NL9202145A

NL9202145A - Werkwijze voor het aanbrengen van een gekleurde electroplateerlaag op een met zink geëlectroplateerd stalen voorwerp.

Info

Publication number: NL9202145A
Application number: NL9202145A
Authority: NL
Original assignee: Taiwan Galvanizing Co
Priority date: 1992-12-03
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-07-01
Also published as: AU3012592A; DE4240903A1; JPH07122156B2; JPH06240491A; HUT66679A; DE4240903C2; CA2085430C; SE9203759L; ES2055660B1; SE9203759D0; US5275703A; ES2055660A1; GB2273108B; GB2273108A; CA2085430A1; GB9225323D0

Description

WERKWIJZE VOOR HET AANBRENGEN VAN EEN GEKLEURDE ELECTROPLATEERLAAG OP BEN MET ZINK GEELECTROPIATEERD STALEN VOORWERP

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het aanbrengen van een gekleurde electropla-teerlaag op met zink geëlectroplateerde stalen voorwerpen. De werkwijze wordt uitgevoerd met een wisselstroombron die electriciteit met een frequentie van 10-120 Hz, een voltage van 60-120V, en een stroomdichtheid van 20-80 Amp/dm2 verschaft; en een waterige electroplateeroplossing die 150-200 g/1 silicaat, 15-20 g/1 natriumhydroxide en 5-50 g/1 kobaltzout bevat. De electroplateeroplossing wordt op een constante temperatuur van 20-30°C gehouden. Bij deze werkwijze worden twee stappen gebruikt om het electroplate-ren en het aanbrengen van een gekleurde electroplateerlaag uit te voeren zodat het oppervlak van de zinkelectropla-teerlaag gehechtkan zijn aan een blauwe electroplateerlaag. Zo kan het uiterlijk en de roestweerstand van de zinkelec-troplateerlaag verbeterd worden met behulp van de gekleurde electroplateerlaag die hecht aan het oppervlak van de zinkelectroplateerlaag. Bij de hierboven beschreven werkwijze kunnen de kobaltzouten vervangen worden door metaal-zouten zoals mangaanzouten in een hoeveelheid van 5-20 g/1, chroomzouten in een hoeveelheid van 5-15 g/1, ijzerzouten in een hoeveelheid van 2-15 g/1 en tinzouten in een hoeveelheid van 20-40 g/1 zodat de kleur van het aangebrachte oppervlak op de zinkelectroplateerlaag respectievelijk bruin, groen, wit, of grijs kan zijn.

Het hoofddoel van de onderhavige uitvinding is om een gekleurde electroplateerlaag op het oppervlak van een met zink geëlectroplateerd voorwerp aan te brengen om de roestwerende eigenschappen daarvan te verbeteren. Dit wordt bereikt door het met wisselstroom electroplateren onder toepassing van een voltage, een stroom, en een constante temperatuur die in een beperkt traject gegeven zijn. Bij deze werkwijze resulteren de zouten die aanwezig zijn in de oplossing die gebruikt wordt bij de electroplateerwerkwijze in een gekleurde electroplateerlaag die gehecht is aan het oppervlak van de zinkelectroplateerlaag van het met zink geëlectroplateerde stalen voorwerp en het uiterlijk en de roestweerstand van het met zink geëlectroplateerde stalen voorwerp worden hierbij verbeterd door de gekleurde geëlectroplateerde laag.

Zink is amfoteer metaal dat zeer actief is en roestwerende eigenschappen heeft. Om deze reden wordt bij veel commercieel verkrijgbare voorwerpen, die gemaakt zijn uit ijzer of iets dergelijks, zoals huishoudelijke voorwerpen, autolichamen, brugstructuren, transmissieapparatuur voor electrische stroom, zink gebruikt als roestwerende laag. Omdat de oppervlaktelaag van de zinklaag zacht is en gevoelig is voor slijtage en roest, en omdat de zinklaag na oxidatie zinkoxide wordt, verslechtert de hechting tussen de zinkoxide en het ijzermateriaal. Dit zorgt ervoor dat het zinkoxide van het ijzermateriaal afbladdert. Verder is het oppervlak van conventionele met zink geplateerde stalen voorwerpen zilverwit hetgeen niet mooi is en het toepassingsgebied beperkt. In de stand van de techniek worden verscheidene methoden toegepast om de kleur van het oppervlak van met zink geplateerde lagen te verbeteren en om de afbraak van de zinklaag op het oppervlak te beperken; bijvoorbeeld (1) chemische omzettingsbekleding voor metalen; (2) een bekledingsbehandeling; (3) het af zetten van een interferentiekleurende legering door het toevoegen van elementen zoals titaan, magnesium of mangaan tijdens de werkwijze van het hete-indoping galvaniseren; en (4) een electrochemische kleurbehandeling. Elk van de bovengenoemde werkwijzen heeft echter de volgende nadelen: (1) Chemische conversiebekleding voor metalen:

