EP2102389A1 - Verfahren zur galvanischen beschichtung von werkstücken in einem zinkhaltigen elektrolytbad - Google Patents

Verfahren zur galvanischen beschichtung von werkstücken in einem zinkhaltigen elektrolytbad

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EP2102389A1
EP2102389A1 EP07846700A EP07846700A EP2102389A1 EP 2102389 A1 EP2102389 A1 EP 2102389A1 EP 07846700 A EP07846700 A EP 07846700A EP 07846700 A EP07846700 A EP 07846700A EP 2102389 A1 EP2102389 A1 EP 2102389A1
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workpieces
treated
bath
zinc
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    • C25D21/10—Agitating of electrolytes; Moving of racks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
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    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/08—Electroplating with moving electrolyte e.g. jet electroplating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D17/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic coating
    • C25D17/16—Apparatus for electrolytic coating of small objects in bulk
    • C25D17/28—Apparatus for electrolytic coating of small objects in bulk with means for moving the objects individually through the apparatus during treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for the galvanic coating of workpieces, in which the workpieces are first received on a transport device, then pretreated and then moved by means of the transport device, preferably on racks, by a zinc-containing electrolyte bath.
  • the galvanic coating of workpieces in zinc-containing electrolyte baths has been part of the standard surface treatment of metallic workpieces for many years.
  • the galvanizing baths concerned take up a considerable amount of space and require considerable throughput times in order to ensure reliable galvanizing with a sufficient layer quality.
  • the throughput times are usually of the order of an hour or more.
  • Galvanizing baths for coating workpieces with pure zinc layers or with zinc-iron layers or zinc-nickel layers are available on the market in a variety of ways.
  • Alkaline, cyanide-free galvanizing baths usually contain sodium hydroxide or alternatively potassium hydroxide at about 100 to 150 g / l, the zinc content depending on the manufacturer is about 8 to 18 g / l.
  • organic additives are added to achieve high quality glossy coatings with uniform layer thickness distribution. Depending on the manufacturer, about 20 to 30 ml are usually added to pure galvanizing baths, while zinc-iron baths add about 20 to 60 ml / l and zinc-nickel baths about 250 ml / l of organic additives.
  • the throughput time of the workpieces through a coating bath are significantly influenced by the maximum permissible current density.
  • High current densities are desirable to achieve short cycle times.
  • too high current densities lead to uneven coatings and "burn marks" of the workpieces at exposed locations.
  • the maximum permissible current density is limited by the manufacturers of the electrolyte baths to a considerable extent.
  • current densities of a maximum of 2 to 3 A / dm 2 are permissible for pure galvanizing baths.
  • current densities of 1.5 to 4 A / dm 2 are considered admissible, while for zinc-nickel electrolytic baths 2.5 to 3 A / dm 2 are given as the upper limit.
  • the invention is based on the object of improving a method for the galvanic coating of workpieces in a zinc-containing electrolyte bath in such a way that the throughput time of the workpieces is considerably shortened by the electrolytic bath and yet a consistently high quality of the galvanic coating is ensured.
  • This object is achieved by a method for the galvanic coating of workpieces, in which the workpieces are first taken on a transport device, then pretreated and moved by means of the transport device, preferably on racks, by a zinc-containing electrolyte bath, the workpieces with a current density be treated at least 3 A / dm 2 and wherein the bath volume is circulated at least 20 times per hour.
  • the current density during the galvanic treatment can be considerably increased if a strong Badagitation is guaranteed.
  • a circulation of the bath volume of at least 20 times per hour or preferably of 30 times, more preferably of 40 times, more preferably of at least 50 times, or more preferably of at least 80 times, more preferably of at least 100 times, particularly preferably at least 200 times
  • Higher current densities of at least 3 A / dm 2 or significantly more can be achieved per hour without the quality of the electrodeposited layer being adversely affected.
  • the electrolyte bath is preferably circulated via nozzles, preferably via venturi nozzles.
  • nozzles preferably via venturi nozzles.
  • several or a plurality of nozzles can be used, is injected via the electrolyte liquid from a pump with a sufficiently high mass flow in the bath.
  • Excess electrolyte can be collected in an overflow tank and from there by means of pump under- Support be returned via the nozzles back into the electrolyte bath.
  • a high pumping capacity and a sufficient number and distribution of nozzles which may be arranged, for example, on the bottom surface and / or on the side surfaces of the bath, a uniform circulation and turbulence of the electrolyte liquid over the entire effective bath volume is ensured.
  • items moved on racks through the bath can be coated evenly and at high speed.
  • the workpieces are preferably mechanically reciprocated within the electrolyte fluid, preferably at a rate of 1 to 10 meters per minute, as is conventional with conventional electroplating rack baths.
  • the workpieces are preferably treated in a zinc-containing electrolyte bath which has a content of sodium carbonate which is ⁇ 80 g / l.
  • the zinc content is preferably adjusted to 10 to 100 g / l, preferably to 10 to 50 g / l.
  • the alkali content is preferably adjusted to 100 to 300 g / l, preferably to 150 to 200 g / l of sodium hydroxide or alternatively to potassium hydroxide.
