DE3201475C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feuerverzinken von aus Stahl bestehenden Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (DE-PS 2 48 665).

Beim Feuerverzinken werden die Werkstücke an ihrer Oberfläche vorbehandelt und anschließend durch Eintauchen in eine Zinkschmelze mit einer dem Korrosionsschutz dienenden Zinkschicht überzogen. Die Werkstücke werden dabei je nach Größe einzeln oder in höherer Stückzahl gemeinsam in die Zinkschmelze eingetaucht. Übliche Zinkschmelzen bestehen im wesentlichen aus Zink und enthalten in der Regel etwa 1% Blei sowie Metalle, wie Aluminium, Eisen, Kupfer und Zinn, als Legierungselemente bzw. als Verunreinigungen.

Vor dem Eintauchen in einen Verzinkungskessel müssen die Werkstücke so vorbehandelt werden, daß ihre Oberfläche an allen Stellen vom schmelzflüssigen Zink gut benetzt werden kann. Nur so besteht die Gewähr dafür, daß die Zinkschmelze mit der Oberfläche der Werkstücke gleichmäßig unter Schichtbildung reagieren kann, so daß eine vollständige lückenlose Beschichtung erzielt wird.

Die Vorbehandlung der Werkstückoberfläche kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Wenn Stahlband in stetigem Durchlauf feuerverzinkt werden soll, wird als Vorbehandlung üblicherweise ein Glühprozeß angewandt, wie er beispielsweise in der DE-OS 25 37 298 und in der GB-PS 14 96 398 beschrieben ist. Bei einer solchen Arbeitsweise darf die blankgeglühte Stahloberfläche vor dem Eintauchen in die Zinkschmelze nicht mehr mit Luft in Berührung kommen, damit die Oberfläche des Stahls oxidfrei bleibt. Beim Feuerverzinken einzelner metallischer Werkstücke ist eine solche thermische Vorbehandlung u. a. aus apparativen Gründen kaum durchführbar. Deshalb werden derartige Werkstücke meist in wäßrigen Lösungen, seltener auf mechanischem Wege durch Strahlen, vorbehandelt.

Die Werkstücke müssen in der Regel zunächst entfettet und auf diese Weise durch Wasser benetzbar gemacht werden. Hierfür sind alkalische Entfettungs- und Reinigungslösungen gebräuchlich. Nach dem Entfetten werden die Werkstücke in Wasser gespült. Anschließend werden sie in ein Beizbad gebracht und nach dem Beizen wieder gespült. Zur Vereinfachung des Verfahrens ist es in bestimmten Fällen auch möglich, eine sogenannte Beizentfettung durchzuführen, wodurch das gesonderte Entfetten und Spülen fortfallen können. Das Beizen erfolgt beispielsweise in verdünnter Salzsäure oder in verdünnter Schwefelsäure.

Wenn die Werkstücke naß verzinkt werden sollen, werden sie meist in Säure vorgetaucht und noch naß durch eine Flußmitteldecke, die auf der Zinkschmelze schwimmt, in das flüssige Zink eingebracht (DD-PS 1 24 923). Wird hingegen das sogenannte Trockenverzinkungsverfahren angewandt, dann werden die Werkstücke in die Lösung eines Flußmittels getaucht und anschließend getrocknet, so daß die Werkstückoberfläche mit einer Flußmittelschicht überzogen ist. Erst dann werden die Werkstücke in das schmelzflüssige Zink eingebracht. Um bei der Verzinkung eine dünnere Zinkschicht erzielen und auf diese Weise Zink einsparen zu können, wird gemäß der DD-PS 1 24 923 vor oder während des Tauchens der Werkstücke in die Flußmittellösung Kupfer auf der Stahloberfläche abgeschieden. Diese zusätzlich aufgebrachte Kupferschicht soll nur die Dicke der Zinkschicht herabsetzen. Auf die Verwendung eines Flußmittels kann nicht verzichtet werden.

Durch die Reaktion des Flußmittels mit der Werkstückoberfläche beim Schmelztauchen findet ein heftiger Beizvorgang statt, der beim Feuerverzinken für notwendig gehalten wird, um eine gleichmäßige und vollständige Beschichtung zu erzielen. Diese Reaktion bewirkt eine starke Emission luftfremder Schadstoffe, wie beispielsweise Ammoniak, Salzsäure, Ammoniumchlorid, Zinkoxid und Zinkchlorid. Außerdem entstehen beim Eintauchen der Werkstücke in die Zinkschmelze auf deren Oberfläche große Mengen an Zinkasche und Gekrätz, die vor dem Herausziehen der Werkstücke aus der Zinkschmelze durch Abstreifen entfernt werden müssen. Hierdurch ergeben sich hohe Verluste an Zink. Die von der Zinkschmelze im Tauch aufsteigenden Schadstoffe bedeuten eine erhebliche Umweltbelastung. Es ist daher erforderlich, dieselben zu erfassen, abzuleiten und zu reinigen, damit sie unschädlich gemacht werden können. Die Beseitigung solcher Schadstoffe, beispielsweise mit Hilfe von Gasreinigungsanlagen, erfordert einen erheblichen apparativen Aufwand.

