EP3425083A1 - Improved method and apparatus for thermodiffusion galvanising and articles manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Beschreibung betrifft durch Thermodiffusion verzinkte Gegenstände, einen Apparat sowie ein Verfahren zur Thermodiffusionsverzinkung. Des Weiteren werden für das genannte Verfahren geeignete Zinkpulver und Zinkpulvermischungen beschrieben.The present description relates to thermally-diffused articles, an apparatus and a method of thermal diffusion-galvanizing. Furthermore, suitable zinc powder and zinc powder mixtures are described for the said process.
Description
Die vorliegende Beschreibung betrifft durch Thermodiffusion verzinkte Gegenstände, einen Apparat sowie ein Verfahren zur Thermodiffusionsverzinkung. Des Weiteren werden für das genannte Verfahren geeignete Zinkpulver und Zinkpulvermischungen beschrieben.The present description relates to thermally-diffused articles, an apparatus and a method of thermal diffusion-galvanizing. Furthermore, suitable zinc powder and zinc powder mixtures are described for the said process.
Die Beschichtung mit Zink stellt einen effektiven Korrosionsschutz von Bauteilen aus Eisenwerkstoffen dar. Bei hochfesten Stählen scheiden allerdings alle Verfahren aus, bei denen im Prozess atomarer Wasserstoff erzeugt wird, also insbesondere die galvanische Beschichtung, bzw. Beschichtungsprozesse, bei denen die Prozesstemperatur die Anlasstemperatur der Werkstücke überschreitet. Hier bietet sich die Zink-Thermo-Diffusion als effektive Methode an. Die zu beschichtenden Teile werden mit einem speziellen Zinkpulver vermischt und in einer rotierenden Kammer auf eine Temperatur zwischen 300 und 400 °C aufgeheizt. Hierbei diffundiert Zink in die Stahloberfläche und bildet eine widerstandsfähige Zink-Eisen-Legierungsschicht bzw. Zink-Eisen-Legierungszone. Durch eine zusätzliche Lackierung kann die Korrosionsbeständigkeit zusätzlich gesteigert werden, wodurch sich ein Einsatz insbesondere bei hochfesten Stahlteilen empfiehlt.The coating with zinc provides effective corrosion protection of components made of ferrous materials. In high-strength steels, however, all processes are eliminated in which atomic hydrogen is generated in the process, in particular the galvanic coating, or coating processes in which the process temperature, the tempering temperature of the workpieces exceeds. Here, zinc thermo-diffusion is an effective method. The parts to be coated are mixed with a special zinc powder and heated in a rotating chamber to a temperature between 300 and 400 ° C. In this case, zinc diffuses into the steel surface and forms a resistant zinc-iron alloy layer or zinc-iron alloy zone. An additional coating, the corrosion resistance can be further increased, which is recommended for use especially in high-strength steel parts.
Um Bauteile aus Metall vor Korrosion zu schützen, werden heute meist verschiedene Verfahren, wie beispielsweise Feuerverzinken, Brünieren, Phosphatieren oder galvanisch Verzinken eingesetzt. Ein bereits lange bekanntes Verfahren findet durch die Aufwertung der Verfahrenstechnik in den letzten Jahren zunehmend Beachtung. Die so genannte Zink-Thermo-Diffusion zeigt viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Korrosionsschutzverfahren. Die Zink-Thermo-Diffusion (ZTD) bietet hochwertigen Schutz für Teile aus unterschiedlichsten Bereichen, wie zum Beispiel Automobil- und Fahrzeugbau, Luftfahrt, Infrastruktur oder Offshore bei niedrigen und hohen Umgebungstemperaturen, auch an Kanten und Gewinden.In order to protect metal components against corrosion, today most different processes, such as hot-dip galvanizing, burnishing, phosphating or electroplating are used. A process that has been known for a long time is gaining increasing attention in recent years due to the upgrading of process engineering. The so-called zinc thermo-diffusion shows many advantages over conventional corrosion protection methods. Zinc Thermo-Diffusion (ZTD) offers high-quality protection for parts from a wide range of applications, such as automotive and vehicle construction, aviation, infrastructure or offshore at low and high ambient temperatures, including at edges and threads.
Zudem wird die Verschleißfestigkeit erhöht und die Anbindung an Gummi und Kunststoffe verbessert.In addition, the wear resistance is increased and the connection to rubber and plastics improved.
Der ZTD-Prozess basiert auf dem bekannten Sherardisieren und bietet die Vorteile eines homogenen Schichtaufbaus und der Verformbarkeit. Bei diesem Verfahren wird Zink nicht als Schicht auf den Grundwerkstoff abgelagert, sondern das Zink wird in die Randschicht oder Randzone der metallischen Strukturen des Grundwerkstoffs eingelagert. Dadurch entsteht eine starke Adhäsionsverbindung, die verhindert, dass die Schicht abplatzt beziehungsweise bei Beschädigungen (z. B. Kratzer) durch eindringende Feuchtigkeit unterwandert werden kann. Außerdem entsteht ein optimaler Untergrund für weiterführende Oberflächenverfahren wie Lackieren oder Vulkanisieren.The ZTD process is based on the well-known Sherardizing and offers the advantages of a homogeneous layer structure and the deformability. In this process, zinc is not deposited as a layer on the base material, but the zinc is incorporated into the surface layer or edge zone of the metallic structures of the base material. This creates a strong adhesive bond, which prevents the layer from flaking off or, in the event of damage (eg scratches), being infiltrated by penetrating moisture. In addition, an optimal substrate for further surface treatment such as painting or vulcanization is created.
Durch bisher bekannte ZTD-Verfahren können Schicht- bzw. Zonenstärken von 15 Mikrometer bis weniger als 125 Mikrometer erhalten werden. Durch die verhältnismäßig geringe Prozesstemperatur können beispielsweise auch Federn behandelt werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften oder die Festigkeit des Stahls verloren gehen. Der Prozess findet in geschlossenen, rotierenden Kammern unter Zugabe eines speziellen Zinkpulvers bei Temperaturen zwischen 300 und 400 °C statt. Bei diesen Temperaturen kann an der Bauteiloberfläche eine intermetallische diffusionsgesteuerte Phasenreaktion stattfinden, die zur Bildung einer widerstandsfähigen Zink-Eisen-Legierungsschicht bzw. -zone führt. Im Vergleich zu anderen Verzinkungsverfahren können durch ZTD-Verfahren auch Legierungen und Bauteile aus Federstahl, hochfestem Stahl, Kohlenstoff- und niedrig legierte Stähle, Gusseisen, Schmiedestahl und Sintermetall, Titan- und Nickellegierungen, verzinkt werden.By previously known ZTD methods, layer or zone thicknesses of 15 microns to less than 125 microns can be obtained. Due to the relatively low process temperature, for example, springs can be treated without losing the mechanical properties or the strength of the steel. The process takes place in closed, rotating chambers with the addition of a special zinc powder at temperatures between 300 and 400 ° C. At these temperatures, an intermetallic diffusion-controlled phase reaction may take place on the component surface resulting in the formation of a durable zinc-iron alloy layer. Compared to other galvanizing processes, ZTD processes can also be used to galvanize alloys and components made of spring steel, high-strength steel, carbon and low-alloyed steels, cast iron, forged steel and sintered metal, titanium and nickel alloys.
Die zu behandelnden Teile brauchen nur vorbehandelt werden, wenn Verunreinigungen (z. B. Walzzunder oder Rost) vorhanden sind. Diese Verunreinigungen werden beispielsweise durch Sandstrahlen beseitigt. Sind die Produkte metallisch blank ist eine Vorbehandlung nicht notwendig.The parts to be treated need only be pretreated if there are any impurities (eg mill scale or rust). These impurities are removed, for example by sandblasting. If the products are metallic bright, a pretreatment is not necessary.
Anschließend werden die Teile zusammen mit einer geeigneten Menge Zinkpulver in der ZTD-Anlage unter rotierenden Bewegungen erhitzt. Durch die Reaktion mit der Randzone des Bauteils entsteht die Zink-Eisen-Legierungsschicht/-zone. Der Schicht- bzw. Zonenaufbau zeigt eine abnehmende Zinkkonzentration in Richtung Bauteilkern. Im äußeren Schicht-/Zonenbereich, der den größten Teil der Schicht-/Zonenstruktur darstellt, ist Zink mit circa 90 % dominant. Ist das Ende der Prozesszeit erreicht, werden die Bauteile aus der Anlage entnommen, kühlen an der Luft ab und werden mechanisch über Siebmaschinen vom Restpulver getrennt. Dieses Restpulver, das jetzt vorwiegend aus Hilfs- und Trägerstoffen besteht, kann in den Prozess zurückgeführt werden und ist somit umweltverträglich.Subsequently, the parts are heated together with a suitable amount of zinc powder in the ZTD system under rotating movements. The reaction with the edge zone of the component results in the zinc-iron alloy layer / zone. The layer or zone structure shows a decreasing zinc concentration in the direction of the component core. In the outer layer / zone region, which is the largest part of the layer / zone structure, zinc is dominant at around 90%. When the end of the process time is reached, the components are removed from the system, cooled in the air and are mechanically separated from the residual powder by screening machines. This residual powder, which now predominantly consists of auxiliaries and carriers, can be returned to the process and is therefore environmentally friendly.
Die durch den ZTD-Prozess entstandene Randzone ist auch bei komplizierten Bauteilen (z. B. mit Hohlräumen und Innengewinden) sehr gleichmäßig in der Schicht-/Zonendicke und homogen in der Struktur. Es entsteht eine glatte Oberfläche ohne Zinkhautbildung. Es wird eine Schicht-/Zonenhärte von etwa 500 HV erreicht. Dadurch weisen die so behandelten Bauteile eine sehr hohe Verschleißfestigkeit auf, was mit anderen Korrosionsschutzverfahren unter Einsatz von Zink nicht erreicht wird.The edge zone created by the ZTD process is very uniform even in the case of complicated components (eg with cavities and internal threads) in the layer / zone thickness and homogeneous in the structure. The result is a smooth surface without zinc skin formation. It is achieved a layer / zone hardness of about 500 HV. As a result, the components thus treated have a very high wear resistance, which is not achieved with other corrosion protection methods using zinc.
Die Gefahr der Wasserstoff Versprödung besteht vor allem aufgrund von Beizprozessen und galvanischen Beschichtungsprozessen aus wässrigen Elektrolyten. Durch das Eindringen und Einlagern von atomarem Wasserstoff in das Metallgefüge entstehen hierbei Änderungen in der Dehnbarkeit (Duktilität) des Materials, was zu Sprödbruch und so genannter Spannungsrisskorrosion und damit zum Bauteilversagen führen kann. Durch den trocken ablaufenden ZTD-Prozess kann die Gefahr der Wasserstoff Versprödung für die bearbeiteten Bauteile ausgeschlossen werden, wodurch das Verfahren auch besonders für sicherheitsrelevante Bauteile geeignet ist.The danger of hydrogen embrittlement mainly consists of pickling processes and galvanic coating processes of aqueous electrolytes. As a result of the penetration and incorporation of atomic hydrogen into the metal structure, changes in the extensibility (ductility) of the material are produced, which can lead to brittle fracture and so-called stress corrosion cracking and thus to component failure. Due to the dry-running ZTD process, the risk of hydrogen embrittlement for the machined components can be excluded, making the method particularly suitable for safety-relevant components.