  • the workpieces are preferably treated at a temperature of 25 to 40 0 C.
  • organic additives of from 25 to 100 ml / l, preferably from 30 to 80 ml / l, more preferably from 30 to 75 ml / l are preferably added.
  • the current density is in this case preferably set to 5 to 40 A / dm 2 , preferably to 5 to 30 A / dm 2 , more preferably to 5 to 20 A / dm 2 .
  • the current density is preferably 5 to 20 A / dm 2 , more preferably 10 to 20 A / dm 2 , particularly preferably 12 to 18 A / dm second set.
  • the treatment temperature is preferably 25 to 4O 0 C.
  • a zinc content of 10 to 100 g / l and an iron content of 100 to 1500 mg / l are preferably used.
  • the zinc content is 10 to 50 g / l and the iron content is 100 to 1000 mg / l.
  • the alkali content is in this case preferably adjusted to 100 to 300 g / l, preferably to 150 to 200 g / l of sodium hydroxide or potassium hydroxide.
  • the treatment in such an alkaline zinc-iron bath is preferably carried out at a temperature of 25 to 30 0 C.
  • organic additives of from 30 to 100 ml / l, preferably from 30 to 80 ml / l, more preferably from 30 to 60 ml / l, are preferably added in the alkaline zinc-iron bath.
  • a higher current density is used, preferably between 5 and 30 A / dm 2 , preferably between 5 and 25 A / dm 2 , more preferably between 10 and 25 A / dm 2 .
  • organic additives of 30 to 100 ml / 1, preferably from 30 to 80 ml / 1, more preferably from 30 to 60 ml / 1 are preferably added.
  • the treatment of the workpieces in an alkaline zinc-nickel bath it is preferable to use a zinc content of 10 to 100 g / l and a nickel content of 1.5 to 10 g / l. More preferably, the zinc content is 10 to 50 g / l and the nickel content is 2 to 6 g / l.
  • the treatment is preferably carried out at a temperature of 25 to 40 0 C, preferably from 28 to 40 0 C.
  • organic additives of 300 to 1,000 ml / 1, preferably 300 to 500 ml / 1 are preferably added.
  • the treatment is preferably carried out with a current density of about 3 to 30 A / dm second
  • castings, die-cast parts, forged parts or sintered metal parts are treated in a zinc-nickel bath, this is preferably done with a slightly higher current density of 6 to 30 A / dm 2 , preferably 10 to 20 A / dm 2 .
  • the workpieces can preferably be moved additionally in the electrolyte liquid during the electrolytic coating, preferably at a speed of 1 to 10 m / min.
  • the workpieces can also be moved at a higher speed within the electrolyte fluid, so that even faster bath movement can be achieved by faster movement of the workpieces themselves.
  • the movement of workpieces that are suspended on racks, in principle, for mechanical reasons can not be increased arbitrarily.
  • drumware which can be moved in a drum, if necessary, at a relatively high speed, therefore, according to the invention a considerable Badagitation necessary to ensure the present invention achievable short throughput times with consistently high quality.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a method according to the invention for the surface treatment of workpieces together with pretreatment, galvanic coating and aftertreatment;
  • FIG. 2 is a plan view of an inventive electrolytic bath according to FIG. 1.
  • a typical procedure for the surface treatment of workpieces is shown and designated by the numeral 10 in total.
  • the metallic workpieces to be treated pass through a plurality of stations 12-38.
  • the stations can be arranged along a belt drive, as shown for example in FIG.
  • the workpieces are hereby moved from station to station by means of the belt drive guided on suitable guides.
  • the belt By the belt here the transport is ensured while the guide receives the carrying forces for transport in the x- / y-direction.
  • the workpieces themselves are items that are received on racks that are moved by the belt from station to station.
  • the workpieces can be loaded, for example, first at a loading station 12 and get from here to a boiling off fats 14. This is followed by a cascade rinse 16 and a pickling treatment of the workpieces in a pickling station 18. The pickling station 18 in turn followed by a cascade rinse 20. This is optionally followed by an ultrasonic cleaning 22 and possibly an electrolytic degreasing 24. This is preferably followed by a Dekap michsstation 26, which may be followed by a cascade rinse 28.
  • the workpieces then enter a galvanizing station 30, which is shown in more detail in FIG. After passing through the galvanizing station 30, the workpieces again arrive at a cascade rinse 32 and possibly at a passivation station or chromating station 34. This can optionally be replaced by a sealing device. Station (painting) 36 to be followed. Finally, the workpieces arrive at a discharge station 38.
  • the galvanizing station 30 has three successively arranged, coupled together cells 46, 48, 50, which are designed as double cells and which can be run successively in parallel by workpieces 68 and 68 ', which are held on racks, which are moved by means of the belt drive ,
  • the workpieces 68, 68 ' are connected as a cathode, and an anode 40, 44 is provided on the longitudinal outer sides of the galvanizing bath.
  • a central anode 42 is provided, which, like the two outer anodes 40, 44, extends over the entire length of the galvanizing bath.
  • the last cell 50 ends in an overflow 52.
