PL186172B1

PL186172B1 - Kąpiel do cynkowania ogniowego

Info

Publication number: PL186172B1
Application number: PL97328376A
Authority: PL
Inventors: Michael Gilles; Richard Sokolowski
Original assignee: Umicore Sa
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2003-11-28
Also published as: JP2000505506A; ATE207143T1; CZ266498A3; BR9707671A; SK107498A3; ZA971076B; DE69707506T2; HUP9900671A3; AU1794497A; ID16026A; BG62942B1; HUP9900671A2; UA48215C2; SK282891B6; EP0956380B1; KR19990087257A; CN1117885C; BG102653A; NO983811L; EP0956380A1

Abstract

1. Kapiel do cynkowania ogniowego ze stopem cynkowym, znam ienna tym, ze zawiera 3 ÷15% wagowych cyny, olów w stezeniach od czesci na milion (ppm) az do stanu nasycenia, korzystnie do 1,2% wagowych i 0 ÷ 0,06% wagowego glinu, wapnia lub magnezu, z pozostala czescia stanowiaca cynk dowolnej jakosci od przetopionego zlo- mu cynkowego do cynku SWC (specjalnie wysokiej czystosci). PL PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kąpiel do cynkowania ogniowego.

Wynalazek dotyczy kąpieli do cynkowania ogniowego składającej się ze stopu cynkowego, który jest szczególnie użyteczny przy cynkowaniu partiami wyrobów stalowych, w których zawartość krzemu jest zmienna lub nieznana.

Poważne problemy powstają przy cynkowaniu stali w konwencjonalnej kąpieli z cynku nie będącego stopem, jeśli stal zawiera więcej niż 0,02% wagowego krzemu: końcowa powłoka cynkowa jest zarówno zbyt gruba, jak i zbyt krucha, a dodatkowo ma szarawe zabarwienie. Jest to spowodowane przez fakt, że warstwa stopu żelazo-cynk, która tworzy się na powierzchni stali, kiedy ta ostatnia styka się z konwencjonalną kąpielą cynkową, rośnie liniowo z czasem trwania zanurzenia, jeśli stal zawiera więcej niż 0,02% wagowego krzemu. Przypadek ten nie zachodzi dla stali zawierających mniej krzemu, ponieważ szybkość wzrostu jest tutaj proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z czasu zanurzenia. Wpływ zawartości krzemu w stali na grubość powłoki jest przedstawiony na wykresie na pos. gdzie maksimum grubości na rodzajach stali zawierającej 03+0,15% wagowego Si jest nazywane maksimum Sandelina.

W przeszłości zostały już podjęte pewne wysiłki, aby poradzić sobie z tym problemem. Sposób Technigalva® wykorzystuje kąpiel ze stopem cynku z dodatkiem 05+0,06% wagowego niklu. Jak pokazano na pos. maksimum Sandelina znika w kąpieli Technigalva®, ale grubość powłoki nadal wzrasta z zawartością krzemu w stali. Sposób Polygalva® wykorzystuje

186 172 kąpiel ze stopem cynku z dodatkiem 0,035:0,045% wagowego glinu i 0,003:0,005% wagowego magnezu. Jak pokazano na pos. kąpiel Polygalva® daje raczej dobre wyniki, wykazuje jednak taką wadę, że zawartość w niej glinu musi być bardzo dokładnie kontrolowana, ponieważ reakcja stali z kąpielą zostaje niemal całkowicie zatrzymana, jeśli zawartość glinu w kąpieli przekracza 0,05% wagowego.

Luksemburski opis patentowy 81 061 opisuje sposób cynkowania, w którym wykorzystuje się kąpiel cynkującą, zawierającą co najmniej 70% wagowych cynku, i który odznacza się tym, że do kąpieli cynkującej dodany jest jeden lub więcej z następujących pierwiastków: chrom, nikiel, bór, tytan, wanad, cyrkon, mangan, miedź, niob, cer, molibden, kobalt, antymon, wapń, lit, sód, potas, w takich ilościach, że kąpiel zawiera mniej niż 2% wagowych każdego pierwiastka wziętego oddzielnie.