Ein weiterer Vorteil beim Einsatz der Zink-Thermo-Diffusion an sicherheitsrelevanten Bauteilen ist die Gewährleistung der Maßtoleranzen und Anzugsmomente. Durch die Oberflächenbeschichtung mit herkömmlichen Verfahren können sich je nach Schichtdicke die definierten Anzugsmomente durch die aufgebrachte Schutzschicht verändern. Außerdem müssen die Gewinde dieser beschichteten Schrauben oder Bolzen oft nachbearbeitet werden, damit sie die geforderten Toleranzen gewährleisten. Allerdings wird durch die mechanische Nachbearbeitung die aufgebrachte Schutzschicht teilweise wieder zerstört und der Korrosionsschutz verschlechtert.Another advantage of using zinc thermo-diffusion on safety-relevant components is the guarantee of dimensional tolerances and tightening torques. Due to the surface coating with conventional methods, the defined tightening torques can be determined by the Change applied protective layer. In addition, the threads of these coated screws or bolts often have to be reworked to ensure the required tolerances. However, the applied protective layer is partially destroyed by the mechanical post-processing and deteriorates the corrosion protection.
Da bei der Zink-Thermo-Diffusion ein homogener und gleichmäßiger Schicht-/Zonenaufbau vorliegt und der Korrosionsschutz in den Randbereich des Materials eingebracht wird, ist eine mechanische Nachbearbeitung nicht notwendig und die definierten Maßtoleranzen und Anzugsmomente ändern sich nicht. Darüber hinaus kommt es im Gegensatz zu anderen Schichten auch zu keinem Setzverhalten, was bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ebenfalls von besonderer Bedeutung ist.Since zinc-thermo-diffusion has a homogenous and uniform layer / zone structure and the corrosion protection is incorporated into the edge area of the material, mechanical post-processing is not necessary and the defined dimensional tolerances and tightening torques do not change. In addition, in contrast to other layers, there is no settling behavior, which is also of particular importance for safety-relevant components.
Mit der Zink-Thermo-Diffusion behandelte Bauteile lassen sich durch KTL-Beschichtungen oder durch andere Nass- oder Pulverlackierungen mit einer hoch korrosionsfesten Oberfläche in jeder Farbe versehen und zu einem Duplex-System aufwerten. Unter Duplex-Systemen ist gemäß EN ISO 12944-5 ein Korrosionsschutz-System, das aus einer Verzinkung in Kombination mit einer oder mehreren nachfolgenden Beschichtungen besteht, zu verstehen. Verzinkung und Beschichtung ergänzen sich. Die Verzinkung wird durch die darüber liegende Beschichtung vor atmosphärischen, chemischen und mechanischen Einflüssen geschützt. Hierdurch wird die Lebensdauer der Verzinkung erhöht.Components treated with zinc thermo-diffusion can be provided with a highly corrosion-resistant surface in any color using KTL coatings or other wet or powder coatings and upgraded to a duplex system. Under duplex systems, EN ISO 12944-5 defines a corrosion protection system consisting of galvanizing in combination with one or more subsequent coatings. Galvanizing and coating complement each other. The zinc coating is protected by the overlying coating against atmospheric, chemical and mechanical influences. As a result, the life of the galvanizing is increased.
Umgekehrt haben Beschädigungen an Beschichtungen keine nachteiligen Auswirkungen zur Folge, da die Verzinkung aufgrund ihrer hohen Widerstandsfähigkeit und Abriebfestigkeit hohen Belastungen standhält. Hierdurch können bei Beschichtungen typische Unterrostungen nicht entstehen. Durch diesen Synergieeffekt zwischen Verzinkung und Beschichtung ist die Gesamtschutzdauer eines Duplex-Systems etwa 1,2- bis 2,5-fach höher als die Summe aus der jeweiligen Einzelschutzdauer von Verzinkung und Beschichtung. Auch für Beschichtungen mit Gummi (Vulkanisieren) oder Kunststoffen sind ZTD-Bauteile geeignet und bieten eine gute Adhäsion.Conversely, damage to coatings does not result in adverse effects since galvanization withstands high loads due to its high resistance and abrasion resistance. As a result, typical rusting can not occur in coatings. Due to this synergy effect between galvanizing and coating, the total protection duration of a duplex system is about 1.2 to 2.5 times higher than the sum of the individual protection periods of galvanizing and coating. Also for coatings with rubber (vulcanizing) or plastics ZTD components are suitable and offer a good adhesion.
Thermo-Diffusions-Verzinkungen unterliegen den Richtlinien der ELV (End of Life Vehicles), RoHS (Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment) und der WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment). Als standardisierte Prüfungen für die Bewertung des Korrosionsschutzes werden in der Regel Salzsprühtests (ASTM B117, DIN EN ISO 9227) durchgeführt.Thermo-diffusion galvanizing is subject to ELV (End of Life Vehicles), RoHS (Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment) and WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment). Salt spray tests (ASTM B117, DIN EN ISO 9227) are generally performed as standardized tests for the evaluation of the corrosion protection.
Darüber hinaus gibt es auch Langzeittests unter realen Bedingungen, bei denen verschieden behandelte Bauteile, zum Beispiel in Prüfanordnungen auf dem Meer, über Wochen und Monate den Umwelteinflüssen ausgesetzt werden. Je nach verwendetem Zinkpulver ergibt sich eine Korrosionsbeständigkeit von 1000 Stunden (ohne KTL) bis 1500 Stunden (mit KTL). Durch Korrosion entsteht auch immer ein gewisser Materialverlust; dieser ist bei ZTD im Vergleich mit anderen Verzinkungsverfahren relativ gering. Dies trägt ebenfalls zur Bauteilsicherheit bei.In addition, there are also long-term tests under real conditions in which differently treated components, for example, in marine test arrangements, are subjected to environmental influences over weeks and months. Depending on the zinc powder used, the corrosion resistance ranges from 1000 hours (without cathodic dip) to 1500 hours (with cathodic electrospray). Corrosion also always causes a certain loss of material; this is relatively low for ZTD compared to other galvanizing processes. This also contributes to component safety.
Trotz aller bereits erreichten Vorteile durch Anwenden bisher bekannter Verfahren zur Thermo-Diffusions-Verzinkung besteht weiterhin Bedarf die Qualität der Zink-Metall-Legierungsschicht bzw -zone im Randbereich der verzinkten Werkstücke sowie die an der Oberfläche gebildeten Zinkbeschichtungen - und damit den Korrosionsschutz der betreffenden Werkstücke - zu verbessern. So zeigen elektronenmikroskopische Aufnahmen im Querschnitt von durch bisher übliche Sherardisier-Verfahren erhaltenen Zinkschichten, dass diese feine Risse aufweisen können, welche den Korrosionsschutz vermindern können im Vergleich zu Schichten, die keine solche Risse aufweisen würden. Es zeigt sich auch, dass die durch bisher bekannte Sherardisier-Verfahren erhaltene Verzinkung aus einer Zink-Metall-Legierungsschicht bzw. -zone gewisser Dicke und einer darauf abgeschiedenen mehr oder weniger reinen Zinkschicht größerer Dicke besteht. Da wie oben dargelegt, die Zink-Metall-Legierungsschicht bzw. -zone Vorteile gegenüber einer auf der Oberfläche des Werkstoff abgeschiedenen (reinen) Zinkschicht aufweist, wäre es von Vorteil, wenn man im Verhältnis zur oberen (reinen) Zinkschicht eine dickere Zink-Metall-Legierungsschicht bzw. -zone erhalten könnte.Despite all the advantages already achieved by applying previously known methods for thermo-diffusion galvanizing, there remains a need for the quality of the zinc-metal alloy layer or zone in the edge region of the galvanized workpieces and the zinc coatings formed on the surface - and thus the corrosion protection of the relevant workpieces - to improve. Thus, electron micrographs in the cross-section of zinc layers obtained by hitherto conventional Sherardisier methods show that they can have fine cracks which can reduce the corrosion protection compared to layers which would not have such cracks. It can also be seen that the zinc coating obtained by previously known Sherardising processes consists of a zinc-metal alloy layer or zone of certain thickness and a more or less pure zinc layer of greater thickness deposited thereon. Since, as stated above, the zinc-metal alloy layer or zone has advantages over a (pure) zinc layer deposited on the surface of the material, it would be advantageous to use a thicker zinc metal in relation to the upper (pure) zinc layer Alloy layer or zone could be obtained.
Den Erfindern der vorliegenden Erfindung ist es nun gelungen, durch ein modifiziertes und verbessertes Verfahren zur Thermo-Diffusions-Verzinkung von metallischen Werkstücken derartige Verzinkungen zu erhalten, also solche mit verbesserter Oberflächenqualität und mit einer im Verhältnis zur oberen (reinen) Zinkschicht dickeren Zink-Metall-Legierungsschicht/-zone.The inventors of the present invention have now succeeded, by a modified and improved method for thermo-diffusion galvanizing of metallic workpieces to obtain such galvanizing, ie those with improved surface quality and with respect to the upper (pure) zinc layer thicker zinc metal alloy layer / -zone.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher einen Gegenstand umfassend einen Kernbereich aus Metall, eine sich an den Kernbereich anschließende Thermodiffusionszone aus dem Metall und Zink sowie eine sich an die Thermodiffusionszone anschließende Zinkschicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke der Thermodiffusionszone zur Dicke der Zinkschicht mindestens 2:1 ist.The present invention therefore relates to an article comprising a metal core region, a metal and zinc thermal diffusion zone adjoining the core region, and a zinc layer adjoining the thermal diffusion zone, characterized in that the ratio of the thickness of the thermal diffusion zone to the thickness of the zinc layer is at least 2 : 1 is.
