WO2001012877A1 - Passivierungsverfahren für zink-nickel-schichten - Google Patents

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Ernst-Walter Hillebrand
Original Assignee
Walter Hillebrand Gmbh & Co. Galvanotechnik
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/48—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 not containing phosphates, hexavalent chromium compounds, fluorides or complex fluorides, molybdates, tungstates, vanadates or oxalates
    • C23C22/53—Treatment of zinc or alloys based thereon

Definitions

  • the invention relates to a method for passivating zinc-nickel layers.
  • the passivation of galvanic coatings is known and serves to protect against corrosion and as an adhesive base for further coatings, such as plastic coatings or lacquers.
  • German laid-open specification 33 02 502 describes chromating for a zinc-cobalt coating.
  • the increase in chromium-III and zinc in the chromating solution means that it is quickly used up and that the solution has to be prepared frequently and that the old solution has to be disposed of.
  • the invention therefore addresses the problem of creating a passivation for zinc-nickel coatings which does not pose any health risk or pose any difficulties in disposal and which leads to cost savings.
  • the zinc-nickel surface is treated with an oxidizing agent, avoiding any use of chromium, and can then be coated with another layer.
  • the coating can serve to improve the optical quality of the surface or to increase the sliding properties.
  • other layers can be applied as a corrosion protection layer.
  • a particular advantage of the passivation according to the invention is its good red rust resistance. This is due to the surface structure that results from the oxidative treatment.
  • the zinc-nickel layer which is passive according to the invention can be treated with any conversion layer or also directly with a lubricating varnish.
  • Organic or inorganic coating systems for example silicates or polymer waxes, are suitable as conversion layers.
  • the conversion layer preferably consists of Aquares, which in this combination offers special protection against white rust.
  • a lubricating varnish can then also be applied to the aquarium layer in order to achieve optimal sliding properties of the coated component.
  • Molykote D708 from Molykote is preferably used as the lubricating varnish.
  • the components are first electroplated with a 12 to 15.5% zinc-nickel layer.
  • This zinc-nickel layer is oxidized with ammonium peroxide sulfate at a pH of 1.8.
  • the oxidized zinc-nickel layer is post-treated to improve the optical or technical quality. This aftertreatment can consist of an inorganic or organic film.
  • Example 1 (inorganic film)
  • An inorganic film forms a solution that contains sodium silicate in dissolved form:
  • Lutensol ON110 surfactant, BASF, as emulsifier for wax
  • pH 8-10 (adjusted with dilute ammonia)
  • Organic films can also be applied using electrocoating.
  • a cathodic dip coating is preferably suitable for this purpose, in which the workpiece is switched as a cathode in a corresponding aqueous solution. Hydrogen forms on the cathode and the pH value in the cathode film increases. The dissolved organic components precipitate at a high pH and form a thin film on the surface. This film greatly reduces the conductivity in the surface. If the entire surface is coated, there is a considerable increase in tension and the coating process is over. The subsequent drying is now a baking process at approx. 180 ° C.
  • the workpieces can also be switched as an anode (anodic dip coating).
  • oxygen develops at the anode and therefore the pH value drops (lower values).

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Passivierung von galvanischen Zink/Nickel-Überzügen, bei denen der Überzug mit einem Oxidat ionsmittel behandelt wird, wodurch sich die Verwendung von Chrom-VI vermeiden lässt.

