette von Metallsubstraten mit einer reflexionsarmen, hochkorrosionsbeständigen Schicht aus einer Legierung auf Zink-Zinn-Basis beschrieben. Dort wird ein Legierungsüberzug mit einem Zinkkonzentrationsbereich von 30-85 Gew.-% und einem Zinnkonzentrationsbereich von 15-70 Gew.-% beschrieben. Die Legierung kann außerdem auch noch Nickel, Bismut, Antimon, Kupfer, Eisen und Blei enthalten. Der Überzug kann nach dem Schmelztauchverfahren aufgebracht werden, d. h. durch Hindurchführen des Metallsubstrats durch eine Beschichtungswanne, die eine schmelzflüssige Legierung enthält.
- Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.
- Sechs mit X, M, E, D, R und Y bezeichnete Stahlsorten mit verschiedenen Silicium- und Phosphorgehalten wurden in Bädern aus SHG-Zink mit verschiedenen Zinngehalten bei einer Badtemperatur von 450ºC und einer Eintauchzeit von 5 Minuten verzinkt. Die Überzugsdicke wurde gemessen.
- Die Ergebnisse dieser Tests sind nachstehend in Tabelle 1 zusammengestellt. Tabelle 1 (Zn-Sn-Bäder)
- Die graphische Darstellung dieser Ergebnisse im Diagramm der Fig. 2 zeigt, daß ab einem Zinngehalt von etwa 3 Gew.-% bereits auf fünf der vorliegenden sechs getesteten Stähle eine Überzugsdicke von weniger als 150 um vorlag und daß ab einem Zinngehalt von 5 Gew.-% auf allen getesteten Stählen eine Überzugsdicke im Bereich zwischen etwa 75 um und etwa 110 um vorlag.
- In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß eine Überzugsdicke von 70-90 um ganz besonders wünschenswert ist.
- Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die Stahlsorte Y mit 0,075 Gew.-% Si und 0,017 Gew.-% P besonders reaktiv ist, wobei der Effekt von P auf die Stahlreaktivität immer noch viel ausgeprägter ist als der Effekt von Si.
- Aus den obigen Werten geht außerdem eindeutig hervor, daß die Ergebnisse bei einem Zinngehalt von mehr als 15 Gew.-% nicht besser werden und daß es empfehlenswert ist, nicht mehr als 10 Gew.-% Zinn zu verwenden.
- Die gleichen Stahlsorten wie in Beispiel 1 wurden in Bädern aus SHG-Zink mit 0,055 Gew.-% Nickel und verschiedenen Zinngehalten unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 verzinkt.
- Die Ergebnisse dieser Tests sind nachstehend in Tabelle 2 zusammengestellt. Tabelle 2 (Bäder aus Zn, 0,055 Gew.-% Ni und Sn)
- Die graphische Darstellung dieser Ergebnisse im Diagramm der Fig. 3 zeigt, daß ein Zinngehalt von 1 Gew.-% bereits eine wesentliche Verbesserung ergibt. Außerdem geht daraus hervor, daß die Verwendung eines Zinngehalts im Bereich zwischen 2,5 und 5 Gew.-% empfehlenswert ist.
- Die gleichen Stahlsorten wie in Beispiel 1 wurden in Bädern aus SHG-Zink mit 1,2 Gew.-% Blei und verschiedenen Zinngehalten unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 verzinkt.
- Die Ergebnisse dieser Tests sind nachstehend in Tabelle 3 zusammengestellt. Tabelle 3 (Bäder aus Zn, 1,2 Gew.-% Pb und Sn)
- Die graphische Darstellung dieser Ergebnisse im Diagramm der Fig. 4 zeigt wiederum die vorteilhafte Wirkung von Zinn auf die Überzugsdicke.
- Die mit 3 Gew.-% Zinn erzielten Ergebnisse sind hier offenbar etwas besser als in Beispiel 1 (siehe Fig. 2). Daher kann der Zusatz von Blei zum Bad zweckmäßig sein.
- Aus den vorhergehenden Ausführungen geht eindeutig hervor, daß das erfindungsgemäße Bad es ermöglicht, sowohl den Nachteil des Technigalva®-Bads als auch den Nachteil des Polygalva®-Bads zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Bads besteht darin, daß es ein hübscheres Blumenmuster und eine größere Helligkeit ergibt als Bäder des Standes der Technik.
- Es ist auch hervorzuheben, daß bei Langzeitversuchen mit dem erfindungsgemäßen Bad weder die Bildung von Bodenschlacke noch die Bildung von Schwimmschlacke beobachtet wurde.
- Wichtig ist auch, daß der Zinnverbrauch begrenzt ist, da der Zinngehalt des Überzugs viel kleiner ist als der Zinngehalt des Bads.
- Daher eignet sich das erfindungsgemäße Bad besonders gut für das Auftragsverzinken, bei dem der Verzinker alle Arten von Stahlgegenständen, deren Silicium- und Phosphorgehalte ihm in der Regel unbekannt sind, behandeln muß.
Claims (11)
1. Bad für die Feuerverzinkung mit legiertem Zink,
dadurch gekennzeichnet, daß es 3-15 Gew.-% Zinn, Blei
in einer Konzentration bis zur Sättigung und 0-0,06
Gew.-% Aluminium, Calcium und/oder Magnesium enthält,
wobei der Rest aus Zink beliebiger Qualität von wieder
aufgeschmolzenem Zinkschrott bis SHG-Zink besteht.
2. Bad für die Feuerverzinkung mit legiertem Zink,
dadurch gekennzeichnet, daß es 1-5 Gew.-% Zinn, 0,01-
100,1 Gew.-% Nickel, Blei in einer Konzentration bis zur
Sättigung und 0-0,06 Gew.-% Aluminium, Calcium und/oder
Magnesium enthält, wobei der Rest aus Zink beliebiger
Qualität von wieder aufgeschmolzenem Zinkschrott bis
SHG-Zink besteht.
3. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß es 0-0,03 Gew.-% Aluminium, Calcium und/oder
Magnesium enthält.
4. Bad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß es 0-0,03 Gew.-% Aluminium, Calcium und/oder
Magnesium enthält.
5. Bad nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß es 3,5-14 Gew.-% Zinn enthält.
6. Bad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß es 5-10 Gew.-% Zinn enthält.
7. Bad nach den Ansprüchen 2 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß es mindestens 2,5 Gew.-% Zinn
enthält.
8. Bad nach den Ansprüchen 2, 4 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß es mindestens 0,03 Gew.-% Nickel
enthält.
9. Bad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß es 0,03-0,06 Gew.-% Nickel enthält.
10. Bad nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß es 0,005-0,015 Gew.-% Aluminium,
Calcium und/oder Magnesium enthält.
11. Verfahren zur chargenweisen Feuerverzinkung von
Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß man dabei das Bad
nach einem der Ansprüche 1-10 verwendet.
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