Als "Gegenstand" im Sinne der Erfindung können alle aus Metall oder einer Metalllegierung bestehenden Bauteile, Werkstoffe, Artikel, Komponenten und dergleichen verstanden werden, die die weiteren oben bzw. in Anspruch 1 definierten Merkmale aufweisen. Dies können Bauteile aus dem Automobilbau, dem Maschinenbau oder Bauteile für sonstige Konstruktionen sein. Es können auch Massenartikel aus Metall wie Schrauben, Muttern, Bolzen, usw. sein. Denkbar sind auch Hybridbauteile, die eine Metallkomponente mit frei zugänglicher Metalloberfläche sowie eine oder mehrere andere mit der Metallkomponente verbundene Komponente(n), wie z.B. Keramik oder Glas, aufweisen.For the purposes of the invention, "article" can be understood as meaning all components, materials, articles, components and the like consisting of metal or a metal alloy, which have the further features defined above or in claim 1. These can be components from the automotive industry, mechanical engineering or components for other constructions. It may also be mass-produced metal such as screws, nuts, bolts, etc. Also conceivable are hybrid components comprising a metal component with freely accessible metal surface and one or more other component (s) connected to the metal component, such as e.g. Ceramic or glass.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist somit ein Gegenstand bestehend aus Metall oder einer Metalllegierung oder ein Gegenstand, der ein Hybridbauteil mit einer Metallkomponente und mindestens einer mit der Metallkomponente verbundenen Nicht-Metallkomponente ist, wobei die Metallkomponente zumindest teilweise an der Oberfläche des Gegenstandes angeordnet ist. Unter "Metallkomponente" werden auch Komponenten verstanden, die aus einer Metalllegierung bestehen.A preferred embodiment of the invention is thus an article consisting of metal or a metal alloy or an article which is a hybrid component having a metal component and at least one non-metal component bonded to the metal component, the metal component being at least partially disposed on the surface of the article. By "metal component" is also understood components that consist of a metal alloy.
Unter dem Begriff "Metall" werden hier ganz allgemein Metalle und Metalllegierungen zusammengefasst. Im Einzelfall kann jedoch zwischen (reinen) Metallen und Metalllegierungen unterschieden werden. Im Rahmen dieser Erfindung in Frage kommende Metalle sind insbesondere Eisen und Eisenlegierungen, und zwar in Form von Gusseisen, Stahl und deren Legierungen. Gusseisen und Stahl sind bevorzugt. Beispiele für geeignete Stahlsorten sind aufgelistet in
Ein weiteres geeignetes Metall im Rahmen dieser Erfindung ist z.B. auch Kupfer.Another suitable metal in the context of this invention is e.g. also copper.
Der "Kernbereich aus Metall" ist der unter der Oberfläche des Gegenstandes liegende Bereich, der nicht als Zinkschicht und nicht als Thermodiffusionszone aus dem Metall und Zink definiert ist.The "metal core region" is the region underlying the surface of the article which is not defined as a zinc layer and not as a thermal diffusion zone of the metal and zinc.
Die sich an den Kernbereich "anschließende Thermodiffusionszone aus dem Metall und Zink" ist ein Bereich des Gegenstandes in Form einer Zone aus einer Metall-Zink-Legierung, die durch Eindiffundieren von Zink in die Metalloberfläche eines Grundwerkstoffs aus Metall, aus dem der erfindungsgemäße Gegenstand hervorgegangen ist, entstanden ist. Das Eindiffundieren in die Metalloberfläche kann zum Beispiel durch Erwärmen des Metallgegenstandes oder seiner Oberfläche in Gegenwart von pulverförmigem, flüssigem oder gasförmigem Zink erfolgen. Es handelt sich also nicht um eine Beschichtung in dem Sinne, dass auf den ursprünglichen Grundwerkstoff aus Metall eine Metall-Zink-Legierung aufgebracht wird, sondern die Schicht bzw. Zone entsteht direkt unterhalb der Oberfläche des ursprünglichen Grundwerkstoffes. Da sich durch das Eindiffundieren von Zink in die Metalloberfläche ein Zink-Konzentrationsgradient von der Oberfläche in die tieferen Bereiche des Grundwerkstoffs ausbildet, wird definiert, dass dort wo im Gegenstand die Konzentration von Zink unter einen Wert von 0,40 Gew.-% fällt, die Grenze zwischen der "Thermodiffusionszone" und dem "Kernbereich aus Metall" liegt. Bei einer Zink-Konzentration von unter 0,40 Gew.-%, z.B. 0,385 Gew.-%, befindet man sich also definitionsgemäß im "Kernbereich aus Metall".The metal and zinc "subsequent thermal diffusion zone to the core region is a region of the metal-zinc alloy zone created by the diffusion of zinc into the metal surface of a metal base material from which the article of the invention originated is, has arisen. The diffusion into the metal surface can be done, for example, by heating the metal article or its surface in the presence of powdered, liquid or gaseous zinc. It is therefore not a coating in the sense that a metal-zinc alloy is applied to the original metal base material, but the layer or zone is formed directly below the surface of the original base material. As a zinc concentration gradient forms from the surface into the deeper areas of the base material due to the diffusion of zinc into the metal surface, it is defined that where in the object the concentration of zinc falls below a value of 0.40% by weight, the boundary between the "thermal diffusion zone" and the "core metal area" lies. At a zinc concentration of less than 0.40 wt .-%, for example, 0.385 wt .-%, so you are by definition in the "core area of metal".
Die Dicke der "Thermodiffusionszone" hängt letztlich davon ab, wie lange und mit welchen Einstellungen das Verfahren zur Thermodiffusionsverzinkung des Grundwerkstoffs aus Metall betrieben wird. Auch Größe, Menge und Art des Metalls beeinflussen bis in welche Tiefe das Zink in den Gegenstand eindringt. Die Dicke der "Thermodiffusionszone" eines erfindungsgemäß hergestellter Gegenstand kann bis mehrere Hundert µm betragen.The thickness of the "thermal diffusion zone" ultimately depends on how long and with what settings the process for the thermal diffusion galvanizing of the metal base material is operated. Also, the size, amount and type of metal influence to what depth the zinc penetrates into the object. The thickness of the "thermal diffusion zone" of an article produced according to the invention can be up to several hundred μm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Gegenstand eine Dicke der "Thermodiffusionszone" im Bereich von 20 bis 400 µm, bevorzugt im Bereich von 30 bis 300 µm, weiter bevorzugt im Bereich von 40 bis 200 µm, und besonders bevorzugt im Bereich von 50 bis 150 µm auf. Typisch ist auch eine Dicke im Bereich von 75 bis 100 µm. Zur experimentellen Bestimmung der Dicke der Thermodiffusionszone siehe unten unter "Experimentelles".In a preferred embodiment of the invention, the article has a thickness of the "thermal diffusion zone" in the range of 20 to 400 .mu.m, preferably in the range of 30 to 300 .mu.m, more preferably in the range of 40 to 200 .mu.m, and particularly preferably in the range of 50 to 150 μm up. Also typical is a thickness in the range of 75 to 100 microns. For experimental determination of the thickness of the thermal diffusion zone, see below under "Experimental Section".
Die sich an die Thermodiffusionszone anschließende Zinkschicht ist ein Bereich des Gegenstandes in Form einer Schicht bestehend überwiegend aus Zink, die durch, z.B. thermisch induziertes, Anlagern an und Aufwachsen von Zink auf die Metalloberfläche des Grundwerkstoffs aus Metall, aus dem der erfindungsgemäße Gegenstand hervorgegangen ist, entstanden ist. Es handelt sich also um eine Beschichtung in dem Sinne, dass auf den ursprünglichen Grundwerkstoff aus Metall eine überwiegend Zink-haltige Schicht aufgebracht wurde.The zinc layer adjoining the thermal diffusion zone is a region of the article in the form of a layer consisting predominantly of zinc, which is penetrated by, e.g. thermally induced, attached to and growing of zinc on the metal surface of the metal base material, from which the article of the invention emerged emerged. It is therefore a coating in the sense that a predominantly zinc-containing layer was applied to the original metal base material.
Es zeigt sich, dass die gebildete Zinkschicht mindestens zwei Phasen aufweist, eine δ-Phase mit über 80 Gew.-% und bis zu 99 oder 100 Gew.-% Zink in der Phase, typischerweise mit über 86 Gew.-% und bis zu 92 Gew.-% Zink in der Phase, und eine γ-Phase mit über 70 Gew.-% und bis zu 80 Gew.-% Zink in der Phase, typischerweise mit über 73 Gew.-% und bis zu 78 Gew.-% Zink in der Phase. Diese Phasen können in einem Probenquerschnitt durch Mikroskopie, z.B. im Rasterelektronenmikroskop, bei entsprechender Vergrößerung und Probenvorbereitung sichtbar gemacht werden.It turns out that the zinc layer formed has at least two phases, a δ-phase of more than 80% by weight and up to 99 or 100% by weight of zinc in the phase, typically more than 86% by weight and up to 92 wt .-% zinc in the phase, and a γ phase with over 70 wt .-% and up to 80 wt .-% zinc in the phase, typically with over 73 wt .-% and up to 78 wt. % Zinc in the phase. These phases can be visualized in a sample cross-section by microscopy, for example in the scanning electron microscope, with appropriate magnification and sample preparation.
In einem sharardisierten Gegenstand, also einem durch Thermo-Diffusions-Verzinkung hergestellten Gegenstand, ist der Übergang von der "Zinkschicht" zur "Thermodiffusionszone" in Bezug auf den Zinkgehalt relativ abrupt. Er fällt von über 70 Gew.% schnell auf deutlich unter 10 Gew.-% und nimmt dann mit sich vergrößerndem Abstand von der Grenzzone weiter ab. Im Lichtmikroskop - zur Probenvorbereitung und genaueren Durchführung der Untersuchung siehe unten - ist eine scharfe Grenzlinie erkennbar oberhalb derer der Zinkgehalt über 70 Gew.% liegt und unterhalb derer der Zinkgehalt deutlich unter 10 Gew.-% liegt.In a sharraded article, that is, an article made by thermo-diffusion galvanizing, the transition from the "zinc layer" to the "thermal diffusion zone" with respect to the zinc content is relatively abrupt. It falls rapidly from above 70% by weight to well below 10% by weight and then decreases further as the distance from the boundary zone increases. In the light microscope - see below for sample preparation and more detailed examination - a sharp boundary line can be seen above which the zinc content is above 70% by weight and below which the zinc content is well below 10% by weight.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll dort, wo im Gegenstand die Konzentration von Zink von über 70 Gew.% auf unter 10 Gew.-% fällt, die Grenze zwischen der "Zinkschicht" und der "Thermodiffusionszone" liegen. Als Grenzwert festgelegt wird hiermit 40 Gew.-%. Bei einer Zink-Konzentration von unter 40 Gew.-%, zB. 39,95 Gew.-%, befindet man sich also definitionsgemäß in der "Thermodiffusionszone". Bei einer Zink-Konzentration von 40 Gew.-% oder darüber, z.B. 40,00 Gew.-%, befindet man sich damit definitionsgemäß in der "Zinkschicht".In the context of the present invention, where in the article the concentration of zinc falls from more than 70% by weight to less than 10% by weight, the boundary between the "zinc layer" and the "thermal diffusion zone" should lie. The limit value is hereby set at 40% by weight. At a zinc concentration of less than 40 wt .-%, eg. 39.95 wt .-%, so you are by definition in the "thermal diffusion zone". At a zinc concentration of 40% by weight or above, e.g. 40.00 wt .-%, you are thus by definition in the "zinc layer".
