EP1624090A1 - Verfahren zur simultanen elektrolytischen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem Substrat aus Blech und Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Blech - Google Patents

Verfahren zur simultanen elektrolytischen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem Substrat aus Blech und Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Blech Download PDF

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EP1624090A1
EP1624090A1 EP05016373A EP05016373A EP1624090A1 EP 1624090 A1 EP1624090 A1 EP 1624090A1 EP 05016373 A EP05016373 A EP 05016373A EP 05016373 A EP05016373 A EP 05016373A EP 1624090 A1 EP1624090 A1 EP 1624090A1
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EP
European Patent Office
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sheet
zinc
sheet metal
magnesium
solvent
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05016373A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Dr. Mittelstädt
Cetin Dr. Nazikkol
Bernd Dr. Schuhmacher
Christian Dipl.-Phys. Schwerdt
Stefan Dr. Wienströer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/56—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys
    • C25D3/565—Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys containing more than 50% by weight of zinc

Definitions

  • the invention relates to a process for the simultaneous electrolytic deposition of zinc and magnesium on a substrate made of sheet metal, in particular sheet steel, in a non-aqueous solvent with pKa ⁇ 16.
  • the invention further relates to a method for producing a corrosion-protected painted molded part from sheet metal, in particular sheet steel.
  • the galvanizing of steel body panels for the purpose of corrosion protection has largely prevailed in recent decades.
  • the galvanized in the hot dip process or by electrodeposition in an aqueous electrolyte steel sheets are characterized by a good adhesion of the zinc layer on the steel sheet and a good processability and by a very good surface quality.
  • An electrolytic deposition of magnesium in an aqueous electrolyte precludes the strong negative normal potential of magnesium (-2,363 V), so that in an electrolytic cell filled with an aqueous electrolyte at the cathode instead of the deposition of elemental magnesium almost exclusively the reduction of protons Hydrogen gas occurs.
  • EP 1 036 862 A1 describes the electrolytic deposition of a Zn-Mg alloy layer on a metal sheet consisting of iron, an iron alloy or copper, aluminum or titanium or their alloys, in an aqueous-acidic electrolyte nonionic or cationic surfactant is added.
  • the electrodeposited alloy layer is characterized according to the information in this document by good formability and corrosion resistance. The latter is increased by the incorporation of carbon from the organic surfactant.
  • a disadvantage of this method is its low current efficiency, since the charge transport in the electrolyte takes place to a considerable extent via protons and thus the formation of gaseous hydrogen in the course of magnesium deposition can not be prevented. This must be compensated either by increasing the current density or the residence time of the sheet to be coated in the electrolysis cell, which leads in both cases to a reduction in process efficiency.
  • the invention has for its object to provide a method for the simultaneous electrolytic deposition of zinc and magnesium on a substrate made of sheet metal, especially steel, specify which is highly efficient and is characterized accordingly by low cost.
  • a coated according to the method sheet metal part should have excellent corrosion properties and at the same time be characterized by a particularly good formability.
  • This object is achieved by a method of the type mentioned above in that in the electrolytic deposition of zinc and magnesium on the substrate without heat treatment, an alloy layer is formed.
  • the decisive advantage of the method according to the invention is that the Mg-Zn alloy formation takes place without heat treatment and a coating layer of zinc is not a prerequisite for this alloy formation. Since no heat treatment takes place, the formability of the sheet substrate is not affected.
  • a coated sheet according to the invention is characterized by the superficial deposited magnesium by excellent corrosion resistance and by a practically unchanged compared to the untreated sheet formability.
  • the deposited on the substrate surface layer contains a 3-phase mixture of elemental Mg, elemental Zn and a MgZn2 alloy phase.
  • Optimum results in terms of corrosion resistance, surface quality and formability are achieved if the layer deposited on the substrate surface contains about 15-30% Mg and about 70-85% Zn.
  • the pKa of the solvent is ⁇ 30.
  • the proton concentration is so low that comparatively low current densities are sufficient to operate the process with high process speed and efficiency.
  • the use of an aprotic solvent with pKa> 30 is particularly preferred.
  • Aprotic solvents are among the nonaqueous solvents which do not contain an ionizable proton in the molecule.
  • Suitable aprotic solvents are, for example, long-chain alcohols or hydrocarbons.
  • a proton-passivating substance is added to the solvent. This is particularly useful if the pKa of the solvent is only slightly above 16, especially if a protic solvent is used. As a result, the current density and the voltage can be lowered further. It is a matter of course that the proton-passivating substance is soluble in the particular solvent used.