  • the cells 46, 48, 50 are filled with a common aqueous electrolyte fluid, each supplied via a high pressure pump 54, 56, 58 from the overflow reservoir 52 via nozzles 66 at the bottom of each cell 46, 48, 50.
  • the nozzles 66 are evenly distributed at the bottom of each cell 46, 48, 50.
  • venturi nozzles which provide an increased flow rate in the area of the exit point of each nozzle 66 and at the same time an improved circulation within the bath volume.
  • Each pump 54, 56, 58 has a pumping capacity of 365 l / min.
  • the Venturi effect of the nozzles 66 results in an increased circulation, which leads to a Badumicalzung in each cell 46, 48, 50, which is about 146-fold / h.
  • Table 1 shows the essential parameters for an alkaline galvanizing bath according to the manufacturer's instructions, the preferred values for the galvanizing of steel parts and other parts, as well as values of tests carried out on steel parts and castings.
  • Castings for calipers were used as workpieces, including but not limited to holders, housings and frames.
  • steel parts made of ferritic steel of various geometries were examined.
  • Table 1 now summarizes the manufacturer's instructions for an alkaline aqueous galvanizing bath using sodium hydroxide, as well as the preferred values according to the invention and experimental values carried out.
  • the column “Steel Parts” summarizes the preferred values for treating relatively smooth surface steel workpieces, which may be ferritic or austenitic steel.
  • the column “Other parts” summarizes the preferred values for the treatment of castings, die-cast parts (such as Al die-cast parts), forged parts and sintered metal parts. The test values were obtained on steel parts made of ferritic steel or castings.
  • Table 2 gives the corresponding information for an electrolyte coating in a zinc-iron electrolyte bath, while Table 3 summarizes the corresponding values for a zinc-nickel electrolyte coating.
  • the Steep figures refer to sodium hydroxide baths or alternatively potassium hydroxide baths.
  • the throughput times of the workpieces were 1 to 3 min.
  • Table 1 relates to a pure galvanizing of workpieces, while Table 2 refers to a zinc-iron coating with about 0.3 to 0.8 wt .-% Fe content.
  • Table 3 relates to a zinc-nickel coating with a nickel content of about 10 to 20 wt .-%.
  • the workpieces 68, 68 ' were reciprocated at a rate of about 3 to 5 m / min during the x / y direction treatment.
  • the layer thickness which was usually between 8 and 16 microns, met the requirements.
  • the workpieces were free of bubbles and had a good gloss level.
  • the coated workpieces did not differ from workpieces coated in conventional processes according to the manufacturer's instructions. In conventional processes, only the throughput times were significantly greater and on the order of about 30 to 90 min.
  • the parameters used increased concentrations of zinc and optionally iron or nickel, organic additives, at the same time increased temperature and current density
  • the strong Badumicalzung drastically reduced throughput times at the same time high coating quality compared to conventional coatings.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung von Werkstücken (68, 68') angegeben, bei dem die Werkstücke (68, 68') zunächst auf ein Gestellt gehängt werden, dann vorbehandelt werden und durch ein zinkhaltiges Elektrolytbad (46, 48, 50) bewegt werden, wobei die Werkstücke (68, 68') mit einer Stromdichte von mindestens 3 A/dm2 behandelt werden, und wobei das Badvolumen mindestens 20 Mal pro Stunde umgewälzt wird.

Description

Verfahren zur galvanischen Beschichtung von Werkstücken in einem zinkhaltigen Elektrolytbad
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung von Werkstücken, bei dem die Werkstücke zunächst an einer Transporteinrichtung aufgenommen werden, dann vorbehandelt werden und dann mittels der Transporteinrichtung, vorzugsweise an Gestellen, durch ein zinkhaltiges Elektrolytbad bewegt werden. Die galvanische Beschichtung von Werkstücken in zinkhaltigen Elektrolytbädern gehört seit vielen Jahren zur standardmäßigen Oberflächenbehandlung von metallischen Werkstücken.
Die betreffenden Verzinkungsbäder nehmen einen erheblichen Platzbedarf ein und erfordern erhebliche Durchlaufzeiten, um eine sichere Verzinkung mit einer ausreichenden Schichtqualität zu gewährleisten. Dabei liegen die Durchlaufzeiten meist in der Größenordnung von einer Stunde oder mehr.
Verzinkungsbäder zum Beschichten von Werkstücken mit reinen Zinkschichten oder mit Zink-Eisen-Schichten oder Zink-Nickel-Schichten sind in vielfältiger Weise am Markt erhältlich. Alkalische, zyanidfreie Verzinkungsbäder enthalten in der Regel Natriumhydroxid oder alternativ Kaliumhydroxid mit etwa 100 bis 150 g/l, wobei der Zinkgehalt je nach Hersteller etwa 8 bis 18 g/l beträgt. Zusätzlich werden organische Zusätze zugesetzt, um hochwertige glänzende Schichten mit gleichmäßiger Schichtdickenverteilung zu erzielen. Je nach Hersteller werden in der Regel etwa 20 bis 30 ml zu reinen Verzinkungsbädern zugesetzt, während bei Zink-Eisen-Bädern etwa 20 bis 60 ml/1 und bei Zink-Nickel-Bädern etwa 250 ml/1 an organischen Zusätzen zugesetzt werden.