Deze werkwijze omvat de fosfaatbehandelingswerk-wijze, de chromaatbehandelingswerkwijze, verzwavelen enz. Hoewel de chemische conversielaag gebruikt kan worden voor de roestwerende behandeling van met zink geplateerde stalen voorwerpen heeft dit nadelen omdat de chromaten en sulfie-ten sterk giftig zijn en het fosfaat moeilijk op te lossen is. Dit veroorzaakt milieuvervuiling. Verder is het corro-siewerend effect van deze werkwijze niet ideaal voor sterk corroderende gebieden zoals gebieden nabij de zee.

(2) Bekledingsbehandeling:

Er zijn veel soorten harsen die gebruikt worden bij deze werkwijze, bijvoorbeeld pvc-hars, acrylhars, epoxyhars of dergelijke. De bekleding van met zink geplateerde stalen voorwerpen die bekleed zijn met deze harsen heeft echter de neiging na blootstelling af te bladderen. In het bijzonder is de hechting tussen een verf en het oppervlak van een met zink geplateerde laag niet goed als de verf aangebracht wordt op een stalen voorwerp dat zojuist met zink geëlectroplateerd is.

(3) De vervaardiging van een door interferentie kleurende legering door het toevoegen van elementen zoals titaan, magnesium, of mangaan tijdens de werkwijze van het hete-indopingsgalvaniseren:

Met deze werkwijze worden legeringsproducten verkregen waarin het gebrek aan uniformiciteit en reproduceerbaarheid overwonnen moet worden. Verder is de door interferentie kleurende legering die met deze werkwijze verkregen wordt relatief dun en heeft deze geen goede antislijtage-eigenschappen.

(4) Electrochemische kleurbehandeling:

In 1962 ontwikkelde een Canadese firma die Comince heette het APCF proces (zink anodiserende behandelings-werkwijze) hetgeen een anodiserende behandeling is waarbij zinkchromaat en zinkammoniumfosfaat in het electroliet worden gebruikt, waarbij het voltage wordt opgevoerd tot 200V, om een groene bekleding te verkrijgen. In 1971, stelde de U.S. Navy standaarden op voor zink en zinklege- ringen in een anodiserende bekledingbehandeling, waarbij er vier soorten gekleurde behandelingswerkwijzen zijn, bijvoorbeeld APCF (groene bekleding), SSC (lichtgrijze bekleding) , SSCV (donkergrijze bekleding), en SSMN (bruine bekleding). Deze vervaardigingswerkwijze gebruiken oplossingen zoals chromaten, waterstoffluoride, en permaganaten, die sterk giftig zijn en een sterk corroderende werking hebben. Er is derhalve een risico voor het veroorzaken van milieuvervuiling.

Met de onderhavige uitvinding kunnen de problemen zoals de kleuring van de zinkgeplateerlaag en de dunheid van de laag worden opgelost.

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor het aanbrengen van een gekleurde laag hechtend aan geplateerde zinklagen die zinklagen zijn van zuivere zink, hete-indoopgegalvaniseerd zink, geëlectroplateerd zink, gevormd zink, en thermisch gesproeid zink. Bij deze werkwijze heeft de geplateerde zinklaag een verhoogde hechting, microhardheid en erosiebestendigheid.

Figuur 1 toont het voltage en de stroomdichtheid in elke stap van het tweestaps electroplateerwerkwijze van de onderhavige uitvinding;

Figuur 2 toont een foto gemaakt met behulp van een electronenmicroscoop van een monster verkregen met de werkwijze van de onderhavige uitvinding.

