DE1621321C - Verfahren zur Herstellung eines festhaftenden Korrosionsschutz Überzuges auf mit Zink überzogene Stahlgegenstände - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines festhaftenden Korrosionsschutz Überzuges auf mit Zink überzogene StahlgegenständeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines festhaftenden Korrosionsschutzüberzuges auf
Stahlgegenständen, bei dem zuerst auf galvanischem Wege, durch Eintauchen in ein Zinkschmelzbad oder
durch Vakuumaufdampfen ein Zinküberzug und anschließend ein Aluminiumüberzug aufgebracht wird.
Das Aufbringen von Zinküberzügen auf Stahlbleche oder andere Stahlerzeugnisse, z. B. durch galvanische
Abscheidung, durch Eintauchen der Gegenstände in ein Zinkschmelzbad oder durch Vakuumaufdampfen,
erfolgt in großem Umfang als sogenannte Stahl-Oberflächenbehandlung. Es ist bekannt, daß sich mit Zink
überzogene Stahlbleche als vorteilhaft für viele Anwendungsgebiete erweisen, bei denen Korrosionserscheinungen
oder andere Beschädigungen der Stahloberfläche vermieden werden sollen, da das Zink den
Stahl galvanisch schützt, d.h., in einem korrodierenden Medium unterliegt vorzugsweise das Zink einer Korrosion.
Das Ausmaß des Schutzes, den das Zink dem Stahl in einem beliebig vorgegebenen korrodierenden
Medium bietet, ist ein Funktion der Dicke des Zinküberzuges.
Bei besonderen ungünstigen Gegebenheiten, wie z. B. tei Einwirkung von Salzspritzwasser oder Salzwasserstaub
auf den Zinküberzug, ist der herkömmliche Korrosionsschutz, den letzterer bietet, verhältnismäßig
kurzlebig, was bedeutet, daß in solchen Fällen die mit Zink überzogenen Stahlgegenstände
nach verhältnismäßig kurzer Zeit selbst einer erheblichen Korrosion unterliegen.
Um einen höheren Korrosionsschutz zu erreichen, ist es bekannt, verzinkte Gegenstände mit einem
weiteren Metallüberzug zu versehen. So beschreibt die italienische Patentschrift 535 777 ein Verfahren,
bei dem ein mit Zinküberzug versehenes Eisenstück in heißflüssiges Aluminium eingetaucht wird,
wodurch auf den Zinküberzug eine flüssige Aluminiumschicht aufgebracht wird. Als nachteilig erweist sich
bei diesem Verfahren, daß das Aluminium mit dem unter ihm liegenden Zinküberzug eine Legierung
eingeht, die dazu neigt, den Korrosionsschutz zu verringern.
Hinzu kommt, daß es sehr schwierig ist, die Dicke des flüssigen Aluminiumüberzuges beim Eintauchen
des Gegenstandes besonders hinsichtlich sehr kleiner Stärken zu regulieren. Ferner ist es infolge
des zunächst flüssigen Zustandes des Aluminiumüberzuges nicht möglich, einen in sich völlig gleichmäßigen
Überzug herzustellen, und es dürfte Schwierigkeiten bereiten, vorhandene Unregelmäßigkeiten durch Auftragen
von Farbe zu kompensieren.