Die Durchlaufzeit der Werkstücke durch ein Beschichtungsbad werden maßgeblich von der maximal zulässigen Stromdichte beeinflusst. Hohe Stromdichten sind zwar wünschenswert, um kurze Durchlaufzeiten zu erzielen. Jedoch führen zu hohe Stromdichten zu ungleichmäßigen Beschichtungen und zu "Anbrennungen" der Werkstücke an exponierten Stellen. Aus diesem Grund wird die maximal zulässige Stromdichte von den Herstellern der Elektrolytbäder in erheblichem Umfang begrenzt. Für reine Verzinkungsbäder sind je nach Hersteller Stromdichten von maximal 2 bis 3 A/dm2 zulässig. Für Zink-Eisen-Beschichtungsbäder werden Stromdichten von 1,5 bis 4 A/dm2 als zulässig angesehen, während für Zink-Nickel-Elektrolytbäder 2,5 bis 3 A/dm2 als Obergrenze angegeben werden. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung von Werkstücken in einem zinkhaltigen Elektrolytbad derart zu verbessern, dass die Durchlaufzeit der Werkstücke durch das Elektrolytbad erheblich verkürzt wird und dennoch eine gleichbleibend hohe Qualität der galvanischen Beschichtung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur galvanischen Beschichtung von Werkstücken gelöst, bei dem die Werkstücke zunächst an einer Transporteinrichtung aufgenommen werden, dann vorbehandelt werden und mittels der Transporteinrichtung, vorzugsweise an Gestellen, durch ein zinkhaltiges Elektrolytbad bewegt werden, wobei die Werkstücke mit einer Stromdichte von mindestens 3 A/dm2 behandelt werden und wobei das Badvolumen mindestens 20 Mal pro Stunde umgewälzt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die Stromdichte während der Verzin- kungsbehandlung erheblich erhöht werden kann, wenn eine starke Badagitation gewährleistet ist. Bei einer Umwälzung des Badvolumens von mindestens 20 Mal pro Stunde oder bevorzugt von 30 Mal, weiter bevorzugt von 40 Mal, weiter bevorzugt von mindestens 50 Mal, oder weiter bevorzugt von mindestens 80 Mal, weiter bevorzugt von mindestens 100 Mal, besonders bevorzugt mindestens 200 Mal pro Stunde lassen sich erheblich höhere Stromdichten von mindestens 3 A/dm2 oder deutlich mehr erzielen, ohne dass die Qualität der galvanisch abgeschiedenen Schicht nachteilig beeinflusst wird.
Das Elektrolytbad wird bevorzugt über Düsen, vorzugsweise über Venturi-Düsen, umgewälzt. Hierbei können mehrere oder eine Vielzahl von Düsen verwendet werden, über die Elektrolytflüssigkeit von einer Pumpe mit einem ausreichend hohen Massenstrom in das Bad eingedüst wird. Überschüssige Elektrolytflüssigkeit kann in einem Überlaufbehälter gesammelt werden und von dort aus mittels Pumpenunter- Stützung über die Düsen wieder in das Elektrolytbad zurückgeführt werden. Durch eine hohe Pumpenleistung und eine ausreichende Anzahl und Verteilung von Düsen, die beispielsweise an der Bodenfläche und/oder an den Seitenflächen des Bades angeordnet sein können, wird hierbei eine gleichmäßige Umwälzung und Verwirbe- lung der Elektrolytflüssigkeit über das gesamte wirksame Badvolumen gewährleistet. So können Einzelteile, die auf Gestellen durch das Bad bewegt werden, gleichmäßig und mit hoher Geschwindigkeit beschichtet werden.
Zusätzlich werden die Werkstücke während der elektrolytischen Beschichtung vorzugsweise innerhalb der Elektrolytflüssigkeit mechanisch hin- und herbewegt, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 m/min, wie auch bei herkömmlichen Galvanik-Gestellbädern üblich.
Die Werkstücke werden vorzugsweise in einem zinkhaltigen Elektrolytbad behandelt, das einen Gehalt an Natriumcarbonat aufweist, der <80 g/l ist.
Bei Behandlung der Werkstücke in einem alkalischen Zinkbad wird der Zinkgehalt vorzugsweise auf 10 bis 100 g/l, vorzugsweise auf 10 bis 50 g/l eingestellt.
Bei Behandlung in einem Zinkbad wird der Alkaligehalt vorzugsweise auf 100 bis 300 g/l, vorzugsweise auf 150 bis 200 g/l an Natriumhydroxid oder alternativ an Kaliumhydroxid eingestellt.
Die Werkstücke werden hierbei vorzugsweise bei einer Temperatur von 25 bis 40 0C behandelt.
Hierbei werden vorzugsweise organische Zusätze von 25 bis 100 ml/1, vorzugsweise von 30 bis 80 ml/1, weiter bevorzugt von 30 bis 75 ml/1 zugesetzt.