Bij de werkwijze van de onderhavige uitvinding wordt gebruik gemaakt van een wisselstroombron. Een stalen voorwerp dat met zink geëlectroplateerd moet worden dient als electrode. Een oplossing die 15-20 g/1 natriumhydroxide, 150-200 g/1 silicaat en 5-50 g/1 kobaltzout bevat wordt gebruikt als electroplateervloeistof. Zoals weergegeven is in Figuur 1 wordt een stroom met een frequentie van 10-120 Hz en een constant voltage van 60-120V gebruikt in de eerste stap gedurende 3-7 minuten. Dit resulteert in een uniforme zwarte laag in het oppervlak van het met zink geplateerde stalen voorwerp vanwege oxidatie. In de tweede stap wordt de stroomdichtheid verhoogd tot 20-80 Amp/dm2 (zodat de potentiaal stijgt tot boven een vonkpotentiaal) eri de temperatuur wordt constant gehouden op een temperatuur tussen 20 en 30°C. De tweede stap duurt 8-12 minuten. Omdat de potentiaal verhoogd wordt tot boven een vonkpotentiaal, begint het stalen voorwerp dat met zink geëlectröp-lateerd wordt vonken te veroorzaken, hetgeen resulteert in de ionisatie van de metaalzouten (kobaltzouten) die hechten aan het stalen voorwerp, en zo wordt een blauw gekleurde electroplateerlaag gevormd op het met zink geplateerde stalen voorwerp. Na deze tweede stap wordt het stalen voorwerp afgespoeld met schoon water en gedroogd. Een plateer laag met een uniforme dikte van ongeveer 20 μιπ wordt verkregen.

Figuur 2 toont een foto van een monster van het stalen voorwerp dat met de onderhavige uitvinding is bewerkt. De vergroting van deze foto is 1500 keer, en de foto is gemaakt met behulp van electronenmicroscopie. Figuur 2 toont een stalen voorwerp (1), een zinklaag (2) die daaraan gehecht is, en een gekleurde plateerlaag (3) bovenop.

Bij de beschreven werkwijze zijn de metaalzouten in de electroplateervloeistof een variabele factor voor de bepaling van de kleur, bijvoorbeeld kobaltzouten in een hoeveelheid van 5-50 g/1 kunnen resulteren in een blauwe laag, mangaanzouten in een hoeveelheid van 5-20 g/1 kunnen resulteren in een bruine laag, chroomzouten in een hoeveelheid van 5-15 g/1 kunnen resulteren in een groene laag, ijzerzouten in een hoeveelheid van 2-15 g/1 kunnen resulteren in een witte laag, en tinzouten in een hoeveelheid van 20-50 g/1 kunnen resulteren in een grijze laag. De verschillende metaalzouten hadden verschillende gehalten in de electroplateervloeistof.

Het met zink geplateerde stalen voorwerp dat een gekleurde plateerlaag daaraan gehecht heeft, verkregen met de werkwijze volgens de uitvinding, heeft een gekleurde plateerlaag die geen licht reflecteert en een verbeterde corrosieweerstand heeft. De verbetering van de aangehechte gekleurde plateerlaag wordt gedemonstreerd met de volgende proef.

Een zuiver zinken proefvel van 50 x 30 x 2 mm wordt geplaatst in een bad van 10% natriumhydroxide gedurende 2 minuten, ontolied, en gewassen met gedeioniseerd water. Vervolgens wordt het testvel gedurende 2 minuten in een bad met 10% zoutzuur geplaatst. Onzuiverheden op het oppervlak van het testvel worden verwijderd en het testvel wordt gewassen met gedeioniseerd water. Het testvel wordt als electrode geplaatst in een bad met electroplateervloei-stof die bevat 150-200 g/1 silicaten, 15-20 g/1 natriumhydroxide en 5-50 g/1 kobalt zouten. Het bad wordt op een constante temperatuur tussen 20 en 30°C gehouden. In de eerste stap wordt gedurende 3-7 minuten een constant voltage van 60-120V gebruikt om een zwarte plateerlaag te verkrijgen. In de tweede stap wordt de stroomdichtheid gedurende 8-12 minuten gehouden op 20-80 Amp/dm2 en een blauwe uniforme plateerlaag wordt geleidelijk gevormd in de tweede stap als gevolg van de daar doorheen stromende stroom. Het testvel wordt dan verwijderd uit het bad en gewassen met water, en in een doos geplaatst die gedurende 10 minuten op een temperatuur van 80°C wordt gehouden. Zo wordt een niet reflecterende uniforme blauwe plateerlaag verkregen met een dikte van 20 μπι.

De resultaten van de proeven op het testvel dat geëlectroplateerd is zijn als volgt: (1) Zoutsproeitest:

De gekleurde geëlectroplateerde laag wordt gedurende 1000 uur onderworpen aan een zoutsproeitest. Het oppervlak van de laag blijft goed na de test. Er traden geen roestplekken op. (Conventioneel zal een stalen voorwerp dat met zink geplateerd is met een dikte van 100 μπι na een vergelijkbare test van 50 uur witte vlekken vertonen en na een test van 150 uur gele vlekken).