Powlekanie szerokiego asortymentu podłoży metalowych warstwą o małym współczynniku odbicia światła i wysokiej odporności na korozję, ze stopu opartego na bazie cynk-cyna, opisuje również brytyjski opis patentowy 22 89 691. Ujawniony jest powlekający stop o stężeniu cynku w zakresie 30:85% wagowych z cyną o stężeniu w zakresie 15:70% wagowych. Stop może również zawierać nikiel, bizmut, antymon, miedź, żelazo i ołów. Powłoka może być nanoszona na podłoże sposobem cynkowania ogniowego, to jest przez przepuszczenie metalowego podłoża przez kadź do powlekania zawierającą stopiony stop.

Celem niniejszego wynalazku jest opracowanie kąpieli do cynkowania ogniowego składającej się ze stopu cynku, który sprawia, że grubość powłoki jest w dużo mniejszym stopniu zależna od zawartości krzemu wstali, niż ma to miejsce w przypadku kąpieli Technigalva® i jest w dużo mniejszym stopniu zależna od małych zmian w składzie kąpieli, niż ma to miejsce w przypadku kąpieli Polygalva®.

Kąpiel do cynkowania ogniowego ze stopem cynkowym, odznacza się według wynalazku tym, że zawiera 3:15% wagowych cyny, ołów w stężeniach od części na milion (ppm) aż do stanu nasycenia, korzystnie do 1,2% wagowych i 0:0,06% wagowego glinu, wapnia lub magnezu, z pozostałą częścią stanowiącą cynk dowolnej jakości od przetopionego złomu cynkowego do cynku SWC (specjalnie wysokiej czystości).

Korzystnie kąpiel zawiera 0·: 0,03% wagowego glinu, wapnia lub magnezu.

Korzystnie kąpiel zawiera 3,5:14% wagowych cyny.

Korzystnie kąpiel zawiera 5:10% wagowych cyny.

Korzystnie kąpiel zawiera 0,005:0,015% wagowego glinu, wapnia lub magnezu.

Kąpiel do cynkowania ogniowego ze stopem cynkowym, charakteryzuje się według wynalazku tym, że zawiera 1:5% wagowych cyny, 0,01:0,1% wagowego niklu, ołów w stężeniach od części na milion (ppm) aż do stanu nasycenia, korzystnie do 1,2% wagowych i 0:0,06% wagowego glinu, wapnia lub magnezu, z pozostałą częścią stanowiącą cynk dowolnej jakości od przetopionego złomu cynkowego do cynku SWC (specjalnie wysokiej czystości).

Korzystnie kąpiel zawiera 0-5-0,03% wagowego glinu, wapnia lub magnezu.

Korzystnie kąpiel zawiera co najmniej 2,5% wagowego cyny.

Korzystnie kąpiel zawiera co najmniej 0,03% wagowego niklu.

Korzystnie kąpiel zawiera 0,03:0,06% wagowego niklu.

Korzystnie kąpiel zawiera 0,005:0,015% wagowego glinu, wapnia lub magnezu.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem opracowano kąpiel do cynkowania ogniowego, która zawiera albo 3+15% wagowych cyny, albo 1:5% wagowych cyny i 0,01:0,1% wagowego nikła, i która zawiera ołów w stężeniach od części na milion (ppm) aż do stanu nasycenia oraz 0:0,06% wagowego glinu, wapnia lub magnezu, z pozostałą częścią stanowiącą cynk i niemożliwe do uniknięcia zanieczyszczenia.

Jeśli kąpiel nie zawiera niklu, korzystna jest zawartość w niej cyny w ilości 3,5:14% wagowych, z najbardziej korzystną zawartością 5:10% wagowych. Jeśli kąpiel zawiera nikiel, korzystna jest zawartość w niej cyny i niklu w ilościach, odpowiednio, 2,5:5% wagowych i 0,03:0,06% wagowego.