Die Stromdichte wird hierbei vorzugsweise auf 5 bis 40 A/dm2, vorzugsweise auf 5 bis 30 A/dm2, weiter bevorzugt auf 5 bis 20 A/dm2 eingestellt. Bei der Behandlung von Werkstücken mit einer weitgehend glatten Oberfläche aus ferritischem oder austenitischem Stahl wird hierbei die Stromdichte vorzugsweise auf 5 bis 20 A/dm2, weiter bevorzugt auf 10 bis 20 A/dm2, besonders bevorzugt auf 12 bis 18 A/dm2 eingestellt. Dabei beträgt die Behandlungstemperatur vorzugsweise 25 bis 4O 0C.
Mit derartigen Behandlungsparametern und einer derartigen Badagitation lassen sich erheblich verkürzte Bad-Durchlaufzeiten erzielen, die in der Größenordnung von einigen Minuten (im Vergleich zu etwa einer Stunde gemäß dem Stand der Technik) liegen. Dabei ist die Qualität der abgeschiedenen Galvanikschichten äußerst zufriedenstellend.
Bei der Beschichtung von Werkstücken in einem alkalischen Zink-Eisen-Bad wird vorzugsweise ein Zinkgehalt von 10 bis 100 g/l und ein Eisengehalt von 100 bis 1.500 mg/1 verwendet.
Weiter bevorzugt beträgt hierbei der Zinkgehalt 10 bis 50 g/l und der Eisengehalt 100 bis 1.000 mg/1.
Der Alkaligehalt wird hierbei vorzugsweise auf 100 bis 300 g/l, vorzugsweise auf 150 bis 200 g/l an Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid eingestellt.
Die Behandlung in einem derartigen alkalischen Zink-Eisen-Bad erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 25 bis 30 0C.
Hierbei werden bevorzugt im alkalischen Zink-Eisen-Bad organische Zusätze von 30 bis 100 ml/1, vorzugsweise von 30 bis 80 ml/1, weiter bevorzugt von 30 bis 60 ml/1 zugesetzt.
Werden Werkstücke aus Stahl mit einer weitgehend glatten Oberfläche aus ferritischem oder austenitischem Stahl behandelt, so wird wiederum vorzugsweise eine Stromdichte von 15 bis 20 A/dm2, vorzugsweise von 10 bis 20 A/dm2, weiter bevorzugt von 12 bis 18 A/dm2 verwendet.
Werden dagegen Gussteile, Druckgussteile, geschmiedete Teile oder Sintermetallteile in einem Zink-Bad oder einem Zink-Eisen-Bad behandelt, so wird eine höhere Stromdichte verwendet, die vorzugsweise zwischen 5 und 30 A/dm2, vorzugsweise zwischen 5 und 25 A/dm2, besonders bevorzugt zwischen 10 und 25 A/dm2 liegt.
Hierbei werden vorzugsweise organische Zusätze von 30 bis 100 ml/1, vorzugsweise von 30 bis 80 ml/1, weiter bevorzugt von 30 bis 60 ml/1 zugefügt.
Erfolgt die Behandlung der Werkstücke in einem alkalischen Zink-Nickel-Bad, so wird vorzugsweise ein Zinkgehalt von 10 bis 100 g/l und ein Nickelgehalt von 1,5 bis 10 g/l verwendet. Weiter bevorzugt beträgt der Zinkgehalt hierbei 10 bis 50 g/l und der Nickelgehalt 2 bis 6 g/l.
Hierbei wird ferner vorzugsweise ein Alkaligehalt von 100 bis 300 g/l, vorzugsweise von 130 bis 200 g/l, besonders bevorzugt von 140 bis 180 g/l an Natriumhydroxid oder alternativ an Kaliumhydroxid verwendet.
Die Behandlung erfolgt hierbei vorzugsweise bei einer Temperatur von 25 bis 40 0C, vorzugsweise von 28 bis 40 0C.
Ferner werden vorzugsweise organische Zusätze von 300 bis 1.000 ml/1, vorzugsweise von 300 bis 500 ml/1 zugesetzt.
Die Behandlung erfolgt hierbei vorzugsweise mit einer Stromdichte von etwa 3 bis 30 A/dm2.
Werden Werkstücke aus Stahl mit einer relativ glatten Oberfläche behandelt, die aus ferritischem oder austenitischem Stahl bestehen können, so wird eine Stromdichte von 3 bis 20 A/dm2, vorzugsweise von 8 bis 15 A/dm2, besonders bevorzugt von 10 bis 13 A/dm2 verwendet.
Werden dagegen Gussteile, Druckgussteile, geschmiedete Teile oder Sintermetallteile in einem Zink-Nickel-Bad behandelt, so erfolgt dies vorzugsweise mit einer etwas höheren Stromdichte von 6 bis 30 A/dm2, vorzugsweise von 10 bis 20 A/dm2.