  • the proton passivating substance may be a nonionic substance from the group of polyethylene glycols, polyoxyethylene alkyl ethers and polyoxyethylene-polyoxypropylene alkyl ethers. Likewise, however, the use of a cationic substance from the group primary, secondary, tertiary amines, quaternary ammonium salts and heterocyclic compounds is possible.
  • the inventive method can be operated with high current efficiency, since the charge carriers provided at the cathode can be used almost exclusively for the reduction of dissolved in the electrolyte zinc and magnesium ions.
  • the set current density is preferably between 6,000 and 15,000 A / m 2 .
  • the deposition takes place on a galvanized steel sheet.
  • the thickness of the zinc coating is for example about 3.5 microns and the thickness of the deposited layer about 0.05 microns to 1 micron.
  • moldings of any geometry can be produced, which provide excellent corrosion protection with high quality of the surface and at the same time high strength.
  • This is achieved by the sequence of the individual method steps selected according to the invention.
  • the surface of the still unformed sheet metal part is coated with a layer containing zinc and magnesium according to the method described above.
  • the thus coated sheet already has the mentioned high corrosion resistance and surface quality, but still has a low strength, so that it can easily be brought into the desired shape using known forming methods, such as deep drawing.
  • the coated sheet is formed.
  • the molding is painted with a baked enamel. This is followed by baking the applied lacquer layer, which is typically carried out at a temperature of about 200 ° C.
  • the applied lacquer layer cures.
  • the sheet substrate is subjected to a bake hardening process at this temperature, in which it almost completely loses its formability, ie solidifies. As a result, it is thus possible to produce a painted molded part in the desired geometry, which, in addition to the good corrosion and surface properties mentioned, is also distinguished by high dimensional stability.
  • a substrate in the form of a galvanized steel strip 1 in a transport direction T is passed through a roller guide 2 through an electrolytic cell.
  • the thickness of the zinc coating of the steel strip is preferably about 3.5 microns.
  • the electrolytic cell comprises a container 3 filled with a nonaqueous solvent 4 having a pKa ⁇ 16. This is preferably an aprotic solvent (pKa> 30) in the form of a long-chain alcohol.
  • pKa> 30 in the form of a long-chain alcohol.
  • zinc and magnesium salts are dissolved to provide a sufficient ion concentration.
  • an anode 5 of elemental zinc and an anode 6 of elemental magnesium are immersed in the solvent 4.
  • the galvanized steel strip 1 acts as the cathode of the electrolysis cell.
  • the anodes 5, 6 continuously release Zn or Mg ions into the solvent, which preferentially deposit on the surface of the galvanized steel strip as a 3-phase mixture of elemental Mg, elemental Zn and MgZn2 alloy phase.
  • the thickness of the layer and the respective Zn or Mg content in the layer by adjusting the element-specific current densities which are preferably between 6,000 and 15,000 A / m 2 , on the one hand between the Zn electrode 5 and the steel strip 1 and the Mg electrode 6 and the steel strip 1, on the other hand, are adjusted in tension as well as by the belt speed.
  • the thickness of the deposited layer is preferably 0.05 .mu.m to 1 .mu.m with a magnesium content of about 15 to 30 percent and corresponding to a zinc content of about 70 to 85 percent.
  • Fig. 2 the individual process steps for producing a corrosion-protected painted molded part made of sheet steel are shown.
  • a first step (I) is first in the manner described above a Mg-Zn coating electrolytically applied to a galvanized steel strip.
  • the corrosion properties of the steel strip are significantly improved with unchanged good formability.
  • the coated steel strip is then divided into individual sheet metal sections.
  • the coated sheet metal sections by means of a conventional forming process, such as deep drawing, reshaped (step II) and subsequently painted with a baked enamel (step III).
  • the latter can be done by various known methods, such as spraying or dip coating.
  • a painted molded part in the desired geometry can be produced, which is characterized by optimum corrosion and surface properties and by a high dimensional stability.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen elektrolytischen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem Substrat (1) aus Blech, insbesondere Stahlblech. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Abscheidung in einem nichtwässrigen Lösungsmittel (4) mit pKa ≥ 16 erfolgt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Blech, insbesondere Stahlblech, bei dem zunächst eine elektrolytische Abscheidung von Mg und Zn auf dem Blech erfolgt. Anschließend wird das beschichtete Blech umgeformt und mit einem Einbrennlack lackiert. Abschließend erfolgt das Einbrennen der Lackschicht, wobei das Blech sich verfestigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen elektrolytischen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem Substrat aus Blech, insbesondere Stahlblech, in einem nichtwässrigen Lösungsmittel mit pKa ≥ 16.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Blech, insbesondere Stahlblech.