Die Dicke der "Zinkschicht" hängt letztlich davon ab, wie lange und mit welchen Einstellungen das Verfahren zur Thermodiffusionsverzinkung des Grundwerkstoffs aus Metall betrieben wird. Auch Eigenschaften und Menge des verwendeten Zinkpulvers beeinflussen die Schichtdicke. Die Dicke der "Zinkschicht" eines erfindungsgemäß hergestellter Gegenstand kann bis 50 µm oder mehr betragen.The thickness of the "zinc layer" ultimately depends on how long and with what settings the process for the thermal diffusion galvanizing of the metal base material is operated. The properties and amount of the zinc powder used also influence the layer thickness. The thickness of the "zinc layer" of an article produced according to the invention may be up to 50 μm or more.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Gegenstand eine Dicke der "Zinkschicht" im Bereich von 2 bis 100 µm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 80 µm, weiter bevorzugt im Bereich von 10 bis 60 µm, und besonders bevorzugt im Bereich von 15 bis 50 µm auf. Typisch ist auch eine Dicke im Bereich von 20 bis 40 µm. Zur experimentellen Bestimmung der Dicke der Zinkschicht siehe unten unter "Experimentelles".In a preferred embodiment of the invention, the article has a thickness of the "zinc layer" in the range of 2 to 100 .mu.m, preferably in the range of 5 to 80 .mu.m, more preferably in the range of 10 to 60 .mu.m, and particularly preferably in the range of 15 to 50 microns on. Also typical is a thickness in the range of 20 to 40 microns. For experimental determination of the thickness of the zinc layer, see below under "Experimental Section".
Der verzinkte metallene Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Thermodiffusionszone deutlich dicker ist als die sich daran anschließende Zinkschicht. Die "Dicke der Zinkschicht" ergibt sich aus dem Abstand zwischen Oberfläche der Zinkschicht (gleich Oberfläche bzw. Grenze des Gegenstandes) und der Grenze zwischen der "Zinkschicht" und der "Thermodiffusionszone". Die "Dicke der Thermodiffusionszone" ergibt sich aus dem Abstand wischen der Grenze zwischen der "Zinkschicht" und der "Thermodiffusionszone" und der Grenze zwischen der "Thermodiffusionszone" und dem "Kernbereich aus Metall". Der ermittelte Wert für die Dicke der Thermodiffusionszone wird dann ins Verhältnis gesetzt zum ermittelten Wert für die Dicke der Zinkschicht. Dieses Verhältnis ist mindestens 2:1, bevorzugt liegt es im Bereich von 4:1 bis 100:1, besonders bevorzugt im Bereich 6:1 bis 50:1, ganz besonders bevorzugt im Bereich 8:1 bis 20:1.The galvanized metal article of the present invention is characterized in that the thickness of the thermal diffusion zone is significantly thicker than the adjoining zinc layer. The "thickness of the zinc layer" results the distance between the surface of the zinc layer (equal to the surface of the article) and the boundary between the "zinc layer" and the "thermal diffusion zone". The "thickness of the thermal diffusion zone" results from the distance between the boundary between the "zinc layer" and the "thermal diffusion zone" and the boundary between the "thermal diffusion zone" and the "metal core region". The determined value for the thickness of the thermal diffusion zone is then set in relation to the determined value for the thickness of the zinc layer. This ratio is at least 2: 1, preferably in the range from 4: 1 to 100: 1, particularly preferably in the range from 6: 1 to 50: 1, very particularly preferably in the range from 8: 1 to 20: 1.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zinkschicht des erfindungsgemäßen Gegenstandes im Wesentlichen frei von Silicium, Aluminium, Natrium, Kalium, Fluor, Sulfat und Chlor.In a preferred embodiment, the zinc layer of the article of the invention is substantially free of silicon, aluminum, sodium, potassium, fluorine, sulfate and chlorine.
In den bisher bekannten Verfahren zur Verzinkung von metallenen Werkstücken bei denen Zinkpulver oder Zinkpulvermischungen zum Einsatz kommen, zum Beispiel bei den bisher angewendeten Sherardisierverfahren, aber auch bei anderen Verfahren wie zum Beispiel dem Feuerverzinken, werden dem Zink(Pulver) üblicherweise Hilfsmittel zugegeben, die die Verarbeitbarkeit des Zinks verbessern sollen, z.B. Fließ- und Wärmetransportmittel. Typische Hilfsmittel sind Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Aluminium-Pellets, Stahlkies, Zinkchlorid, Natriumchlorid, Kaliumchlorid, und andere. In dem Verfahren, welches zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gegenstandes angewendet werden kann, brauchen derartige Hilfsmittel nicht eingesetzt werden. Wie weiter unten bei der Beschreibung dieses Verfahrens, welches ebenfalls Teil der vorliegenden Erfindung ist, ausgeführt wird, kann reines Zinkpulver oder eine geeignete Zinkpulvermischung ohne Zusatz bestimmter Hilfsmittel, wie z.B. Fließ- und Wärmetransportmittel, verwendet werden. Der damit herstellbare erfindungsgemäße Gegenstand, einschließlich der sich an die Thermodiffusionszone anschließenden Zinkschicht, ist dann folglich frei von Rückständen oder Bestandteilen derartiger Hilfsmittel.In the previously known methods for galvanizing metal workpieces in which zinc powder or zinc powder mixtures are used, for example in the Sherardisierverfahren previously used, but also in other processes such as hot-dip galvanizing, the auxiliaries usually added to the zinc (powder) To improve the processability of zinc, eg Flow and heat transport. Typical adjuvants are silica, alumina, aluminum pellets, steel gravel, zinc chloride, sodium chloride, potassium chloride, and others. In the method which can be used for the production of the article according to the invention, such auxiliaries need not be used. As will be explained below in the description of this process, which is also part of the present invention, pure zinc powder or a suitable zinc powder mixture may be added without the addition of certain adjuncts, such as e.g. Flow and heat transfer agents can be used. The article according to the invention which can be produced thereby, including the zinc layer adjoining the thermal diffusion zone, is then consequently free of residues or constituents of such auxiliaries.
Die Formulierung "im Wesentlichen frei von" im Zusammenhang mit dem Zinkpulver bzw. den Zinkpulvermischungen bedeutet, dass der Gehalt an Silicium, Aluminium, Natrium, Kalium, Fluor, Sulfat und Chlor unter den in folgender Tabelle 1 angegebenen Mengen liegt.
Das Verzinken eines Werkstoffs aus Metall unter Erhalt des erfindungsgemäßen Gegenstands kann unter Anwendung des weiter unten beschriebenen Verfahrens erfolgen. Die Durchführung dieses Verfahrens wird ermöglicht durch die Neuentwicklung einer Apparatur, bei der im Gegensatz zur bisher üblichen Thermodiffusionsverzinkung das zu verzinkende Werkstück nicht durch eine äußere Wärmequelle, z.B. einen befeuerten Ofen, Gasbrenner oder elektrische Widerstandsheizung, bis zur Prozesstemperatur von außen erwärmt wird, sondern dadurch, dass das metallene Werkstück durch Induktionsstrom insgesamt angeregt und letztlich (indirekt) erwärmt wird, insbesondere durch im Werkstück induzierte Wirbelströme und darauf folgende Ummagnetisierungsverluste. Der Induktionsstrom wird erzeugt durch mindestens einen Induktor, die an einer Kammer oder um eine Kammer herum, in der das zu verzinkende Werkstück eingelegt wird, angeordnet wird. Um brauchbare Resultate hinsichtlich der Dicke und Qualität der erzeugten Thermodiffusionszone und der darüber gebildeten Zinkschicht zu erhalten, ist es wichtig, dass die Kammer und der bzw. die Induktor(en) baulich jeweils so ausgeführt und zueinander angeordnet werden, dass durch geeignetes Einstellen der relevanten Parameter am Induktionsgerät, wie z.B. Wechselstromfrequenz, Wechselstromspannung, Wechselstromfluß und Pulsrate des Stromflusses, ein in der Kammer befindlicher Grundwerkstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis unterhalb des Schmelzpunktes von Zink, also <419 C°, erwärmt werden kann. Vorzugsweise kann der Grundwerkstoff auf eine Temperatur im Bereich von 300 °C bis 410 C°, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 360 °C bis 400 C° erwärmt werden.The galvanizing of a metal material to obtain the article of the invention can be carried out using the method described below. The implementation of this method is made possible by the development of an apparatus in which, in contrast to the usual thermal diffusion galvanizing the workpiece to be galvanized is not heated by an external heat source, such as a fired furnace, gas burner or electrical resistance heating to the process temperature from the outside, but thereby in that the metal workpiece as a whole is excited by induction current and is ultimately (indirectly) heated, in particular by eddy currents induced in the workpiece and subsequent remagnetization losses. The induction current is generated by at least one inductor, which is arranged on a chamber or around a chamber in which the workpiece to be galvanized is inserted. To produce useful results in terms of thickness and quality of the produced Thermal diffusion zone and the zinc layer formed above it, it is important that the chamber and the inductor (s) are structurally designed and arranged in such a way that by suitably setting the relevant parameters on the induction device, such as AC frequency, AC voltage, AC flow and pulse rate of the current flow, a base material located in the chamber to a temperature in the range of 200 ° C to below the melting point of zinc, ie <419 C °, can be heated. Preferably, the base material may be heated to a temperature in the range of 300 ° C to 410 ° C, more preferably to a temperature in the range of 360 ° C to 400 ° C.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch einen Apparat zur Thermodiffusionsverzinkung eines Grundwerkstoffs aus Metall, wobei der Apparat eine Kammer zur Aufnahme des Grundwerkstoffs aus Metall sowie mindestens ein Induktionsgerät mit ein oder mehreren Induktoren umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer und der oder die Induktor(en) baulich jeweils so ausgeführt und zueinander angeordnet sind, dass ein in der Kammer befindlicher Grundwerkstoff auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis unterhalb des Schmelzpunktes von Zink, also <419 C°, erwärmt werden kann. Vorzugsweise sind die Kammer und der/die Induktor(en) baulich jeweils so ausgeführt und zueinander angeordnet, dass ein in der Kammer befindlicher Grundwerkstoff auf eine Temperatur im Bereich von 300 °C bis 410 C°, besonders bevorzugt auf eine Temperatur im Bereich von 360 °C bis 400 C° erwärmt werden.The present invention thus also relates to an apparatus for thermal diffusion galvanizing a metal base material, wherein the apparatus comprises a chamber for receiving the base material of metal and at least one induction device with one or more inductors, characterized in that the chamber and the inductor or inductors (s ) are structurally designed and arranged in such a way that a base material located in the chamber can be heated to a temperature in the range from 200 ° C to below the melting point of zinc, ie <419 ° C. Preferably, the chamber and the inductor (s) are structurally configured and arranged with respect to each other such that a base material in the chamber is at a temperature in the range of 300 ° C to 410 ° C, more preferably in the range of 360 ° ° C to 400 C ° are heated.