Nach der britischen Patentschrift 400 752 ist weiterhin ein Verfahren bekannt, bei dem auf einem
mit einer Zinkschicht überzogenen Metallgegenstand ein Aluminiumüberzug durch Aufspritzen von Aluminium
aufgebracht wird. Dieses Aufspritzverfahren hat den Nachteil, daß infolge der unterschiedlichen
Größe der aufgespritzten Aluminiumpartikeln — die kleinsten Partikeln haben ungefähr einen Durchmesser
von 0,1 · 10~2 mm — ein ungleichmäßig dicker und in sich nicht völlig dichter Aluminiumbelag
entsteht, da sich beim Nebeneinanderliegen kleinster und großer Partikeln leicht Poren bilden,
wodurch der gewünschte Korrosionsschutz vermindert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf mit Zink überzogenen Stahlgegenständen eine Aluminiumschicht
mit für eine Erhöhung des Korrosionsschutzes geeigneten physikalischen Eigenschaften herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Aluminiumüberzug durch Vakuumaufdampfen
aufgebracht wird.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß durch das Vakuumaufdampfen
das Aluminium in molekularer Form aufgetragen und somit ein gleichmäßiger und porenloser Aluminiumüberzug
erzielt wird. So entspricht z. B. der Dicke der kleinsten, bei dem nach der britischen Patentschrift
400 752 bekannten Spritzverfahren vorkommenden Partikeln eine Schichtdicke von annähernd 3000
übereinander aufgedampften Aluminiumpartikeln von molekularer Größe, woraus folgt, daß die aufgedampfte
Aluminiumschicht fast genau die Dichte von Aluminium aufweist und frei von Poren ist. Die Steigerung
des Korrosionswiderstandes ist eine exponentiale Funktion der Vergrößerung der Aluminiumschichtdicke,
wie Untersuchungen ergeben haben, und maßgebend für den technischen Fortschritt der
Erfindung ist die Tatsache, daß durch Zusammenwirken der Zink- und aufgedampften Aluminiumschicht
ein Grad an Korrisonsschutz erzielt wird, der weit größer als die Summe der Einzelwirkungen bei
Verwendung nur der einen oder der anderen Schicht ist.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufbringen der Zinküberzüge auf
die Stahlgegenstände in einer der herkömmlichen Weisen. So kann ein Stahlgegenstand zum einen nach
gründlicher Reinigung seiner Oberfläche in ein Zinkschmelzbad eingetaucht werden, so daß sich nach
seinem Herausziehen aus dem Bad ein festhaftender Zinküberzug auf seiner Oberfläche bildet. Zum
anderen kann der Zinküberzug im Wege der galvanischen Abscheidung hergestellt werden, indem der
Stahlgegenstand, wiederum nach gründlicher Reinigung seiner Oberfläche, in ein Zinksulfat enthaltendes
elektrolytisches Bad getaucht und ein elektrischer Strom durch das Bad geleitet wird. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, den Zinküberzug durch Vakuumaufdampfen herzustellen, wie später beschrieben
wird. Die Auswahl geeigneter Bedingungen für die Herstellung einer gewünschten Dicke des Zinküberzuges
sowie die notwendigen Maßnahmen zur Reinigung der Stahloberfläche sind bekannt. Die Dicke
des Zinküberzuges kann bei Herstellung auf galvanischem Wege oder bei Eintauchen des Stahlgegenstandes
in ein Zinkschmelzbad in der Größenordnung von 5,08 · ΙΟ-4 bis 3,81 · 10~a mm oder mehr, je nach den
Gegebenheiten der Verfahrensstufe, liegen.
Nach Aufbringen des Zinküberzuges wird ein weiterer Überzug aus metallischem Aluminium durch Vakuumaufdampfen
auf die mit Zink überzogene Stahloberfläche aufgebracht. Diese Verfahrensstufe des
Vakuumaufdampfens kann nach der herkömmlichen Methode des Metallisieren im Vakuum durchgeführt
werden, wie sie allgemein zum Vakuumaufdampfen von Aluminium auf metallische Unterlagen Anwendung
finden. Der Stahlgegenstand wird folglich nach Aufbringen des Zinküberzuges durch die Vakuumkammer
einer normalen zum Vakuumaufdampfen von Metallen geeigneten Anlage geführt. Um das gewünschte
Haften der Aluminiumschicht zu erzielen, muß die mit Zink überzogene Stahloberfläche beim
Einführen in die Vakuumkammer völlig sauber und trocken sein, was bedeutet, daß die Stahloberfläche
3 4
zwischen den Verfahrensstufen — Aufbringen des Widerstandsheizung, also beispielsweise durch das
Zink- bzw. Aluminiumüberzuges — auf bei der- Durchleiten eines elektrischen Stromes erreicht wird,
artigen Verfahren bekannte Art gereinigt oder ge- Das Aluminium wird in Drahtform in Kontakt mit
spült und getrocknet werden muß. Zum Vakuum- dem oberen Teil einer vertikalen Fläche des er-
aufdampfen des Aluminiums wird die Vakuum- 5 wärmten Blockes gebracht, wobei diese Fläche
kammer luftleer gepumpt und ein Vakuum der Grö- parallel zu der Oberfläche der zu überziehenden
fienordnung eines halben Mikrons Quecksilbersäule Metallunterlage und dieser gegenüber angeordnet ist.