  • In der Automobilindustrie besteht großer Bedarf an Werkstoffen mit hoher Korrosionsbeständigkeit und gleichzeitig guten Verarbeitungseigenschaften sowie hervorragender Oberflächenqualität im Sinne einer minimalen Rauhigkeit. Die Verzinkung von Karosserieblechen aus Stahl (Schmelztauchverfahren oder elektrolytische Beschichtung) zum Zwecke des Korrosionsschutzes hat sich in den letzten Jahrzehnten weitgehend durchgesetzt. Die im Schmelztauchverfahren oder mittels elektrolytischer Abscheidung in einem wässrigen Elektrolyten verzinkten Stahlbleche zeichnen sich durch eine gute Haftung der Zinkschicht auf dem Stahlblech und eine gute Verarbeitbarkeit sowie durch eine sehr gute Oberflächenqualität aus.
  • Deutlich verbesserte Korrosionseigenschaften sind - alternativ zu den Verzinkungsverfahren - durch das Aufbringen einer Magnesiumschicht auf das unbeschichtete Stahlblech erreichbar. So kommt es bei Lagerung eines magnesiumbeschichteten Stahlbleches an Luft zu einer sofortigen Oxidierung der Magnesiumschicht, wodurch die Blechoberfläche passiviert wird. So wird der darunter befindliche Stahl nicht weiter angegriffen. Nachteilig an magnesiumbeschichteten Blechen ist allerdings ihre gegenüber verzinkten Stahlblechen erhöhte Oberflächenrauhigkeit infolge der Ausbildung der Oxidschicht.
  • Einer elektrolytischen Abscheidung von Magnesium in einem wässrigen Elektrolyten steht jedoch das stark negative Normalpotential von Magnesium (-2,363 V) entgegen, so dass in einer mit einem wässrigen Elektrolyten gefüllten Elektrolysezelle an der Kathode anstelle der Abscheidung von elementarem Magnesium annähernd ausschließlich die Reduktion von Protonen zu Wasserstoffgas erfolgt.
  • In der EP 1 036 862 A1 ist gleichwohl die elektrolytische Abscheidung einer Zn-Mg-Legierungsschicht auf einem Metallblech, bestehend aus Eisen, einer Eisenlegierung oder aus Kupfer, Aluminium oder Titan bzw. deren Legierungen, in einem wässrig-sauren Elektrolyten beschrieben, dem ein nichtionisches oder kationisches Tensid zugegeben ist. Die elektrolytisch abgeschiedene Legierungsschicht zeichnet sich gemäß den Angaben dieser Druckschrift durch gute Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus. Letztere wird durch die Einlagerung von Kohlenstoff aus dem organischen Tensid noch erhöht. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch seine geringe Stromausbeute, da der Ladungstransport im Elektrolyten zu einem erheblichen Teil über Protonen erfolgt und somit die Bildung gasförmigen Wasserstoffes im Zuge der Magnesiumabscheidung nicht unterbunden werden kann. Dies muss entweder durch eine Erhöhung der Stromdichte oder der Verweilzeit des zu beschichtenden Bleches in der Elektrolysezelle kompensiert werden, was in beiden Fällen zu einer Senkung der Prozesseffizienz führt.