Als "Grundwerkstoff aus Metall" können alle aus Metall oder einer Metalllegierung bestehenden oder mindestens ein Metall oder eine Metalllegierung enthaltenden Bauteile, Werkstoffe, Artikel, Komponenten und dergleichen dienen, die eine frei zugängliche Metalloberfläche aufweisen. Dies können Bauteile aus dem Automobilbau, dem Maschinenbau oder Bauteile für sonstige Konstruktionen sein. Es können auch Massenartikel aus Metall wie Schrauben, Muttern, Bolzen, usw. sein. Denkbar sind auch Hybridbauteile, die eine Metallkomponente mit frei zugänglicher Metalloberfläche sowie eine oder mehrere andere mit der Metallkomponente verbundene Komponente(n), wie z.B. Keramik oder Glas, aufweisen.As the "base material of metal" can all existing metal or metal alloy or at least one metal or metal alloy containing components, materials, articles, components and the like are used, which have a freely accessible metal surface. These can be components from the automotive industry, mechanical engineering or components for other constructions. It may also be mass-produced metal such as screws, nuts, bolts, etc. Are also conceivable hybrid components, a metal component with freely accessible metal surface and one or more other with the Metal component connected component (s), such as ceramic or glass, have.
Wird in der vorliegenden Beschreibung der Erfindung vom "Grundwerkstoff aus Metall" oder vom erfindungsgemäßen "Gegenstand" im Singular gesprochen, so ist damit gleichzeitig der Plural als Alternative gemeint, es sei denn dies macht im entsprechenden Kontext keinen Sinn. Insbesondere bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Apparats und Verfahrens ist der Grundwerkstoff aus Metall oder der erfindungsgemäße Gegenstand häufig eine Vielzahl an Grundwerkstoffen oder Gegenständen, die sich in der Kammer des Apparats befinden oder im erfindungsgemäßen Verfahren gleichzeitig verzinkt werden, z.B. Massenartikel wie Schrauben, Muttern, Bolzen und ähnliche Artikel.If in the present description of the invention the "metal base material" or the "article" according to the invention is used in the singular, then this means at the same time the plural as an alternative, unless this makes no sense in the corresponding context. In particular, in describing the apparatus and method of the invention, the metal base metal or article of the invention is often a plurality of base materials or articles which are in the chamber of the apparatus or are simultaneously galvanized in the process of the invention, e.g. Mass-produced items such as screws, nuts, bolts and similar items.
Der erfindungsgemäße Apparat umfasst eine Kammer, die zur Aufnahme des Grundwerkstoffs aus Metall geeignet sein muss, also zum Beispiel eine geeignete Dimensionierung, Formgebung und mechanische Stabilität aufweisen muss. Die Kammer muss auch über ausreichende thermische Stabilität verfügen, damit der in der Kammer befindliche Grundwerkstoff ohne Probleme auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis unterhalb des Schmelzpunktes von Zink, also <419 C°, erwärmt werden kann. Die Kammer ist vorzugsweise um mindestens eine ihrer Achsen rotierbar oder schwenkbar, damit eine gleichmäßigere Verzinkung des Grundwerkstoffs in der Kammer erreicht wird.The apparatus according to the invention comprises a chamber which must be suitable for receiving the base material of metal, that is to say, for example, it must have suitable dimensioning, shaping and mechanical stability. The chamber must also have sufficient thermal stability to allow the base material in the chamber to be heated without any problem to a temperature in the range of 200 ° C to below the melting point of zinc, ie <419 ° C. The chamber is preferably rotatable or pivotable about at least one of its axes to achieve more uniform galvanization of the base material in the chamber.
Der erfindungsgemäße Apparat umfasst auch mindestens ein Induktionsgerät mit ein oder mehreren Induktoren, welches in Abhängigkeit von der Bauausführung der Kammer, des übrigen Apparats sowie der Menge bzw. Größe des sich in der Kammer befindlichen und zu verzinkenden Grundwerkstoff geeignet sein muss, diesen auf eine Temperatur im Bereich von 200 °C bis unterhalb des Schmelzpunktes von Zink, also <419 C°, zu erwärmen.The apparatus according to the invention also comprises at least one induction unit with one or more inductors, which must be suitable for this, depending on the construction of the chamber, the rest of the apparatus and the amount or size of the base material located in the chamber and galvanized, this to a temperature in the range of 200 ° C to below the melting point of zinc, ie <419 C °, to heat.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Induktionsgeräte verwendet werden, die - je nach Masse des zu erwärmenden Behälters inklusive darin befindlicher Werkstoffe - eine Leistung im Bereich von 200 Watt bis 1 MWatt aufweisen. Bezogen zum Beispiel auf eine Masse von 20 kg Behälter und Werkstoff werden bis 45 kWatt Leistung für die Aufheizphase und zwischen 3 und 5 kWatt für das Halten der erreichten Temperatur benötigt. Für größere Behälter und/oder schwerere Werkstoffe werden entsprechend größere Leistungen benötigt.In the context of the present invention induction devices can be used, which - depending on the mass of the container to be heated, including materials therein - a power in the range of 200 watts to 1 MWatt respectively. For example, for a mass of 20 kg of container and material, up to 45 kW of power is needed for the heating phase and between 3 and 5 kW for holding the temperature reached. Larger capacities are required for larger containers and / or heavier materials.
Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbaren Induktionsgeräte haben typischerweise einen Frequenzbereich der zwischen 1 kHz und 400 kHz liegt. Bevorzugt sind Geräte mit einem Frequenzbereich von 15 kHz bis 45 kHz.The induction devices which can be used within the scope of the present invention typically have a frequency range of between 1 kHz and 400 kHz. Preferred are devices with a frequency range of 15 kHz to 45 kHz.
Bezüglich der Stromspannung können Induktionsgeräte verwendet werden, die innerhalb eines Bereichs von 100 V bis 1000 V arbeiten. Vorzugsweise werden Induktionsgeräte verwendet, die innerhalb eines Bereichs von 300 V bis 600 V arbeiten.Regarding the voltage, induction devices operating within a range of 100V to 1000V can be used. Preferably, induction devices operating within a range of 300V to 600V are used.
Die Auswahl geeigneter Induktionsgeräte, das Arbeiten damit sowie das Einstellen der relevanten Parameter am Induktionsgerät erfolgt durch den Fachmann.The selection of suitable induction devices, working with it and setting the relevant parameters on the induction device is carried out by the skilled person.
Die Kammer des Apparats kann so gestaltet sein, dass der oder die Grundwerkstoffe einfach lose in die Kammer gelegt werden können. Die Kammer kann aber auch so gestaltet sein, dass sie Einbauten aufweist, die geeignet sind, einen Grundwerkstoff oder eine Mehrzahl an Grundwerkstoffen in der Kammer festzuhalten, dass also ein Durcheinanderpurzeln im Betrieb des Apparats verhindert wird.The chamber of the apparatus can be designed so that the base material (s) can simply be placed loosely in the chamber. However, the chamber can also be designed so that it has internals, which are suitable to hold a base material or a plurality of base materials in the chamber, so that a cluttering in the operation of the apparatus is prevented.
Der oben beschriebene Apparat eignet sich zur Herstellung eines Gegenstands umfassend einen Kernbereich aus Metall, eine sich an den Kernbereich anschließende Thermodiffusionszone aus dem Metall und Zink sowie eine sich an die Thermodiffusionszone anschließende Zinkschicht.The apparatus described above is suitable for producing an article comprising a core region made of metal, a thermal diffusion zone composed of the metal and zinc adjoining the core region, and a zinc layer adjoining the thermal diffusion zone.
Der mit Hilfe des Apparats herstellbare Gegenstand ist vorzugsweise der oben beschriebene erfindungsgemäße Gegenstand, also ein Gegenstand umfassend einen Kernbereich aus Metall, eine sich an den Kernbereich anschließende Thermodiffusionszone aus dem Metall und Zink sowie eine sich an die Thermodiffusionszone anschließende Zinkschicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke der Thermodiffusionszone zur Dicke der Zinkschicht mindestens 2:1 ist. Auch die näher beschriebenen und gegebenenfalls bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands können mit Hilfe des Apparats hergestellt werden.The object which can be produced with the aid of the apparatus is preferably the object according to the invention described above, that is to say an article comprising a core region made of metal, a thermodiffusion zone made of the metal and zinc adjoining the core region, and Thermodiffusion zone subsequent zinc layer, characterized in that the ratio of the thickness of the thermal diffusion zone to the thickness of the zinc layer is at least 2: 1. The more specifically described and possibly preferred embodiments of the article according to the invention can also be produced with the aid of the apparatus.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Thermodiffusionsverzinkung eines Grundwerkstoffs aus Metall und den Gegenstand, der nach diesem Verfahren hergestellt wird.The present invention also relates to a method of thermodiffusion galvanizing a base metal material and the article produced by this method.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- a) Bereitstellen eines Apparats zur Thermodiffusionsverzinkung, wobei der Apparat eine Kammer sowie mindestens ein Induktionsgerät mit ein oder mehreren Induktoren umfasst, vorzugsweise ein erfindungsgemäßer Apparat wie oben beschrieben,
- b) optional, Vorbereiten des Grundwerkstoffs und/oder der Kammer,
- c) Befüllen der Kammer mit dem Grundwerkstoff und mit einer geeigneten Menge Zinkpulver oder Zinkpulvermischung,
- d) optional, Rotieren oder Schwenken der Kammer,
- e) Einstellen und ggf. Anpassen der Parameter des Induktionsgerät derart, dass der in der Kammer befindliche Grundwerkstoff auf eine erste Ziel-Temperatur im Bereich von 200 °C bis unterhalb 419 C° erwärmt wird,
- f) optional, Einstellen und ggf. Anpassen der Parameter des Induktionsgerät derart, dass der in der Kammer befindliche Grundwerkstoff auf eine oder mehrere weitere Ziel-Temperatur(en) im Bereich von 200 °C bis unterhalb 419 C° erwärmt wird, wobei die weitere(n) Ziel-Temperatur(en) jeweils höher ist/sind als die jeweils vorherige Ziel-Temperatur und jeweils derart, dass das Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung nicht auf oder über 419 °C erwärmt wird,
- g) Einstellen und ggf. Anpassen der Parameter des Induktionsgerät derart, dass die zuletzt erreichte Ziel-Temperatur über einen Zeitraum von 10 bis 300 Minuten gehalten wird und derart, dass das Zinkpulver nicht auf oder über 419 °C erwärmt wird,
- h) Erhalten eines Gegenstands umfassend einen Kernbereich aus Metall, eine sich an den Kernbereich anschließende Thermodiffusionszone aus dem Metall und Zink sowie eine sich an die Thermodiffusionszone anschließende Zinkschicht, vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Gegenstands wie oben beschrieben.