Zawartość niklu w kąpieli z 1:5% wagowych cyny musi wynosić co najmniej 0,01% wagowego; w przeciwnym razie grubość powłoki może zmieniać się zasadniczo ze zmianą

186 172 zawartości krzemu wstali. Jednakże zawartość niklu nie może przekraczać 0,1% wagowego; w przeciwnym razie istnieje ryzyko utworzenia się pływającego na powierzchni kąpieli kożucha.

Dodatek ołowiu w stężeniu, które może osiągnąć stan nasycenia, na przykład 0,1-1,2% wagowego, może być przydatny w celu obniżenia napięcia powierzchniowego kąpieli. Dodatek glinu, wapnia lub magnezu, korzystnie w stężeniu 0-0,03% wagowego i bardziej korzystnie 0,005-0,015% wagowego, jest również przydatny w celu zabezpieczenia cynku przed utlenianiem; w przeciwnym razie na powierzchni kąpieli tworzy się żółtawa błonka, która zanieczyszcza cynkowane wyroby.

Jednakże zawartość glinu korzystnie nie powinna przekroczyć 0,03% wagowego; w przeciwnym razie istnieje ryzyko otrzymania niepokrytych plam. Zawartości magnezu i/lub wapnia korzystnie nie powinny przekroczyć 0,03% wagowego; w przeciwnym razie MgO lub CaO pływające na powierzchni kąpieli mogą popsuć powłokę; co więcej kąpiel staje się mniej płynna, co może dać w wyniku obniżonąjakość wykończenia powłoki.

Jakość cynku może być dowolna, od przetopionego złomu cynkowego do cynku SWC (specjalnie wysokiej czystości). Zalecane jest jednakże stosowanie cynku Zn 98,5 (norma ISO 752 - 1981), korzystnie co najmniej Zn 99,5 i jeszcze korzystniej co najmniej Zn 99,95.

Niniejszy wynalazek jest ilustrowany następującymi przykładami oraz objaśniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zależność grubości powłoki od zawartości cyny w kąpielach z cynkiem SWC dla różnych rodzajów stali, fig. 2 - zależność grubości powłoki od zawartości cyny w kąpielach z cynkiem SWC i z 0,055% wagowych niklu dla różnych rodzajów stali, fig. 3 - zależność grubości powłoki od zawartości cyny w kąpielach z cynkiem SWC z 1,2% wagowych ołowiu dla różnych rodzajów stali, oraz pos. przedstawia zależność ciężaru powłoki od zawartości krzemu w stali dla znanych sposobów cynkowania konwencjonalnego oraz Technigalva® i Polygalva®.

Przykład I.

Sześć rodzajów stali, nazwanych X, M, E, D, R i Y, o różnych zawartościach krzemu i fosforu, było cynkowanych w kąpielach z cynkiem SWC zawierających cynę (przy braku innych składników) przy różnych zawartościach cyny, stosując kąpiel o temperaturze 450°C i czas zanurzenia 5 minut. Kąpiele w zasadzie nie zawierały ołowiu, jakkolwiek mogły być w nich obecne niewielkie ilości ołowiu, rzędu części na milion (ppm), będące wynikiem nieuniknionych zanieczyszczeń (zazwyczaj 10 do 30 części na milion). Mierzono grubość powłoki. Wyniki tych prób są zebrane w niniejszym opisie w tabeli 1.

Tabela 1. Kąpiele Zn - Sn

	Rodzaj stali	X	M	E	D	R	Y
% wag. Si	0,010	0,092	0,177	0,450	0,018	0,075
% wag. P					0,069	0,017
Zaw. Sn w kąpieli		Grubość powłoki w pm
0,0% wag.		63	244	136	236	398	271
1,0% wag.		77	228		189
2,5% wag.		82	136	82	168	138	222
5,0% wag.		78	100		100
10,0% wag.		91	86	67	84	98	81
20,0% wag.		76	65	64	64	78	57 '
30,0% wag.		59	58	54	61	67	52

186 172

Graficzna reprezentacja tych wyników na wykresie na fig. 1 pokazuje, że od zawartości cyny około 3% wagowych, pięć z sześciu rodzajów stali przedstawia już grubość powłoki mniejszą niż 150 pm oraz, że od zawartości cyny 5% wagowych na wszystkich testowanych rodzajach stali grubość powłoki zawiera się w przedziale między około 75 pm i około 110 pm. W tym kontekście należy zauważyć, że grubość powłoki 70^90 pm jest grubością najbardziej pożądaną.