Wie bereits erwähnt, können die Werkstücke vorzugsweise während der elektrolytischen Beschichtung zusätzlich in der Elektrolytflüssigkeit bewegt werden, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 m/min. Grundsätzlich können die Werkstücke auch mit einer höheren Geschwindigkeit innerhalb der Elektrolytflüssigkeit bewegt werden, so dass durch eine schnellere Bewegung der Werkstücke selbst eine geringere Badumwälzung erfolgen kann. Jedoch ist die Bewegung von Werkstücken, die an Gestellen aufgehängt sind, schon grundsätzlich aus mechanischen Gründen nicht beliebig zu steigern. Im Gegensatz zu Trommelware, die in einer Trommel gegebenenfalls mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegt werden kann, ist erfindungsgemäß daher eine erhebliche Badagitation notwendig, um die erfindungsgemäß erreichbaren kurzen Durchlaufzeiten bei gleichmäßig hoher Qualität zu gewährleisten.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken nebst Vorbehandlung, galvanischer Beschichtung und Nachbehandlung;
Fig. 2 eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Elektrolytbad gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein typischer Verfahrensablauf zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet. Die zu behandelnden metallischen Werkstücke durchlaufen eine Mehrzahl von Stationen 12 - 38. Um eine kompakte Anordnung zu gewährleisten, können die Stationen entlang eines Riementriebes angeordnet sein, wie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist. Die Werkstücke werden hierbei mittels des an geeigneten Führungen geführten Riementriebes von Station zu Station bewegt. Durch die Riemen wird hierbei der Transport gewährleistet, während die Führung die Tragkräfte für den Transport in x-/y-Richtung aufnimmt.
Bei den Werkstücken selbst handelt es sich um Einzelteile, die an Gestellen aufgenommen sind, die mittels des Riemens von Station zu Station bewegt werden.
Die Werkstücke können beispielsweise zunächst an einer Beschickungsstation 12 beladen werden und gelangen von hier aus zu einer Abkochen tfettungsstation 14. Hieran schließt sich eine Kaskadenspülung 16 an und eine Beizbehandlung der Werkstücke in einer Beizstation 18. Die Beizstation 18 ist wiederum von einer Kaskadenspülung 20 gefolgt. Hieran schließt sich optional eine Ultaschallreinigung 22 und ggf. eine elektrolytische Entfettung 24 an. An diese schließt sich vorzugsweise eine Dekapierungsstation 26 an, die von einer Kaskadenspülung 28 gefolgt sein kann.
Dann gelangen die Werkstücke in eine Verzinkungsstation 30 die in Fig. 2 ausführlicher dargestellt ist. Nach Durchlaufen der Verzinkungsstation 30 gelangen die Werkstücke wiederum zu einer Kaskadenspülung 32 und ggf. zu einer Passivierungs- station oder Chromatierungsstation 34. Diese kann optional von einer Versiegelungs- Station (Lackierung) 36 gefolgt sein. Schließlich gelangen die Werkstücke zu einer Entladungsstation 38.
In Fig. 2 ist nun der mögliche Aufbau einer Verzinkungsstation 30 näher dargestellt. Die Verzinkungsstation 30 weist drei hintereinander angeordnete, miteinander gekoppelte Zellen 46, 48, 50 auf, die als Doppelzellen ausgeführt sind und die nacheinander parallel von Werkstücken 68 bzw. 68' durchlaufen werden können, die an Gestellen gehalten sind, die mittels des Riementriebes bewegt werden. Die Werkstücke 68, 68' sind als Kathode geschaltet, und an den Längs-Außenseiten des Verzin- kungsbades ist jeweils eine Anode 40, 44 vorgesehen. Zusätzlich ist in der Mitte einer jeden Zelle 46 eine zentrale Anode 42 vorgesehen, die sich, wie auch die beiden äußeren Anoden 40, 44, über die gesamte Länge des Verzinkungsbades erstreckt. Die letzte Zelle 50 mündet in einen Überlauf 52.
Die Zellen 46, 48, 50 sind mit einer gemeinsamen wässrigen Elektrolytflüssigkeit befüllt, die jeweils über eine Pumpe 54, 56, 58 mit hohem Druck aus dem Überlaufbehälter 52 über Düsen 66 am Boden einer jeden Zelle 46, 48, 50 zugeführt wird. Die Düsen 66 sind gleichmäßig verteilt am Boden einer jeden Zelle 46, 48, 50 angeordnet. Neben einer gleichmäßigen Verteilung ist natürlich auch eine ungleichmäßige Anordnung am Boden und den Badwänden denkbar. Es handelt sich vorzugsweise um Venturi-Düsen, wodurch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Austrittstelle einer jeden Düse 66 erreicht wird und gleichzeitig eine verbesserte Zirkulation innerhalb des Badvolumens.
Jede Pumpe 54, 56, 58 hat eine Pumpleistung von 365 l/min. Durch die Venturi- Wirkung der Düsen 66 ergibt sich eine erhöhte Umwälzung, was zu einer Badumwälzung in jeder Zelle 46, 48, 50 führt, die etwa 146-fach/h beträgt.
Durch eine derartig hohe Badumwälzung ergibt sich ein intensiver Kontakt der Werkstücke 68, 68' mit der Elektrolytflüssigkeit und eine gleichmäßige Beschichtung bei hoher Stromdichte. In der nachfolgenden Tabelle 1 sind für ein alkalisches Verzinkungsbad die wesentlichen Parameter laut Herstellerangaben, die bevorzugten Werte für die Verzinkung von Stahlteilen und anderen Teilen angegeben, sowie Werte von durchgeführten Versuchen an Stahl teilen und Gussteilen.