  • Die Abscheidung von elementarem Magnesium auf einem Blechsubstrat mit einem Zink- oder Zinklegierungsüberzug in einem Lösungsmittel mit pKa ≥ 16 ist bereits aus der WO 2004/053203 A2 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein verzinktes Blech mit einem Überzug aus reinem Magnesium versehen. Um die sich in Anwesenheit von Sauerstoff sofort vollziehende Oxidierung der Magnesiumoberfläche, die zu einer Aufrauhung der Oberfläche führt, zu verhindern, wird das beschichtete Blech einer sich unmittelbar an die elektrolytische Beschichtung anschließenden Wärmebehandlung in einer weitgehend sauerstofffreien Atmosphäre unterworfen, wodurch sich an der Oberfläche eine Mg-Zn-Legierungsschicht bildet. Im Falle der Verwendung von Stahlblech als Substratmaterial kommt es bei dieser Wärmebehandlung, welche typischerweise bei einer Temperatur oberhalb von 250°C stattfindet, jedoch zu einer Verfestigung des Stahls, wodurch seine Umformbarkeit stark eingeschränkt wird. An diesem Prinzip, dass aus dem abgeschiedenen Magnesium und dem Zink des Zink- oder Zinklegierungs-Überzugs eine Mg-Zn-Legierungsschicht bei der Wärmebehandlung gebildet wird, ändert auch nichts der Zusatz von Zink bei der elektrolytischen Abscheidung des Magnesiums.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur simultanen elektrolytischen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem Substrat aus Blech, insbesondere Stahlblech, anzugeben, welches hocheffizient ist und sich entsprechend durch geringe Kosten auszeichnet. Ein entsprechend dem Verfahren beschichtetes Blechteil sollte hervorragende Korrosionseigenschaften aufweisen und sich gleichzeitig durch eine besonders gute Umformbarkeit auszeichnen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass bei der elektrolytischen Abscheidung des Zinks und Magnesiums auf dem Substrat ohne Wärmebehandlung eine Legierungsschicht gebildet wird.
  • Der entscheidende Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Mg-Zn-Legierungsbildung ohne Wärmebehandlung stattfindet und eine Überzugsschicht aus Zink nicht Voraussetzung für diese Legierungsbildung ist. Da keine Wärmebehandlung stattfindet, wird die Umformbarkeit des Blechsubstrates nicht beeinträchtigt.
  • Bei der Verwendung des nichtwässrigen Lösungsmittels mit pH ≥ 16, wobei pKa die Säuredissoziationskonstante angibt, ist die Konzentration der Protonen so stark reduziert, dass neben der Abscheidung von Zink, welche praktisch unabhängig von der Protonenkonzentration abläuft, auch die simultane Abscheidung von Magnesium bei vergleichsweise geringen Stromdichten und somit mit hoher Prozesseffizienz möglich ist, da die Bildung von Wasserstoffgas an der Kathode infolge des geringen Protonenangebots praktisch ausbleibt. Ein erfindungsgemäß beschichtetes Blech zeichnet sich bedingt durch das oberflächig abgeschiedene Magnesium durch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit sowie durch eine im Vergleich zum unbehandelten Blech praktisch unverändert gute Umformbarkeit aus.
  • Bevorzugt enthält die auf der Substratoberfläche abgeschiedene Schicht ein 3-Phasengemisch aus elementarem Mg, elementarem Zn und einer MgZn2-Legierungsphase.
  • Optimale Ergebnisse hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit, Oberflächenqualität und Umformbarkeit werden erreicht, wenn die auf der Substratoberfläche abgeschiedene Schicht ca. 15 - 30 % Mg und ca. ca. 70 - 85 % Zn enthält.
  • Zweckmäßigerweise ist der pKa-Wert des Lösungsmittels ≤ 30. Bereits in diesem Bereich ist die Protonenkonzentration derart niedrig, dass vergleichsweise geringe Stromdichten ausreichen, um das Verfahren mit hoher Prozessgeschwindigkeit und -effizienz zu betreiben. Besonders bevorzugt ist jedoch der Einsatz eines aprotischen Lösungsmittels mit pKa > 30. Aprotische Lösungsmittel zählen zu den nichtwässrigen Lösungsmitteln, die kein ionisierbares Proton im Molekül enthalten. Als aprotische Lösungsmittel kommen beispielsweise langkettige Alkohole oder Kohlenwasserstoffe in Betracht.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass dem Lösungsmittel eine protonen-passivierende Substanz zugesetzt ist. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der pKa-Wert des Lösungsmittels nur geringfügig oberhalb von 16 liegt, insbesondere wenn ein protisches Lösungsmittel verwendet wird. Dadurch lassen sich die Stromdichte und die Spannung weiter absenken. Voraussetzung ist selbstverständlich, dass die protonen-passivierende Substanz in dem jeweils eingesetzten Lösungsmittel löslich ist. Bei der protonenpassivierenden Substanz kann es sich um eine nichtionische Substanz aus der Gruppe Polyethylenglykole, Polyoxyethylenalkylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Alkylether handeln. Ebenso ist jedoch auch die Verwendung einer kationischen Substanz aus der Gruppe primäre, sekundäre, tertiäre Amine, quartäre Ammoniumsalze sowie heterocyclische Verbindungen möglich.
  • Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit hoher Stromausbeute betrieben werden, da die an der Kathode bereitgestellten Ladungsträger annähernd ausschließlich zur Reduktion von im Elektrolyten gelösten Zink- und Magnesiumionen genutzt werden können. Vorzugsweise liegt die eingestellte Stromdichte zwischen 6.000 und 15.000 A/m2.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abscheidung auf einem verzinkten Stahlblech erfolgt. Dabei beträgt die Dicke der Zinkauflage beispielsweise ca. 3,5 µm und die Dicke der darauf abgeschiedenen Schicht ca. 0,05 µm bis 1 µm. Der besondere Vorteil der simultanen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem verzinkten Stahlblech liegt darin, dass hierbei die gute Umformbarkeit des Zinks mit dem exzellenten Korrosionsschutz der Mg/Zn-Schicht kombiniert werden kann.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Blech, insbesondere Stahlblech, anzugeben, mit welchem sich Formteile beliebiger Geometrie mit hoher Festigkeit herstellen lassen.
  • Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Blech, insbesondere Stahlblech gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:
    • elektrolytische Abscheidung von Mg und Zn auf dem Blech gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
    • Umformen des beschichteten Blechs
    • Lackieren des umgeformten Blechs und
    • Einbrennen der Lackschicht, wobei das Blech sich verfestigt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Formteile beliebiger Geometrie hergestellt werden, die einen exzellenten Korrosionsschutz bei hoher Qualität der Oberfläche und gleichzeitig hoher Festigkeit bieten. Dies wird durch die erfindungsgemäß gewählte Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte erreicht. So wird zunächst die Oberfläche des noch ungeformten Blechteils mit einer Zink und Magnesium enthaltenden Schicht gemäß dem oben beschriebenen Verfahren überzogen. Das derart beschichtete Blech weist bereits die erwähnte hohe Korrosionsbeständigkeit und Oberflächenqualität auf, besitzt jedoch noch eine geringe Festigkeit, so dass es sich leicht mit Hilfe bekannter Umformverfahren, wie z.B. Tiefziehen, in die gewünschte Form bringen lässt. Nachfolgend wird das beschichtete Blech umgeformt. Sodann wird das Formteil mit einem Einbrennlack lackiert. Anschließend erfolgt das Einbrennen der aufgetragenen Lackschicht, was typischerweise bei einer Temperatur von ca. 200°C durchgeführt wird. Dabei härtet einerseits die aufgetragene Lackschicht aus. Andererseits wird das Blechsubstrat bei dieser Temperatur einem Bake Hardening-Prozess unterworfen, bei dem es seine Umformbarkeit fast vollständig verliert, sich also verfestigt. Im Ergebnis lässt sich somit ein lackiertes Formteil in der gewünschten Geometrie herstellen, welches sich zusätzlich zu den genannten guten Korrosions- und Oberflächeneigenschaften auch durch eine hohe Formstabilität auszeichnet.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Vorrichtung zur simultanen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem Stahlband schematisch und
    Fig. 2
    die Verfahrensschritte zum Herstellen eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Stahlblech.
  • Gemäß Fig. 1 wird ein Substrat in Form eines verzinkten Stahlbandes 1 in einer Transportrichtung T über eine Rollenführung 2 durch eine Elektrolysezelle geleitet. Die Dicke der Zinkauflage des Stahlbandes beträgt vorzugsweise ca. 3,5 µm. Die Elektrolysezelle umfasst einen Behälter 3, welcher mit einem nichtwässrigen Lösungsmittel 4 mit einem pKa-Wert ≥ 16 gefüllt ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um ein aprotisches Lösungsmittel (pKa > 30) in Form eines langkettigen Alkohols. In dem Lösungsmittel 4 sind Zink- und Magnesiumsalze zur Bereitstellung einer ausreichenden Ionenkonzentration gelöst. Weiterhin sind in das Lösungsmittel 4 eine Anode 5 aus elementarem Zink und eine Anode 6 aus elementarem Magnesium getaucht. Das verzinkte Stahlband 1 fungiert dabei als die Kathode der Elektrolysezelle.