Należy również stwierdzić, że stal typu Y z 0,075% wagowego Si i 0,017% wagowego P jest szczególnie reaktywna i wpływ P na reaktywność stali jest ciągle znacznie wyraźniejszy niż wpływ Si.

Oczywiste jest również z powyższych danych, że wyniki nie poprawiają się, kiedy zawartość cyny- przekracza 15% wagowych i że wskazane jest stosowanie nie więcej niż 10% wagowych cyny.

Przykład II.

Te same rodzaje stali jak w przykładzie I były cynkowane w kąpielach z cynkiem SWC, z 0,055% wagowego niklu i przy różnych zawartościach cyny, w tych samych warunkach jak w przykładzie I. Kąpiele w zasadzie nie zawierały ołowiu, jakkolwiek mogły być w nich obecne niewielkie ilości ołowiu, rzędu części na milion (ppm), będące wynikiem nieuniknionych zanieczyszczeń (zazwyczaj 10 do 30 części na milion).Wyniki tych prób są zebrane w niniejszym opisie w tabeli 2.

Tabela 2. Kąpiele Zn - 0,055 Ni - Sn

	Rodzaj stali	X	M	E	D	R	Y
Zaw. Sn w kąpieli	Grubość powłoki w pm
0,0% wag.		59	116	134	212	413	242
1,0% wag.		67	97	92	195
2,5% wag.		69	80	70	115	138	222
5,0% wag.		72	80	72	95	88	88

Graficzna reprezentacja tych wyników na wykresie na fig. 2 pokazuje, że już zawartość 1% wagowego cyny daje znaczącą poprawę. Wykres pokazuje również, że wskazane jest stosowanie zawartości cyny z przedziału między 2,5 i 5% wagowych.

Przykład III.

Te same rodzaje stali jak w przykładzie I były cynkowane w kąpielach z cynkiem SWC, z 1,:2% wagowych ołowiu i przy różnych zawartościach cyny w tych samych warunkach jak w przykładzie I. Kąpiele w zasadzie nie zawierały ołowiu, jakkolwiek mogły być w nich obecne niewielkie ilości ołowiu, rzędu części na milion (ppm), będące wynikiem nieuniknionych zanieczyszczeń (zazwyczaj 10 do 30 części na milion). Należy tu wyjaśnić, że zawartość 1,2% wagowych ołowiu odpowiada stanowi nasycenia kąpieli ołowiem. Poziom nasycenia dla ołowiu czyli maksymalna zawartość Pb w kąpieli wynosi zwykle tylko 1 do 2% wagowych, w normalnych warunkach zawartość ołowiu ograniczona jest do 0,7-1,2% wagowych. Wyniki tych prób są zebrane w niniejszym opisie w tabeli 3.

186 172

Tabela 3. Kąpiele Zn - 1,2 Pb - Sn

	Rodzaj stali	X	M	E	D	R	Y
Zaw. Sn w kąpieli	Grubość powłoki w pm
1,0% wag.		79	219		199
1,5% wag.					192
2,0% wag.					174
2,5% wag.					155
3,0% wag.		82	109	88	138	123	128

Graficzna reprezentacja tych wyników na wykresie na fig. 3 znów pokazuje korzystny wpływ cyny na grubość powłoki. Wyniki osiągnięte przy zawartości 3% wagowych cyny są tutaj najwyraźniej do pewnego stopnia lepsze, niż w przykładzie I (patrz fig. 1). Oto dlaczego dodawanie ołowiu do kąpieli może być przydatne.