Es wurden Verzinkungsbäder der Firma Coventya GmbH, Stadtring Nordhorn 116, D- 33334 Gütersloh, Badtyp Performa 269 (Zink-Eisen), sowie Performa 285 (Zink- Nickel), sowie Oklane Star (Zink alkalisch), ferner der Firma Atotech Deutschland GmbH, Industriestraße 69, D-90537 Feucht, Badtyp Reflectalloy (Zink-Nickel) und Protolux (Zink alkalisch), ferner der Firma Kunz GmbH, Untergasse 47 65468 Trebur, Badtyp Al 450 (Zink-Nickel), ferner der Firma SurTec International GmbH, Stuckertstraße 18, D-64673 Zwingenberg, Badtyp 704 (Zink alkalisch), 712 (Zink- Eisen) und 715 (Zink-Nickel) verwendet.
Als Werkstücke wurden Gussteile für Bremssättel verwendet, wobei es sich unter anderem um Halter, Gehäuse und Rahmen handelte. Daneben wurden Stahlteile aus ferritischem Stahl verschiedener Geometrie untersucht.
In Tabelle 1 sind nun die Herstellerangaben für ein alkalisches wässriges Verzinkungsbad unter Verwendung von Natriumhydroxid, sowie die erfindungsgemäß bevorzugten Werte und durchgeführten Versuchswerte zusammengefasst. Unter der Spalte "Stahlteile" sind die bevorzugten Werte zur Behandlung von Werkstücken aus Stahl mit relativ glatter Oberfläche zusammengefasst, wobei es sich um ferritischen oder austenitischen Stahl handeln kann. In der Spalte "Andere Teile" sind die bevorzugten Werte zur Behandlung von Gussteilen, Druckgussteilen (wie Al-Druckguss- teilen), geschmiedeten Teilen und Sintermetallteilen zusammengefasst. Die Versuchswerte wurden an Stahlteilen aus ferritischem Stahl bzw. Gussteilen gewonnen.
In Tabelle 2 sind die entsprechenden Angaben für eine Elektrolytbeschichtung in einem Zink-Eisen-Elektrolytbad angegeben, während in Tabelle 3 die entsprechenden Werte für eine Zink-Nickel-Elektrolytbeschichtung zusammengefasst sind. Die Her- steilerangaben beziehen sich auf Natriumhydroxidbäder oder alternativ Kaliumhydroxidbäder.
Die Versuche wurden sowohl in Natriumhydroxidbädern als auch in Kaliumhydroxidbädern durchgeführt.
Die Durchlaufzeiten der Werkstücke betrugen 1 bis 3 min.
Tabelle 1 bezieht sich auf eine reine Verzinkung von Werkstücken, während Tabelle 2 sich auf eine Zink-Eisen-Beschichtung mit etwa 0,3 bis 0,8 Gew.-% Fe-Anteil bezieht. Dagegen betrifft Tabelle 3 eine Zink-Nickel-Beschichtung mit einem Nickelanteil von etwa 10 bis 20 Gew.-%.
Sämtliche Stromdichte-Angaben in dieser Anmeldung beziehen sich auf die kathodische Stromdichte.
Zusätzlich zu der angegebenen Badumwälzung wurden die Werkstücke 68, 68' mit einer Geschwindigkeit von etwa 3 bis 5 m/min während der Behandlung in x-/y- Richtung hin- und herbewegt.
Alle Werkstücke erfüllten die Spezifikationen. Die Schichtdicke, die in der Regel zwischen 8 und 16 μm lag, erfüllte die Anforderungen. Die Werkstücke waren blasenfrei und hatten einen guten Glanzgrad.
Außer der erheblich verkürzten Beschichtungszeit von etwa 1 bis 3 min unterschieden sich die beschichten Werkstücke nicht von Werkstücken, die in herkömmlichen Prozessen laut Herstellerangaben beschichtet wurden. Bei herkömmlichen Prozessen waren lediglich die Durchlaufzeiten erheblich größer und lagen in der Größenordnung von etwa 30 bis 90 min. Durch die verwendeten Parameter (erhöhte Konzentrationen von Zink und gegebenenfalls Eisen bzw. Nickel, organischen Zusätzen, bei gleichzeitig erhöhter Temperatur und Stromdichte) ergaben sich in Verbindung mit der starken Badumwälzung drastisch verkürzte Durchlaufzeiten bei gleichzeitig hoher Beschichtungsqualität im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungen.
Infolge der erheblich verkürzten Durchlaufzeiten lässt sich eine Gesamtanlage deutlich kompakter aufbauen, was zu erheblichen Kosten und Platzvorteilen bei gleichzeitig geringeren Betriebskosten führt.
Außerdem lassen sich derartig kompakte Anlagen einfacher in eine vorhandene Fertigung integrieren.