- a) providing an apparatus for thermal diffusion galvanizing, wherein the apparatus comprises a chamber and at least one induction device with one or more inductors, preferably an apparatus according to the invention as described above,
- b) optionally, preparing the base material and / or the chamber,
- c) filling the chamber with the base material and with a suitable amount of zinc powder or zinc powder mixture,
- d) optionally, rotating or pivoting the chamber,
- e) adjusting and possibly adjusting the parameters of the induction device such that the base material in the chamber is heated to a first target temperature in the range of 200 ° C to below 419 ° C,
- f) optionally, adjusting and possibly adjusting the parameters of the induction device such that the base material in the chamber is heated to one or more further target temperature (s) in the range of 200 ° C to below 419 ° C, the further (n) target temperature (s) are each higher than the respective previous target temperature and in each case such that the zinc powder or the zinc powder mixture is not heated to or above 419 ° C,
- g) adjusting and if necessary adjusting the parameters of the induction device such that the last reached target temperature is maintained for a period of 10 to 300 minutes and such that the zinc powder is not heated to or above 419 ° C,
- h) obtaining an article comprising a metal core region, a metal and zinc thermal diffusion zone adjacent to the core region, and a zinc layer adjacent to the thermal diffusion zone, preferably an article of the invention as described above.
Zu den optionalen Schritten "Vorbereiten des Grundwerkstoffs" und/oder "Vorbereiten der Kammer" zählen zum Beispiel: 1) Ein Abstrahlen der Bauteile, z.B. mit Glasperlen, vorzugsweise der Größe 0-50 µm, 2) eine Reinigung der Bauteile, z.B. in alkalischem oder saurem Medium und ggf. mit Hilfe von Ultraschall, 3) eine Kaskadenspülung (mindestens zwei Becken) in vollentsalztem Wasser (VE-Wasser), 4) ein Beizen der Bauteile, z.B. in verdünnter Schwefelsäure zum Beseitigen von z.B. Oxiden, 5) eine erneute Kaskadenspülung in VE-Wasser, sowie 6) ein Trocknen der Bauteile, z.B. im Umluftofen. Die zuvor genannten Schritte können unabhängig voneinander oder miteinander kombiniert im erfindungsgemäßen Verfahren angewendet werden.The optional steps of "preparing the base material" and / or "preparing the chamber" include, for example: 1) blasting the components, e.g. with glass beads, preferably of the size 0-50 μm, 2) a cleaning of the components, e.g. in alkaline or acidic medium and optionally with the aid of ultrasound, 3) a cascade rinse (at least two basins) in demineralised water (deionized water), 4) pickling of the components, e.g. in dilute sulfuric acid to remove e.g. Oxides, 5) a renewed cascade rinse in deionized water, and 6) drying of the components, e.g. in a convection oven. The abovementioned steps can be used independently of one another or combined with one another in the method according to the invention.
Das verwendete Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung enthält vorzugsweise sowohl kleine als auch größere Zinkpartikel. Dadurch kann ein besonders homogener und qualitativ hochwertiger Schicht-/Zonenaufbau erzielt werden bei gleichzeitig gutem Fließverhalten des Zinkpulvers oder der Zinkpulvermischung in der rotierenden oder schwenkenden Kammer. Besonders bevorzugt enthält das verwendete Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung Zinkpartikel im Korngrößenbereich bis 16 µm sowie Zinkpartikel im Korngrößenbereich von über 16 µm bis 125 µm. Weiter bevorzugt enthält das verwendete Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung Zinkpartikel im Korngrößenbereich bis 10 µm sowie Zinkpartikel im Korngrößenbereich von 32 µm bis 90 µm. Besonders bevorzugt enthält das verwendete Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung Zinkpartikel im Korngrößenbereich von 5 µm bis 10 µm sowie Zinkpartikel im Korngrößenbereich von 45 µm bis 63 µm. Die Bestimmung der Korngrößenbereiche kann z.B. gemäß der Normen DIN ISO 3310 Teil 3 in Verbindung mit ISO 2591-1:1988 erfolgen.The zinc powder or zinc powder mixture used preferably contains both small and larger zinc particles. This allows a particularly homogeneous and high-quality layer / zone structure can be achieved while good flow behavior of zinc powder or zinc powder mixture in the rotating or pivoting chamber. The zinc powder or the zinc powder mixture used particularly preferably contains zinc particles in the particle size range up to 16 .mu.m and zinc particles in the particle size range from more than 16 .mu.m to 125 .mu.m. More preferably, the zinc powder or zinc powder mixture used contains zinc particles in the particle size range up to 10 .mu.m and zinc particles in the particle size range from 32 .mu.m to 90 .mu.m. The zinc powder or the zinc powder mixture used particularly preferably contains zinc particles in the particle size range from 5 .mu.m to 10 .mu.m and zinc particles in the particle size range from 45 .mu.m to 63 .mu.m. The determination of the grain size ranges may e.g. in accordance with the standards DIN ISO 3310 Part 3 in conjunction with ISO 2591-1: 1988.
Von den kleineren Zinkpartikeln im Korngrößenbereich bis 16 µm oder in den weiter bevorzugten Korngrößenbereichen bis 10 µm bzw. von 5 µm bis 10 µm sind vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 Gew.-%, vorhanden, bezogen auf die Menge des Zinkpulvers oder der Zinkpulvermischung.Of the smaller zinc particles in the particle size range up to 16 μm or in the more preferred particle size ranges up to 10 μm or from 5 μm to 10 μm preferably at least 5 wt .-%, particularly preferably in the range of 5 to 50 wt .-%, present, based on the amount of the zinc powder or the zinc powder mixture.
Von den größeren Zinkpartikeln im Korngrößenbereich von über 16 µm bis 125 µm oder in den weiter bevorzugten Korngrößenbereichen von 32 µm bis 90 µm bzw. 45 µm bis 63 µm sind vorzugsweise ebenfalls mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 Gew.-%, vorhanden, bezogen auf die Menge des Zinkpulvers oder der Zinkpulvermischung.Of the larger zinc particles in the particle size range of more than 16 μm to 125 μm or in the more preferred particle size ranges of 32 μm to 90 μm or 45 μm to 63 μm, at least 5% by weight, more preferably in the range from 5 to 50, are likewise preferably also used Wt .-%, present, based on the amount of the zinc powder or the zinc powder mixture.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das verwendete Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung frei von Silicium, Aluminium, Natrium, Kalium, Fluor, Sulfat und Chlor; siehe obige Definition und Tabelle 1. Es kann reines Zinkpulver oder eine geeignete Zinkpulvermischung ohne Zusatz von Silicium-, Aluminium-, Natrium-, Kalium-, Fluor-, Sulfat- und/oder Chlor-haltigen Hilfsmitteln, wie z.B. viele Fließ- und Wärmetransportmittel, verwendet werden.In a preferred embodiment of the invention, the zinc powder or powder mixture used is free of silicon, aluminum, sodium, potassium, fluorine, sulfate and chlorine; see definition above and Table 1. Pure zinc powder or a suitable zinc powder mixture without the addition of silicon, aluminum, sodium, potassium, fluorine, sulphate and / or chlorine-containing auxiliaries, such as e.g. many flow and heat transfer agents are used.
Erfindungsgemäß kann reines Zinkpulver mit einem Reinheitsgrad bis zu 100 Gew.-%, vorzugsweise mit einem Reinheitsgrad von über 99 Gew.-% bis zu 100 Gew.-%, verwendet werden oder eine Zinkpulvermischung enthaltend Zinkpulver in einer Menge von bis zu 99 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von mindestens 40 Gew.-% bis 99 Gew.-%. Die restliche Menge der Zinkpulvermischung kann andere Metallpulver, z.B. Aluminium, Magnesium, etc., oder Nichtmetallpulver, z.B. Siliciumoxid, enthalten. In jedem Fall ist bevorzugt, dass das Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung wie oben beschrieben frei von Silicium, Aluminium, Natrium, Kalium, Fluor, Sulfat und Chlor ist.Pure zinc powder having a purity of up to 100% by weight, preferably having a purity of more than 99% by weight up to 100% by weight, or a zinc powder mixture containing zinc powder in an amount of up to 99% by weight can be used according to the invention. -%, preferably in an amount of at least 40 wt .-% to 99 wt .-%. The remainder of the zinc powder mixture may contain other metal powders, e.g. Aluminum, magnesium, etc., or non-metal powder, e.g. Silica, included. In any case, it is preferable that the zinc powder or the zinc powder mixture is free of silicon, aluminum, sodium, potassium, fluorine, sulfate and chlorine as described above.
Mit einer "geeigneten Menge" Zinkpulver oder Zinkpulvermischung ist gemeint, dass so viel Zinkpulver oder Zinkpulvermischung in die Kammer gegeben wird, dass sämtliche in die Kammer gefüllten Grundwerkstoffe beim Schwenken oder Rotieren der Kammer von allen Seiten mit dem Zinkpulver oder der Zinkpulvermischung in Kontakt kommen. Dazu können - müssen aber nicht - die in die Kammer gefüllten Grundwerkstoffe vollständig mit Zinkpulver oder Zinkpulvermischung bedeckt werden.By a "suitable amount" of zinc powder or zinc powder mixture is meant that so much zinc powder or zinc powder mixture is added to the chamber that all of the base materials filled in the chamber come in contact with the zinc powder or zinc powder mixture from all sides as the chamber is rotated or rotated. This can - but need not - the filled into the chamber Base materials are completely covered with zinc powder or zinc powder mixture.
Der in der Kammer befindliche Grundwerkstoff soll auf eine Temperatur erwärmt werden, die in Abhängigkeit des Größe, Beschaffenheit, Form, Materialzusammensetzung und ggf. weiteren Eigenschaften des Grundwerkstoffs sowie in Abhängigkeit der Menge, Beschaffenheit, Zusammensetzung und ggf. weiteren Eigenschaften des Zinkpulvers oder der Zinkpulvermischung gewählt wird. Auch die gewünschte Dicke, Qualität und ggf. weitere Eigenschaften der Zinkschicht und der Thermodiffusionszone können eine Rolle bei der Wahl der einzustellenden Temperatur eine Rolle spielen. Das Optimieren des Temperaturmanagements ist Aufgabe des fachmännischen Anwenders und kann durch diesen durch Routineversuche erfolgen. Das Erwärmen kann - muss aber nicht - in mehreren Schritten erfolgen. So kann es vorteilhaft sein, den Werkstoff zunächst auf eine erste Ziel-Temperatur im Bereich von 200 °C bis unterhalb 419 C°, z.B. auf 320 °C, und nach Erreichen dieser ersten Ziel-Temperatur auf eine zweite Ziel-Temperatur, z.B. auf 380 °C, zu erwärmen. Es kann Anwendungen geben, bei denen auch weitere Temperaturzwischenschritte sinnvoll sind. In jedem Fall sollte die weitere bzw. sollte jede weitere Ziel-Temperatur höher sein als die jeweils vorherige Ziel-Temperatur. Auch die Geschwindigkeit mir der der Grundwerkstoff auf die gewählte Zieltemperatur oder die mehreren gewählten abgestuften Zieltemperaturen erwärmt wird, kann angepasst werden, um das Ergebniss der erfindungsgemäßen Thermodiffusionsverzinkung zu beeinflussen und zu optimieren.The base material in the chamber is to be heated to a temperature which depends on the size, nature, shape, material composition and possibly further properties of the base material and depending on the amount, nature, composition and possibly further properties of the zinc powder or zinc powder mixture is selected. Also, the desired thickness, quality and possibly further properties of the zinc layer and the thermal diffusion zone may play a role in the choice of the temperature to be set. The optimization of the temperature management is the task of the expert user and can be carried out through this by routine experiments. Heating can - but does not have to - be done in several steps. Thus, it may be advantageous to first heat the material to a first target temperature in the range of 200 ° C to below 419 ° C, e.g. to 320 ° C, and after reaching this first target temperature to a second target temperature, e.g. to 380 ° C, to warm. There may be applications in which further intermediate temperature steps make sense. In any case, the further or each additional target temperature should be higher than the respective previous target temperature. Also, the rate at which the base material is heated to the selected target temperature or plurality of selected graded target temperatures can be adjusted to affect and optimize the result of the thermal diffusion galvanizing of the present invention.