  • Während des Betriebes geben die Anoden 5, 6 kontinuierlich Zn- bzw. Mg-Ionen in das Lösungsmittel ab, welche sich auf der Oberfläche des verzinkten Stahlbandes vorzugsweise als ein 3-Phasengemisch aus elementarem Mg, elementarem Zn und einer MgZn2-Legierungsphase abscheiden. Dabei kann die Dicke der Schicht sowie der jeweilige Zn- bzw. Mg-Anteil in der Schicht durch Einstellung der elementspezifischen Stromdichten, welche vorzugsweise zwischen 6.000 und 15.000 A/m2 liegen, über die zwischen der Zn-Elektrode 5 und dem Stahlband 1 einerseits und der Mg-Elektrode 6 und dem Stahlband 1 andererseits herrschende Spannung sowie durch die Bandgeschwindigkeit eingestellt werden. Die Dicke der abgeschiedenen Schicht beträgt bevorzugt 0,05 µm bis 1 µm bei einem Magnesiumanteil von ca. 15 - 30 Prozent und entsprechend einem Zinkanteil von ca. 70 - 85 Prozent.
  • In Fig. 2 sind die einzelnen Verfahrensschritte zum Herstellen eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Stahlblech gezeigt. In einem ersten Schritt (I) wird zunächst in der oben beschriebenen Weise eine Mg-Zn-Beschichtung auf ein verzinktes Stahlband elektrolytisch aufgebracht. Dadurch werden die Korrosionseigenschaften des Stahlbandes bei unverändert guter Umformbarkeit erheblich verbessert. In einem nicht dargestellten Zwischenschritt wird sodann das beschichtete Stahlband in einzelne Blechabschnitte zerteilt. Anschließend werden die beschichteten Blechabschnitte mittels eines konventionellen Umformverfahrens, wie z.B. Tiefziehen, umgeformt (Schritt II) und nachfolgend mit einem Einbrennlack lackiert (Schritt III). Letzteres kann durch verschiedene bekannte Verfahren, wie z.B. Sprühen oder Tauchlackieren, erfolgen. In einem abschließenden Schritt (IV) werden die beschichteten und lackierten Blechabschnitte in einem Einbrennofen auf eine Temperatur von typischerweise ca. 200°C erhitzt, so dass der auf die Blechabschnitte aufgebrachte Einbrennlack aushärtet. Gleichzeitig verfestigt sich das Blech infolge des bei dieser Temperatur einsetzenden Bake Hardening-Prozesses. Somit lässt sich in dem dargestellten Verfahren ein lackiertes Formteil in der gewünschten Geometrie herstellen, welches sich durch optimale Korrosions- und Oberflächeneigenschaften sowie durch eine hohe Formstabilität auszeichnet.

Claims (13)

  1. Verfahren zur simultanen elektrolytischen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem Substrat (1) aus Blech, insbesondere Stahlblech, in einem nichtwässrigen Lösungsmittel (4) mit pKa ≥ 16,
    dadurch gekennzeichnet,dass bei der elektrolytischen Abscheidung eine Mg-Zn-Legierungsschicht auf der Substratoberfläche ohne Wärmebehandlung gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass auf der Substratoberfläche eine Schicht aus einem 3-Phasengemisch aus elementarem Mg, elementarem Zn und einer MgZn2-Legierungsphase abgeschieden wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Substratoberfläche abgeschiedene Schicht 15 - 30 % Mg und 70 - 85 % Zn enthält.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der pKa-Wert des Lösungsmittels (4) ≤ 30 ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel (4) ein aprotisches Lösungsmittel mit pKa > 30 ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass das aprotische Lösungsmittel (4) ein langkettiger Alkohol oder ein Kohlenwasserstoff ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass dem Lösungsmittel (4) eine protonen-passivierende Substanz zugesetzt ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die protonen-passivierende Substanz eine nichtionische Substanz aus der Gruppe Polyethylenglykole, Polyoxyethylenalkylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Alkylether ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die protonen-passivierende Substanz eine kationische Substanz aus der Gruppe primäre, sekundäre, tertiäre Amine, quartäre Ammoniumsalze sowie heterocyclische Verbindungen ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte zwischen 6.000 und 15.000 A/m2 liegt.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidung auf einem verzinkten Stahlblech erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zinkauflage 3,5 µm und die Dicke der darauf abgeschiedenen Schicht 0,05 µm bis 1 µm beträgt.
  13. Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Blech, insbesondere Stahlblech,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    - elektrolytische Abscheidung von Mg und Zn auf dem Blech gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    - Umformen des beschichteten Blechs
    - Lackieren des umgeformten Blechs und
    - Einbrennen der Lackschicht, wobei das Blech sich verfestigt.
EP05016373A 2004-08-04 2005-07-28 Verfahren zur simultanen elektrolytischen Abscheidung von Zink und Magnesium auf einem Substrat aus Blech und Verfahren zur Herstellung eines korrosionsgeschützten lackierten Formteils aus Blech Withdrawn EP1624090A1 (de)

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