Bei dem Verfahren nach der eingangs erwähnten DE-PS 2 48 665 wird kein Flußmittel eingesetzt. Um sicherzustellen, daß die gesamte Oberfläche der Werkstücke beim Eintauchen in die Zinkschmelze lückenlos beschichtet wird, soll mit diesem bekannten Verfahren zunächst eine Schicht aus Quecksilber auf die Werkstücke aufgebracht werden. Dazu sollen die Werkstücke mit einem Quecksilbersalz beschichtet und anschließend erhitzt werden, um das Quecksilbersalz zu zersetzen. Dabei entstehen hochgiftige Quersilberdämpfe, die den praktischen Einsatz dieses Verfahrens verbieten. Es würde außerdem wegen der für die Zersetzung des Quecksilbersalzes benötigten hohen Temperaturen einen erheblichen apparativen Aufwand erfordern. Dieses bekannte Verfahren hat daher keinen Eingang in der Praxis gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem aus Stahl bestehende Werkstücke beim Eintauchen in eine Zinkschmelze mit geringem apparativen Aufwand mit einem fest haftenden Zinküberzug versehen werden können, ohne daß beim Vorbehandeln der Werkstücke und bei deren Eintauchen in die Zinkschmelze luftfremde Schadstoffe entstehen.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1 gelöst.

Mit diesem Verfahren wird die für die vollständige Benetzung mit Zink benötigte Zwischenschicht durch chemische Austauschmetallisierung (Zementation) auf die Werkstücke aufgebracht, also ohne den Einsatz einer äußeren Stromquelle. Das Verfahren ist bei Raumtemperatur ohne Wärmezufuhr durchführbar. Es wird nur ein einfacher Behälter zur Aufnahme der Metallsalzlösung benötigt, in welche die zu beschichtenden Werkstücke eingetaucht werden. Es ergibt sich eine gleichmäßige Schichtdicke auf der gesamten Oberfläche der Werkstücke, die beliebig gestaltet sein und beliebig dicht nebeneinander in die Metallsalzlösung eingetaucht werden können. Dazu ist keine Kontrolle des Beschichtungsvorgangs erforderlich, da bei diesem Verfahren eine bestimmte, von den verwendeten Metallen abhängige Schichtdicke nicht überschritten werden kann. Das Verfahren sichert bereits an dieser Stelle, nämlich der Erzeugung der dünnen metallischen Zwischenschicht, eine umweltfreundliche Arbeitsweise. Hinzu kommen noch folgende Vorteile:

• - Da kein Flußmittel eingesetzt wird, ist die Emission luftfremder Schadstoffe vermieden.
• - Der Aufwand, der bisher notwendig war, um solche Schadstoffe zu beseitigen bzw. ihre Entstehung zu mindern, ist nicht mehr erforderlich.
• - Das Verfahren arbeitet deshalb insgesamt sehr umweltfreundlich.
• - Auf der Oberfläche der Zinkschmelze entstehen nicht mehr durch das Eintauchen der metallischen Werkstücke bedingte Zinkasche und Gekrätz, so daß auch keine dadurch hervorgerufenen Zinkverluste in Kauf genommen werden müssen.
• - Die Oberfläche der verzinkten Werkstücke ist frei von Asche- und Flußmittelrückständen. Sie weist deshalb eine bessere Korrosionsbeständigkeit und Lackierbarkeit auf.

Für die Beschichtung der Werkstücke mit der dünnen Zwischenschicht eignen sich prinzipiell alle Metalle, die die gebeizte Werkstückoberfläche so gegen Oxidation schützen, daß die Reaktion mit der Zinkschmelze auf der gesamten Werkstückoberfläche stattfinden kann. Geeignete Metalle sind insbesondere Kupfer und Zinn.

Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert:

Die Werkstücke werden zunächst in eine Badwanne 1 eingebracht, in welcher sie so lange entfettet werden, bis ihre Oberfläche mit Wasser benetzbar ist. Anschließend werden die Werkstücke gespült, damit Reste des Entfettungsbades von der Werkstückoberfläche entfernt werden. Zum Spülen kann eine Spülkaskade 2 verwendet werden, in welcher die Werkstücke mit Wasser gespült werden. Die Spülkaskade 2 kann vorzugsweise so angeordnet werden, daß der Wasserüberlauf in die Badwanne 1 führt, so daß Verdampfungsverluste im Entfettungsbad auf diese Weise ausgeglichen werden können. Nach dem Spülen werden die Werkstücke in eine Badwanne 3 mit einem Beizbad gebracht, das ebenso wie das Entfettungsbad warm arbeitet und Verdampfungsverluste hat. Diese Verdampfungsverluste können ebenfalls durch eine nachfolgende Spülkaskade 4 ergänzt werden, in welcher die Werkstücke nach dem Beizen gespült werden.

Danach werden die Werkstücke in einem Beschichtungsbad 5 mit der dünnen metallischen Zwischenschicht versehen. Für diese Zwischenschicht, welche auf die gereinigte Oberfläche der Werkstücke aufgebracht wird, eignen sich als Metalle insbesondere Kupfer und Zinn. Die Zwischenschicht wird im Beschichtungsbad 5 durch chemische Austauschmetallisierung (Zementation oder auch Kontaktmetallisierung) auf die Werkstücke aufgebracht. Es reichen Schichtdicken von weniger als 1 µm aus.

Nach dem Verlassen des Beschichtungsbades 5 werden die Werkstücke in einer weiteren Spülkaskade 6 gespült und anschließend in einer Trockenstation 7 getrocknet. Sie können danach in eine Zinkschmelze eingetaucht werden, die in einem Behälter 8 vorhanden ist. Nach einer ausreichenden, vorherbestimmbaren Zeit werden die Werkstücke aus der Zinkschmelze herausgenommen und gekühlt. Sie sind dann mit einer geschlossenen, fest haftenden Zinkschicht überzogen.

Die Reinigung der Werkstückoberfläche kann mit dem Aufbringen der dünnen metallischen Zwischenschicht kombiniert werden. Die Zwischenschicht kann dann gleichzeitig mit einer Beizentfettung in der Badwanne 1 abgeschieden werden. Nach dem Spülen in der Spülkaskade 2 werden die Werkstücke bei einer solchen Arbeitsweise direkt zur Trockenstation 7 transportiert.

Im folgenden werden zwei Beispiele zur Durchführung des Verfahrens angegeben:

Beispiel 1

Werkstücke aus Stahl werden in einer alkalischen Abkochentfettungslösung bei etwa 90°C gereinigt, bis sie durch Wasser benetzbar sind. Anschließend werden die Werkstücke gespült, um Reste der Entfettungslösung von ihrer Oberfläche zu entfernen. Danach werden die Werkstücke in einem Beizbad, beispielsweise in 12%iger Schwefelsäure mit Sparbeizzusatz, bei etwa 60°C so lange gebeizt, bis Oxide vollständig von ihrer Oberfläche entfernt sind. Danach werden die Werkstücke wieder gespült.

Anschließend wird als dünne metallische Zwischenschicht eine Zinnschicht auf die Werkstücke aufgebracht. Die Zinnschicht wird durch chemische Austauschmetallisierung (Kontaktmetallisierung) mit Zink als Kontaktmetall abgeschieden. Die Dicke der Zinnschicht beträgt etwa 0,3 µm. Danach werden die Werkstücke gespült, getrocknet und abschließend in die Zinkschmelze getaucht. Nach einer Tauchdauer von etwa 5 Minuten werden die Werkstücke aus der Zinkschmelze herausgenommen und gekühlt.

Beispiels 2

Werkstücke aus Stahl werden in einer Beizentfettungslösung aus 80 g/l Salzsäure, 50 ml/l Emulgatorgemisch und 1 g/l Kupfersulfat bei Raumtemperatur entfettet, gebeizt und durch chemische Austauschmetallisierung (Zementation) mit einer Kupferschicht von etwa 0,12 µm Dicke versehen. Spülen, Trocknen, Verzinken und Kühlen erfolgen wie bei Beispiel 1.

Claims (2)

1. Verfahren zum Feuerverzinken von aus Stahl bestehenden Werkstücken durch Eintauchen in eine Zinkschmelze, mit welchem die Werkstücke einer Vorbehandlung unterworfen werden, durch die ihre Oberfläche gereinigt und in einer Metallsalzlösung mit einer dünnen metallischen Zwischenschicht überzogen wird, die auf der gesamten Oberfläche der Werkstücke eine Reaktion mit der Zinkschmelze sicherstellt, und mit welchem die Werkstücke mit trockener Oberfläche in die Zinkschmelze eingetaucht und nach einer vorherbestimmbaren Zeitdauer wieder aus derselben herausgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne metallische Zwischenschicht durch chemische Austauschmetallisierung auf die Werkstücke aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallschicht mit einer Dicke von weniger als 1 µm aufgebracht wird.