U)
Tabelle 1
Tabelle 2
Cn
Tabelle 3

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur galvanischen Beschichtung von Werkstücken (68, 68'), bei dem die Werkstücke (68, 68') zunächst an einer Transporteinrichtung aufgenommen werden, dann vorbehandelt werden und mittels der Transporteinrichtung, vorzugsweise an Gestellen, durch ein zinkhaltiges Elektrolytbad bewegt werden, wobei die Werkstücke (68, 68') mit einer Stromdichte von mindestens 3 A/dm2 behandelt werden und wobei das Badvolumen mindestens 20 Mal pro Stunde umgewälzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Badvolumen mindestens 30 Mal, vorzugsweise mindestens 40 Mal, weiter bevorzugt mindestens 50 Mal, noch weiter bevorzugt mindestens 80 Mal, weiter bevorzugt mindestens 100 Mal, besonders bevorzugt mindestens 200 Mal pro Stunde umgewälzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Elektrolytbad über Düsen (66), vorzugsweise über Venturi-Düsen, umgewälzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem zinkhaltigen Elektrolytbad behandelt werden, das einen Gehalt an Natriumcarbonat aufweist, der <80 g/l ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zinkbad behandelt werden, das einen Zinkgehalt von 10 bis 100 g/l, vorzugsweise von 10 bis 50 g/l aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem Zinkbad behandelt werden, das einen Alkaligehalt von 150 bis 300 g/l, vorzugsweise von 150 bis 200 g/l an Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Werkstücke (68, 68') bei einer Temperatur von 25 bis 40 0C behandelt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem Zinkbad behandelt werden, das organische Zusätze von 25 bis 100 ml/1, vorzugsweise von 30 bis 80 ml/1, weiter bevorzugt von 30 bis 75 ml/1 enthält.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Eisen-Bad behandelt werden, das einen Zinkgehalt von 10 bis 100 g/l und einen Eisengehalt von 100 bis 1500 mg/1 aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Eisen-Bad behandelt werden, das einen Zinkgehalt von 10 bis 50 g/l und einen Eisengehalt von 100 bis 1000 mg/1 aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Eisen-Bad behandelt werden, das einen Alkaligehalt von 100 bis 300 g/l, vorzugsweise von 150 bis 200 g/l an Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Eisen-Bad bei einer Temperatur von 25 bis 30 0C behandelt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Eisen-Bad behandelt werden, das organische Zusätze von 30 bis 100 ml/1, vorzugsweise von 30 bis 80 ml/1, weiter bevorzugt von 30 bis 60 ml/1 enthält.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Nickel-Bad behandelt werden, das einen Zinkgehalt von 10 bis 100 g/l und einen Nickelgehalt von 1,5 bis 10 g/l aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Nickel-Bad behandelt werden, das einen Zinkgehalt von 10 bis 50 g/l und einen Nickelgehalt von 2 bis 6 g/l aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Nickel-Bad behandelt werden, das einen Alkaligehalt von 100 bis 300 g/l, vorzugsweise von 130 bis 200 g/l, besonders bevorzugt von 140 bis 180 g/l an Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid aufweist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Werkstücke (68, 68') bei einer Temperatur von 25 bis 40 0C, vorzugsweise von 28 bis 40 °C behandelt werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Werkstücke (68, 68') in einem alkalischen Zink-Nickel-Bad behandelt werden, das organische Zusätze von 300 bis 1000 ml/1, vorzugsweise von 300 bis 500 ml/1 enthält.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Werkstücke (68, 68') mit einer Stromdichte von 5 bis 40 A/dm2, vorzugsweise von 5 bis 30 A/dm2, weiter bevorzugt von 5 bis 20 A/dm2 behandelt werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, bei dem Werkstücke (68, 68') aus ferritischen oder austenitischem Stahl mit einer Stromdichte von 5 bis 20 A/dm2, vorzugsweise von 10 bis 20 A/dm2, besonders bevorzugt von 12 bis 18 A/dm2 behandelt werden.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, bei dem Werkstücke (68, 68') in Form von Gussteilen, Druckgussteilen, geschmiedeten Teilen oder Sintermetallteilen mit einer Stromdichte von 5 bis 30 A/dm2, vorzugsweise von 5 bis 25 A/dm2, besonders bevorzugt von 10 bis 25 A/dm2 behandelt werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei dem die Werkstücke (68, 68') mit einer Stromdichte von 3 bis 30 A/dm2 behandelt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem Werkstücke (68, 68') aus ferritischen oder austenitischem Stahl mit einer Stromdichte von 3 bis 20 A/dm2, vorzugsweise von 8 bis 15 A/dm2, besonders bevorzugt von 10 bis 13 A/dm2 behandelt werden.
24. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem Werkstücke (68, 68') in Form von Gussteilen, Druckgussteilen, geschmiedeten Teilen oder Sintermetallteilen mit einer Stromdichte von 6 bis 30 A/dm2, vorzugsweise von 10 bis 20 A/dm2 behandelt werden.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Werkstücke (68, 68') während der elektrolytischen Beschichtung zusätzlich in der Elektrolytflüssigkeit bewegt werden, vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 m/min.
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