Description

PASSIVIERUNGSVERFAHREN FÜR ZINK-NICKEL-SCHICHTEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Passiviemng von Zink-Nickel- Schichten.
Die Passiviemng von galvanischen Überzügen ist bekannt und dient dem Korrosionsschutz sowie als Haftuntergrund für weitere Beschichtungen, wie beispielsweise Kunststoffbeschichtungen oder Lacke.
Die im Stande der Technik bekannten Verfahren greifen auf eine Chromatie- rung zurück, bei der vorzugsweise eine Chrom-Vl-Schicht erzeugt wird, die eine gute Korrosionsbeständigkeit liefert. In Verbindung mit Zink sind hier blau-gelb, schwarz- und Oliv-Chromatierungen und für Nickeltransparent Gelb- und Schwarz-Chromatierungen bekannt, die jeweils eine unterschiedliche Korrosionsbeständigkeit aufweisen.
Für den Zink-Nickel-Bereich hat die Schwarzchromatierung als Korrosionsschutz mit bevorzugter ästhetischer Wirkung weite Verbreitung gefunden.
In der deutschen Offenlegungsschrift 33 02 502 ist eine Chromatierung für eine Zink-Kobalt-Beschichtung beschrieben.
Der weitverbreitete Einsatz von Chromaten als Korrosionsschutzschicht besitzt erhebliche Nachteile. So ist das vornehmlich zum Einsatz kommende Chrom-Vl karzinogen. Eine zusätzliche Schutzbeschichtung ist daher erfor- derlich, um einen Hautkontakt zu vermeiden. Ungelöst bleibt jedoch das Problem, daß Chrom-Vl beschichtete Teile eine erhebliche Umweltbelastung, insbesondere als Altlast, darstellen. Bei umweltschonender Entsorgung verursachen Chrom-Vl beschichtete Teile hohe Entsorgungskosten.
BESTÄTtGUNGSKOPIE Zur Vermeidung des unerwünschten Chrom-Vl läßt sich auch eine Chrom-Ill- Passivierung mit blauem Farbton einsetzen. Diese besitzt jedoch wie die als weitere Alternative bekannte Molybdän-Passivierung unzureichende Korrosionsschutzeigenschaften. Insbesondere sind die beiden vorgenannten Chromatierungsverfahren nicht für Zink-Nickel-Überzüge geeignet.
Ein weiteres Problem, welches vorrangig bei der Schwarz-Passivierung von Zink-Nickel-Überzügen auftritt, liegt in dem etwa 2 μm betragenden Abtrag der Zink-Nickel-Schicht. Bei einer Gesamtschichtdicke von ca. 10 μm stellt dieser Abtrag einen Kostenfaktor von ca. 20% dar.
Ferner führt der Anstieg von Chrom-Ill und Zink in der Chromatierungslösung dazu, daß diese sich schnell verbraucht und ein häufiger Neuansatz der Lösung sowie Entsorgung der Altlösung erforderlich ist.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugmnde, eine Passivierung für Zink- Nickel-Überzüge zu schaffen, die keine gesundheitliche Gefahr und keine Schwierigkeiten bei der Entsorgung mit sich bringt sowie zu einer Kosteneinsparung führt.
Das Problem wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.
Bei diesem Verfahren wird die Zink-Nickel-Oberfläche unter Vermeidung jeglichen Einsatzes von Chrom mit einem Oxidationsmittel behandelt und kann anschließend mit einer weiteren Schicht überzogen werden.
Der Überzug kann dazu dienen, die optische Qualität der Oberfläche zu verbessern oder die Gleiteigenschaften zu erhöhen. Darüber hinaus können weitere Schichten als Korrosionsschutzschicht aufgetragen werden. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Passiviemng liegt in ihrer guten Rotrostbeständigkeit. Dies ist auf die Oberflächenstruktur zurückzuführen, die sich aus der oxidativen Behandlung ergibt.
Die erfindungsgemäß passiverte Zink-Nickel-Schicht läßt sich mit einer beliebigen Konversionsschicht oder auch direkt mit einem Gleitlack behandeln. Als Konversionsschicht kommen organische oder anorganische Beschich- tungssysteme beispielsweise Silikate oder Polymerwachse in Frage.
Vorzugsweise besteht die Konversionsschicht aus Aquares, welches in dieser Kombination einen besonderen Schutz gegen Weißrost bietet. Auf die Aquaresschicht kann dann zusätzlich ein Gleitlack aufgetragen werden, um optimale Gleiteigenschaften des beschichteten Bauteils zu erreichen. Als Gleitlack wird bevorzugt Molykote D708 der Firma Molykote eingesetzt.
Im folgenden wird zur Erläuterung der Erfindung ein Ausführungsbeispiel des näheren erläutert.
Die Bauteile werden zunächst mit einer 12 bis 15,5%-igen Zink-Nickel- Schicht galvanisch beschichtet. Diese Zink-Nickel-Schicht wird mit Ammoniumperoxidsulfat bei einem pH 1 ,8 oxidiert. Die oxidierte Zink-Nickel-Schicht wird zur Verbessemng der optischen oder technischen Qualität nachbehandelt. Diese Nachbehandlung kann aus einem anorganischen oder organischen Film bestehen.
Beispiel 1 : (anorganischer Film)
Einen anorganischen Film bildet eine Lösung aus, die Natriumsilikat in gelöster Form enthält:
50 g/l Natronwasserglas pH von 8-10 (mit Natronlauge bzw. verdünnter Phosphorsäure eingestellt) Beispiel 2: (organischer Film)
50 g/l Acrylat-Styrol-Copolimerisat (wie Acronal 567 D der BASF) 2 g/l Isopropanol
0,01 g/l Verdickungsmittel pH-8-10 (mit verdünntem Ammoniak eingestellt)
Beispiel 3: (organischer Film)
25 g/l Polyethylenwachs (wie Luwax OA2 der BASF)
2 g/l Lutensol ON110 (Tensid, BASF, als Emulgator für Wachs) pH=8-10 (mit verdünntem Ammoniak eingestellt)
Beispiel 4: (organischer Film)
Ebenso können organische Filme mittels der Elektrotauchlackierung aufgebracht werden. Hierzu eignet sich bevorzugt eine kathodische Tauchlackie- mng, bei der das Werkstück in einer entsprechenden wässrigen Lösung als Kathode geschaltet wird. An der Kathode bildet sich Wasserstoff und damit steigt der pH-Wert im Kathodenfilm an. Die gelösten organischen Bestandteile fallen bei hohem pH-Wert aus und bilden einen dünnen Film auf der Oberfläche. Dieser Film verringert die Leitfähigkeit in der Oberfläche stark. Ist die gesamte Oberfläche beschichtet, kommt es daher zu einem erhebli- chen Spannungsanstieg und der Beschichtungsprozeß ist zu Ende. Die nachgeschaltete Trocknung ist nun ein Einbrennvorgang bei ca. 180°C.
Ferner können in entsprechenden Lösungen die Werkstücke auch als Anode (anodische Tauchlackierung) geschaltet werden. Hierbei, entwickelt sich Sauerstoff an der Anode und daher der pH-Wert nach unten (tiefere Werte) absenkt. Die vorher zum Beispiel mit Ammoniak gelösten Polycarbonsäuren scheiden sich nun wieder ab.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Passivierung von galvanischen Zink/Nickel Überzügen dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug mit einem Oxidationsmittel behan- delt wird.
2. Verfahren nach Anspmch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Oxidationsmittel ein Peroxidsulfat eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zink/Nickel-Schicht eine Konversionschicht aufgetragen wird.
4, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konversionsschicht aus einem Polymerwachs besteht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trockenschmierstoffschicht aufgetragen wird.
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