(2) Corrosie:

Corrosiepotentiaaltest in 3% zout water:

De corrosiepotentiaal van het testvel met de gekleurde plateerlaag is 400 MV hoger dan dat van gewone testvellen verkregen door middel van hete-indopingsgalvani-sering.

(3) Microhardheidstest:

De hardheid van het testvel met een gekleurde electroplateerlaag is meer dan 100 VHN, hetgeen 20% hoger is dan die van een zuiver zinkoppervlak.

(4) Overlangse snijtest (ASTM 3359-76):

Het tesvel met een gekleurde plateerlaag daaraan gehecht heeft een plateerlaag van betere hechting en het is niet makkelijk voor de laag om af te bladderen. Het met zink geplateerde stalen voorwerp verkregen met de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding is een verbetering ten opzichte van de conventionele met zink geplateerde stalen voorwerpen en heeft de volgende eigenschappen: 1. In plaats van de monotone zilvergrijze kleur van de plateer lagen van de stand van de techniek, kan de plateerlaag van de onderhavige uitvinding vervaardigd worden met verscheidene verschillende kleuren, hetgeen het uiterlijk van de plateerlaag verbetert.

2. De onderhavige uitvinding verbetert de corro-sieweerstand van de zinkplateerlaag en voorkomt de vorming van witte vlekken op de laag.

3. De laag reflecteert niet en de kleur daarvan is uniform als hij vanaf verschillende kanten wordt bekeken.

4. De electroplateerlaag is van een uniforme dikte.

5. De dikte van de gekleurde plateerlaag kan 20 μια of meer zijn.

6. Er treedt geen vervuiling op.

Derhalve kan de werkwijze van de onderhavige uitvinding een gewenst resultaat verschaffen dat niet alleen een goede kleuring en plateerlaag op het oppervlak van het met zink geplateerde stalen voorwerp (waaronder zuiver zink, hete-indoopgalvanisatiezink, geëlectroplateerd zink, thermisch gesproeid zink, en vormgietzink), maar verbetert ook de corrosieweerstand daarvan. De nadelen van de conventionele kleuringswerkwijze van het zinkplateren en de onvoldoende eigenschappen van de geplateerde laag kunnen vermeden worden. Dit maakt het zinkgeplateerde stalen voorwerp commercieel interessanter.

Claims

1. Werkwijze voor het aanbrengen van een gekleurde electroplateerlaag op een met zink geëlectroplateerd stalen voorwerp, met het kenmerk, dat een wisselstroombron met een frequentie van 10-120 Hz, een constant voltage van 60-120V, en een constante stroomdichtheid van 20-80 Amp/dm2 gebruikt wordt, en een electroplateervloeistof die silicaten bevat in een hoeveelheid van 150-200 g/1, natriumhydroxide in een hoeveelheid van 15-20 g/1, en kobaltzouten in een hoeveelheid van 5-50 g/1 waarbij de electroplateervloeistof op een constante temperatuur tussen 20 en 30°C wordt gehouden, waarbij de werkwijze in twee stappen wordt uitgevoerd om een gekleurde electroplateerlaag op een met zink geëlectroplateerd stalen voorwerp aan te brengen.

2. Werkwijze volgens conclusie l, met het kenmerk, dat de metaalzouten in de electroplateervloeistof kobaltzouten kunnen zijn in een hoeveelheid van 5-50 g/1, mangaanzouten in een hoeveelheid van 5-20 g/1, chroomzouten in een hoeveelheid van 5-15 g/1, ijzerzouten in een hoeveelheid van 2-15 g/1, of tinzouten in een hoeveelheid van 20-40 g/1, voor het verkrijgen van een gekleurde laag met een bepaalde kleur.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de laag bruin, groen, wit en grijs van kleur is als de metaalzouten in de electroplateervloeistof respectievelijk mangaanzouten, chroomzouten, ijzerzouten, en tinzouten zijn.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de eerste stap van de twee stappen electrici-teit met een frequentie van 10-120 Hz en een constant voltage van 60-120V toegepast wordt gedurende een periode van 3-7 minuten.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de tweede stap van de twee stappen electrici-teit met een constante stroomdichtheid van 20-80 Amp/dm2 toegepast wordt gedurende een tijdsduur van 8-12 minuten.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de dikte van de gekleurde electroplateerlaag op het oppervlak van het met zink geëlectroplateerde stalen voorwerp ongeveer 20 μιη is.