Nach Erreichen der zuletzt gewählten Ziel-Temperatur wird diese über einen Zeitraum von 10 bis 300 Minuten gehalten innerhalb dessen der Thermodiffusionsprozess fortschreitet. Die Dauer dieses Schrittes hängt naturgemäß von der Größe, Beschaffenheit, Form, Materialzusammensetzung und ggf. weiteren Eigenschaften des Grundwerkstoffs, von der Menge, Beschaffenheit, Zusammensetzung und ggf. weiteren Eigenschaften des Zinkpulvers oder der Zinkpulvermischung sowie von der gewünschten Dicke, Qualität und ggf. weiteren Eigenschaften der Zinkschicht und der Thermodiffusionszone ab.After reaching the last selected target temperature, this is held for a period of 10 to 300 minutes within which the thermal diffusion process progresses. The duration of this step naturally depends on the size, nature, shape, material composition and possibly further properties of the base material, the amount, nature, composition and optionally further properties of the zinc powder or the zinc powder mixture and of the desired thickness, quality and possibly further properties of the zinc layer and the thermal diffusion zone.
Nach Beendigung der Thermodiffusion wird ein erfindungsgemäßer Gegenstand erhalten. Dieser umfassend einen Kernbereich aus Metall, eine sich an den Kernbereich anschließende Thermodiffusionszone aus dem Metall und Zink sowie eine sich an die Thermodiffusionszone anschließende Zinkschicht.After completion of the thermal diffusion, an article according to the invention is obtained. This comprises a metal core region, a metal and zinc thermal diffusion zone adjoining the core region, and a zinc layer adjoining the thermal diffusion zone.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Zinkpulver oder einer Zinkpulvermischung zur Thermodiffusionsverzinkung eines Grundwerkstoffs aus Metall unter Verwendung eines Apparats umfassend mindestens ein zur Erwärmung des Grundwerkstoffs vorgesehenes Induktionsgerät mit ein oder mehreren Induktoren.Finally, the present invention relates to the use of zinc powder or a zinc powder mixture for the thermal diffusion galvanizing of a metal base material using an apparatus comprising at least one provided for heating the base material induction device with one or more inductors.
Besonders bevorzugt enthält das verwendete Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung Zinkpartikel im Korngrößenbereich bis 16 µm sowie Zinkpartikel im Korngrößenbereich von über 16 µm bis 125 µm. Weiter bevorzugt enthält das verwendete Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung Zinkpartikel im Korngrößenbereich bis 10 µm sowie Zinkpartikel im Korngrößenbereich von 32 µm bis 90 µm. Besonders bevorzugt enthält das verwendete Zinkpulver oder die Zinkpulvermischung Zinkpartikel im Korngrößenbereich von 5 µm bis 10 µm sowie Zinkpartikel im Korngrößenbereich von 45 µm bis 63 µm. Die Bestimmung der Korngrößenbereiche kann z.B. gemäß der Normen DIN ISO 3310 Teil 3 in Verbindung mit ISO 2591-1:1988 erfolgen.The zinc powder or the zinc powder mixture used particularly preferably contains zinc particles in the particle size range up to 16 .mu.m and zinc particles in the particle size range from more than 16 .mu.m to 125 .mu.m. More preferably, the zinc powder or zinc powder mixture used contains zinc particles in the particle size range up to 10 .mu.m and zinc particles in the particle size range from 32 .mu.m to 90 .mu.m. The zinc powder or the zinc powder mixture used particularly preferably contains zinc particles in the particle size range from 5 .mu.m to 10 .mu.m and zinc particles in the particle size range from 45 .mu.m to 63 .mu.m. The determination of the grain size ranges may e.g. in accordance with the standards DIN ISO 3310 Part 3 in conjunction with ISO 2591-1: 1988.
Von den kleineren Zinkpartikeln im Korngrößenbereich bis 16 µm oder in den weiter bevorzugten Korngrößenbereichen bis 10 µm bzw. von 5 µm bis 10 µm sind vorzugsweise mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 Gew.-%, vorhanden, bezogen auf die Menge des Zinkpulvers oder der Zinkpulvermischung.Of the smaller zinc particles in the particle size range up to 16 μm or in the more preferred particle size ranges up to 10 μm or from 5 μm to 10 μm, preferably at least 5 wt.%, Particularly preferably in the range from 5 to 50 wt. based on the amount of the zinc powder or the zinc powder mixture.
Von den größeren Zinkpartikeln im Korngrößenbereich von über 16 µm bis 125 µm oder in den weiter bevorzugten Korngrößenbereichen von 32 µm bis 90 µm bzw. 45 µm bis 63 µm sind vorzugsweise ebenfalls mindestens 5 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 50 Gew.-%, vorhanden, bezogen auf die Menge des Zinkpulvers oder der Zinkpulvermischung.
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Figur 1 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform einer Kammer, die mit dem Grundwerkstoff und mit einer geeigneten Menge Zinkpulver oder Zinkpulvermischung befüllt werden kann. -
Figur 2 zeigt schematisch eine mögliche Ausführungsform der Kammer sowie eine mögliche Ausführungsform eines um die Kammer angeordneten Induktors -
Figur 3 zeigt eine mikroskopische Aufnahme einer Zinkschicht hergestellt durch Sherardisieren nach Stand der Technik. -
Figur 4 zeigt eine mikroskopische Aufnahme einer Zinkschicht hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren. -
Figur 5 zeigt eine weitere mikroskopische Aufnahme einer Zinkschicht hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren. -
Figur 6 zeigt den Zustand einer Probe (M10 Mutter, unlegierter Stahl) nach verschiedenen metallografischen Präparationsschritten (links: M10 Mutter, aus unlegiertem Stahl; Mitte: Probe getrennt und entgratet; rechts: Probe eingebettet, geschliffen und poliert). -
Figur 7 zeigt eine lichtmikroskopische Aufnahme einer mit Nital angeätzten thermodiffusionsverzinkten Probe (M10 Mutter aus unlegiertem Stahl). Bemerkung: Die in derFigur 7 angegebenen Dicken, z.B. 197,415 µm, beziehen sich nicht auf die Thermodiffusionszone wie definiert mit einem Grenzwert von 0,4 Gew.-% Zink, sondern zeigen die Dicke der Zone an, welche durch das Anätzen mit Nital im Lichtmikroskop erkennbar ist. Die Thermodiffusionszone wie definiert ist tatsächlich dicker als die angegebenen µm-Werte.
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FIG. 1 shows schematically a possible embodiment of a chamber which can be filled with the base material and with a suitable amount of zinc powder or zinc powder mixture. -
FIG. 2 shows schematically a possible embodiment of the chamber and a possible embodiment of an arranged around the chamber inductor -
FIG. 3 shows a micrograph of a zinc layer made by sherardizing according to the prior art. -
FIG. 4 shows a micrograph of a zinc layer produced by the method according to the invention. -
FIG. 5 shows a further micrograph of a zinc layer produced by the method according to the invention. -
FIG. 6 shows the condition of a sample (M10 nut, unalloyed steel) after various metallographic preparation steps (left: M10 nut, carbon steel, center: sample separated and deburred, right: sample embedded, ground and polished). -
FIG. 7 shows a light micrograph of a Nital etched thermodiffusion galvanized sample (M10 mother of mild steel). Note: The in theFIG. 7 indicated thicknesses, for example 197.415 microns, do not refer to the thermal diffusion zone as defined with a limit of 0.4 wt .-% zinc, but indicate the thickness of the zone, which can be seen by the etching with Nital in an optical microscope. The thermal diffusion zone as defined is actually thicker than the indicated μm values.
Zinkthermodiffusionsbeschichtung in reinem Zinkpulver (Type 16V0002, Reinheitsgrad 99,90%, Lieferant Eckart) durch direkte induktive Erwärmung der zu beschichtenden Bauteile.
- Bauteilentnahme: 11:56 UhrComponent removal: 11:56 am
- Gesamtgewicht der entnommenen verzinkten Bauteile: 2096,619 gTotal weight of removed galvanized components: 2096.619 g
- Differenz zum eingesetzten Gesamtgewicht der Bauteile: 28,621 gDifference to the total weight of the components used: 28.621 g
- Dicke der Zinkschicht: 35,5 µmThickness of the zinc layer: 35.5 μm
Die Schichtdickenmessung der Zinkschicht erfolgt nach den Vorgaben und der Beschreibung der Vorgehensweise in der Norm EN ISO 1463:2004 (D). In Ergänzung dazu bzw. ggf. in Abweichung davon wird bei der Bestimmung der Dicke der Zinkschicht wie folgt vorgegangen:The layer thickness measurement of the zinc layer is carried out according to the specifications and the description of the procedure in the standard EN ISO 1463: 2004 (D). In addition or, where appropriate, by way of derogation, the determination of the thickness of the zinc layer is as follows:
Die metallografische Präparation beginnt mit dem Trennen der Proben in der gewünschten Form. Dabei sollte das zu untersuchende Stück in den Abmessungen nicht größer als 40 mm sein, da durch den später verwendeten Probehalter bzw. Probenbeweger der Schleif- und Poliermaschine (LaboPol-30 mit dem Probebeweger LaborForce-50 der Firma Struers) die Größe jeder Probe beschränkt ist. Die Proben werden mit Hilfe der Trennmaschine Labotom-5 der Firma Struers getrennt. Für das Trennen wird eine SIC-Trennscheibe verwendet. Während des Trennprozesses wird die Probe mit der an der Trennmaschine installierten Umlaufkühlanlage wassergekühlt, um thermische Belastungen zu vermindern bzw. zu vermeiden. Nachdem die Probe in der gewünschten Form getrennt wurde, wird sie entgratet, damit beim folgenden Schleif- und Poliervorgang keine Grate durch abfallen und die zu untersuchende Probe beschädigen können. Das Entgraten kann beispielsweise an einer Schleifmaschine durch Anpressen der getrennten Probe mit der Hand auf ein Schleifpapier mit der Körnung von 220 bei einer niedrigen Drehzahl (50-100 Umdrehungen/Minute) erfolgen. Um die Probe von anhaftendem Schmutz und Spänen zu befreien, werden diese nach dem Entgraten mit Wasser gereinigt. Anhaftender Schmutz kann sonst beim Einbetten mit dem Einbettmittel reagieren und sich negativ auf den Einbettvorgang auswirkt, z.B. durch Verfärbung der Einbettmasse, schlechtes Aushärten der Einbettmasse und/oder Verminderung der Haftung des Einbettmittels an der Probe.The metallographic preparation begins by separating the samples in the desired form. The piece to be examined should not be larger than 40 mm in dimensions since the size of each sample is limited by the later used sample holder or sample winder of the grinding and polishing machine (LaboPol-30 with the sample applicator LaborForce-50 from Struers) , The samples are separated using the Labotom-5 separating machine from Struers. For separation, a SIC cut-off wheel is used. During the separation process, the sample is water cooled with the circulation chiller installed on the cutting machine to reduce or eliminate thermal stress. After the sample has been separated in the desired shape, it is deburred to prevent any burrs from falling off and damaging the sample to be tested during the subsequent grinding and polishing operation. For example, deburring may be done on a grinding machine by pressing the separated sample by hand onto a 220 grit abrasive paper at a low speed (50-100 rpm). To free the sample of adhering dirt and chips, these are after deburring with water cleaned. Adhesive dirt can otherwise react with the embedding agent during embedding and has a negative effect on the embedding process, for example by discoloration of the embedding compound, poor hardening of the embedding compound and / or reduction of the adhesion of the embedding agent to the sample.