Powyższy opis czyni oczywistym fakt, że kąpiel według niniejszego wynalazku pozwala uniknąć zarówno wad kąpieli Technigalva®, jak i wad kąpieli Polygalva®. Następna zaleta kąpieli według niniejszego wynalazku polega na tym, że daje ona ładniejszy kwiecisty wzór i większąjasność niż kąpiele według poprzedniego stanu techniki.

Wart zauważenia jest również fakt, że w długo trwających próbach z kąpielą według niniejszego wynalazku nie zaobserwowano tworzenia się żadnych zanieczyszczeń na dnie, ani żadnego pływającego kożucha. Ważne jest również, że zużycie cyny jest ograniczone, ponieważ zawartość cyny w powłoce jest dużo niższa niż zawartość cyny w kąpieli.

Z tych powodów kąpiel według niniejszego wynalazku jest szczególnie użyteczna w takich procesach cynkowania, kiedy to galwanizator musi poddawać obróbce wszystkie rodzaje wyrobów stalowych, w których zawartość krzemu i fosforu jest mu zwykle nieznana.

186 172

Zawartość krzemu w stali (%)

186 172

-*-0.010 Si -*-0.092 Si

0.177 Si 0.450 Si δ 0.018 Si+ 0.069 P o 0.075 Si + 0.017 P grubość powłoki

zawartość Sn w kąpieli Zn + 1,2% Pb (%)

Fig. 3

186 172

-•—0.010 Si —*—0.092 Si

-•—0.177 Si -«-0.450 Si □ 0.018 Si + 0.069 P -X- 0.075 Si + 0.017 P grubość powłoki

zawartość Sn w kąpieli Zn + 0,055% Ni (%)

Fig, 2

186 172

-*“0.010 Si -·- 0.092 Si

-*-0.177 Si -μ- 0.450 Si

-e—0.018 Si + 0.069 P -*-0.075 Si + 0.017 P grubość powłoki

zawartość Sn w kąpieli Zn (%)

Fig. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Kąpiel do cynkowania ogniowego ze stopem cynkowym, znamienna tym, że zawiera 3+15% wagowych cyny, ołów w stężeniach od części na milion (ppm) aż do stanu nasycenia, korzystnie do 1,2% wagowych i 0+0,06% wagowego glinu, wapnia lub magnezu, z pozostałą częścią stanowiącą cynk dowolnej jakości od przetopionego złomu cynkowego do cynku SWC (specjalnie wysokiej czystości).
2. Kąpiel według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 0+0,03% wagowego glinu, wapnia lub magnezu.
3. Kąpiel według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zawiera 3,5+14% wagowych cyny.
4. Kąpiel według zastrz. 3, znamienna tym, że zawiera 5+10% wagowych cyny.
5. Kąpiel według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera 0,005+0,015% wagowego glinu, wapnia lub magnezu.
6. Kąpiel do cynkowania ogniowego ze stopem cynkowym, znamienna tym, że zawiera 1+5% wagowych cyny, 0,01+0,1% wagowego niklu, ołów w stężeniach od części na milion (ppm) aż do stanu nasycenia, korzystnie do 1,2% wagowych i 0+0,06% wagowego glinu, wapnia lub magnezu, z pozostałą częścią stanowiącą cynk dowolnej jakości od przetopionego złomu cynkowego do cynku SWC (specjalnie wysokiej czystości).
7. Kąpiel według zastrz. 6, znamienna tym, że zawiera 0+0,03% wagowego glinu, wapnia lub magnezu.
8. Kąpiel według zastrz. 6 albo 7, znamienna tym, że zawiera co najmniej 2,5% wagowego cyny.
9. Kąpiel według zastrz. 6 albo 7, znamienna tym, że zawiera co najmniej 0,03% wagowego niklu.
10. Kąpiel według zastrz. 9, znamienna tym, że zawiera 0,03+0,06% wagowego niklu.
11. Kąpiel według zastrz. 6 albo 7, znamienna tym, ze zawiera 0,005+0,015% wagowego glinu, wapnia lub magnezu.