Beim Kalteinbetten werden Harz- und Härterkomponente in einem vorgegebenen Verhältnis gemischt, anschließend wird die Probe in eine für den Probenhalter/Probenbeweger (der Schleif- und Poliermaschine) angepasste Einbettform eingelegt und das Einbettmittel drüber gegossen. Das vorzugsweise zu verwendende ClaroCit-Einbettgemisch besteht aus dem ClaroCit-Powder (Harzkomponente, Pulver) und dem ClaroCit-Liquid (Härterkomponente).
Das Mischungsverhältnis der Härterkomponente (ClaroCit-Liquid) zu Harzkomponente (ClaroCit-Powder) beträgt 6 zu 10 (Gewichtsverhältnis). Die Mischzeit beträgt 1,5 Minuten. Nach der Mischzeit wird die Probe in die Einbettform eingelegt und das Einbettmittel drüber gegossen. Die Aushärtezeit des Einbettmittels beträgt 20 Minuten. Um Luftblasen in der Einbettmasse zu vermeiden sollte die Aushärtung in einen Drucktopf bei einem Überdruck von ca. 2.2 bar und bei Raumtemperatur erfolgen.In cold embedding resin and hardener component are mixed in a predetermined ratio, then the sample is placed in a suitable for the sample holder / sample winder (the grinding and polishing machine) Einbettform and poured the embedding over it. The preferably used ClaroCit embedding mixture consists of the ClaroCit powder (resin component, powder) and the ClaroCit liquid (hardener component).
The mixing ratio of the hardener component (ClaroCit-Liquid) to resin component (ClaroCit-Powder) is 6 to 10 (weight ratio). The mixing time is 1.5 minutes. After the mixing time, the sample is placed in the embedding mold and the embedding agent is poured over it. The curing time of the embedding agent is 20 minutes. In order to avoid air bubbles in the embedding compound, hardening should take place in a pressure pot at an overpressure of approx. 2.2 bar and at room temperature.
Die thermodiffusionsverzinkten Proben werden in 3 Schleifvorgängen geschliffen und anschließend in einem Poliervorgang poliert. Die dafür verwendeten Parameter sind den folgenden Tabellen zu entnehmen. Nach jedem Schleifvorgang müssen die Proben gereinigt werden, um ein Mitschleppen von gröberen Schleifkörnern aus den vorherigen Vorgängen zu vermeiden. Hierfür kann die Probe mit Ethanol abgespült/gereinigt und anschließend mit einem Fön getrocknet werden. Nach dem Poliervorgang müssen die Proben abgespült/gereinigt und mit einem Fön getrocknet werden. Für die Schleifvorgänge und den Poliervorgang wird das Gerät LaboPol-30 mit dem Probebeweger LaborForce-50 der Firma Struers verwendet.
Nach der Präparation der Proben erfolgt die Messung der Zinkschichtdicke mittels eines Lichtmikroskops (hier: Leica DM-RME). Die Schicht wird 200-fach vergrößert und auf einem Bildschirm dargestellt. Die Dicke der Zinkschicht ist an mindestens fünf gleichmäßig über die abgebildete Länge verteilten Stellen zu messen. Jede Messung an einer Stelle ist mindestens zweimal durchzuführen und ein Mittelwert daraus zu bilden. Von den Messwerten der mindestens fünf Stellen ist der arithmetische Mittelwert zu errechnen.After preparation of the samples, the zinc layer thickness is measured by means of a light microscope (here: Leica DM-RME). The layer is magnified 200 times and displayed on a screen. The thickness of the zinc layer shall be measured on at least five points evenly distributed over the length shown. Each measurement in one place must be performed at least twice and an average of it. The arithmetic mean of the measurements of the at least five digits shall be calculated.
In der
Für die Bestimmung der Dicke der Thermodiffusionszone kann dieselbe Probe verwendet werden, die wie oben beschrieben für die Bestimmung der Dicke der Zinkschicht vorbereitet und verwendet wurde. In jedem Fall müssen vor der Bestimmung der Dicke der Thermodiffusionszone die oben unter 3.1. bis 3.3. beschriebenen Vorbereitungen getroffen werden.For the determination of the thickness of the thermal diffusion zone, the same sample prepared and used as described above for the determination of the thickness of the zinc layer can be used. In any case, before the Determination of the thickness of the thermal diffusion zone as described above under 3.1. to 3.3. described preparations are made.
Um den Verlauf der Zinkkonzentration im gesamten thermodiffusionsverzinkten Werkstoff, d.h. der Verlauf von der Randzone bis zum Bauteilkern, zu ermitteln, wird ein Linienscan auf der Schnittfläche des Bauteils mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (hier: ED-RFA Spektrometer SPECTRO MIDEX) durchgeführt. Beim Liniescan wird mit Hilfe der EDX-Analyse (EDX: energy dispersive X-ray spectroscopy, energiedispersive Röntgenspektroskopie) ein Konzentrationsprofil des Zinks vom Randbereich bis zum Bauteilkern erstellt. Der Linienscan ist senkrecht zur Oberfläche vom Bauteilteilrand bis zum Bauteilkern durchzuführen.In order to determine the course of the zinc concentration in the entire thermodiffusion-galvanized material, i. To determine the course from the edge zone to the component core, a line scan is performed on the cut surface of the component by means of X-ray fluorescence analysis (here: ED-RFA spectrometer SPECTRO MIDEX). The line scan uses the EDX analysis (EDX: energy-dispersive X-ray spectroscopy) to generate a concentration profile of the zinc from the edge area to the component core. The line scan is to be performed perpendicular to the surface from the component part edge to the component core.
Im Bereich der Grenze zwischen Thermodiffussionszone und Grundwerkstoff, also im Konzentrationsbereich um 0,40 Gew.-% Zink, wird in möglichst kurzen Distanzabständen gemessen, um die Grenze von 0,40 Gew.-% Zink zu finden. Der Konzentrationsverlauf wird dann in einem Abstands-/Konzentrations-Diagramm dargestellt. Aus dem Abstands-/Konzentrations-Diagramm wird dann abgelesen, bei welchem Abstand (Tiefe) die Konzentration des Zink im Werkstoff/Bauteil auf unter 0,40 Gew.-% fällt.In the region of the boundary between the thermal diffusion zone and the base material, that is to say in the concentration range around 0.40% by weight of zinc, measurements are carried out as short a distance as possible in order to find the limit of 0.40% by weight of zinc. The concentration profile is then displayed in a distance / concentration diagram. From the distance / concentration diagram is then read at which distance (depth), the concentration of zinc in the material / component falls below 0.40 wt .-%.
Die Dicke der Thermodiffusionszone ist an mindestens fünf gleichmäßig über die abgebildete Länge verteilten Stellen zu messen. Von den Messwerten der mindestens fünf Stellen ist der arithmetische Mittelwert zu errechnen.The thickness of the thermal diffusion zone shall be measured at least five points uniformly distributed over the imaged length. The arithmetic mean of the measurements of the at least five digits shall be calculated.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US701298A (en) | 1901-07-24 | 1902-06-03 | Sherardizing Syndicate Ltd | Process of depositing metals on metallic surfaces and the product thereof. |
| WO2002052057A1 (en) * | 2000-12-26 | 2002-07-04 | Distek Ltd. | Method for obtaining thermal diffusion coating |
| DE102007026694A1 (en) * | 2007-06-08 | 2008-06-12 | Daimler Ag | Armoured steel component with an anti-corrosion protective layer applied by powder coating process |
| DE102009006190A1 (en) * | 2009-01-27 | 2010-07-29 | Bodycote Wärmebehandlung GmbH | Zinc diffusion coating process |
| DE102009030426A1 (en) * | 2009-06-25 | 2011-01-05 | Daimler Ag | Method for the production of a composite component for motor vehicle, comprises coating a first metallic part of the composite component and subsequently casting a second metallic part from other metal alloy on the first part |
| JP2017008356A (en) * | 2015-06-19 | 2017-01-12 | 三菱アルミニウム株式会社 | Aluminum alloy tube for heat exchanger and production method for the same, and heat exchanger core |
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2017
- 2017-07-03 EP EP17179419.1A patent/EP3425083A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US701298A (en) | 1901-07-24 | 1902-06-03 | Sherardizing Syndicate Ltd | Process of depositing metals on metallic surfaces and the product thereof. |
| WO2002052057A1 (en) * | 2000-12-26 | 2002-07-04 | Distek Ltd. | Method for obtaining thermal diffusion coating |
| DE102007026694A1 (en) * | 2007-06-08 | 2008-06-12 | Daimler Ag | Armoured steel component with an anti-corrosion protective layer applied by powder coating process |
| DE102009006190A1 (en) * | 2009-01-27 | 2010-07-29 | Bodycote Wärmebehandlung GmbH | Zinc diffusion coating process |
| DE102009030426A1 (en) * | 2009-06-25 | 2011-01-05 | Daimler Ag | Method for the production of a composite component for motor vehicle, comprises coating a first metallic part of the composite component and subsequently casting a second metallic part from other metal alloy on the first part |
| JP2017008356A (en) * | 2015-06-19 | 2017-01-12 | 三菱アルミニウム株式会社 | Aluminum alloy tube for heat exchanger and production method for the same, and heat exchanger core |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| E V PROSKURKIN, N S GORBUNOV: "GALVANIZING SHERARDIZING AND OTHER ZINC DIFFUSION COATINGS", 1 January 1972, METALLURGIYA PRESS, MOSCOW, article "CHAPTER V. ZINC COATING IN POWDER MIXTURES", pages: 33 - 44, XP055863210 |
| THEO PINTAT: "Werkstoff-Tabellen der Metalle", 2000, ALFRED KRÖNER VERLAG, pages: 3 - 379 |
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