oder weniger aufrechterhalten. Das Aluminium wird Das Aluminium schmilzt, fließt über die vertikale
durch Erhitzen einer völlig reinen Aluminiumquelle Fläche des Blocks nach unten und verdampft von
in der Vakuumkammer verdampft. Der Aluminium- io dort als Metalldampf, der sich auf der Unterlage
dampf kondensiert oder schlägt sich auf der mit Zink niederschlägt.
überzogenen Stahloberfläche in Form eines gut Das Erzeugnis, welches man bei dieser Aushaftenden
festen Aluminiumfilms nieder, wobei die führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens er-Dicke
des Films aus der Intensität des Dampfnieder- hält, ist ein mit Zink überzogener Stahlgegenstand in
Schlages und der Zeitdauer, während der die Stahl- 15 Form eines Bleches, eines Streifens oder in einer
Oberfläche dem Dampf ausgesetzt ist, resultiert. anderen Form mit einem dünnen, zusammenhängen-
Ein spezielles Verfahren der Metallisierung im den, vakuumaufgedampften Aluminiumüberzug. Die
Vakuum, daß sich auch für die Erfindung eignet, ist Unversehrtheit des Zinküberzuges wird durch den Verin
der USA.-Patentschrift 2 959 494 in Hinsicht des fahrensschritt des Aluminiumaufdampfens aufrecht-Vakuumaufdampfens
von Aluminium auf eine blanke 20 erhalten, d. h., bei dem Endprodukt hat die Zink-Stahlunterlage
beschrieben. Dieses Verfahren kann schicht die besondere Integrität eines Zinküberzuges
in einer Vakuumanlage durchgeführt werden, die aus und bildet tatsächlich selbst einen herkömmlichen
einem Vakuum-Metallisiergerät und einer Vakuum- haftenden Zinküberzug, wie er bisher zum Schütze von
kammer besteht. Bei dem Verfahrensschritt des Stahloberflächen gegen Korrosion verwendet wurde.
Aluminiumaufdampfens wird die Vakuumkammer 25 Der vakuumaufgedampfte Aluminiumüberzug liegt
leergepumpt, bevor das Aufdampfen des Aluminiums über diesem Zinküberzug und haftet an diesem fest an.
in einem vierstufigen Verfahren erfolgt, dessen erste Ein bevorzugter Bereich für die Dicke des vakuum-Stufe
die Voreinstellung eines Vakuums von 2COMi- aufgedampften Aluminiumüberzuges ist etwa 1,27 ·
krön Quecksilbersäule umfaßt. Das Vakuum wird 10~4 bis 2,54 · IC-3 mm, wobei eine Dicke von mindann
unter Verwendung von Diffusionspumpen weiter 3o destens etwa 3,81 · IC·-4 mm als besonders vorteilverringert.
Die Luftrückstände, die nach dem Ab- haft angesehen wird sowie der Bereich von etwa
pumpen verbleiben, dürfen keine organischen Dämpfe 7,62 · IC-4 bis 1,524 · IG-3 mm ganz besonderen Vorenthalten.
Durch Anwendung einer Hochspannungs- rang genießt. Im Bedarfsfalle kann der Aluminiumentladung
wird ein gutes Haften des Aluminiumüber- Überzug eine Dicke von mehr als 2,540 -10-3 mm
zuges auf der Unterlage bewirkt. Dieser Vorgang 35 aufweisen, wobei dieser Wert, vom Standpunkt der
spielt sich während der Evakuierung der Vakuum- Wirtschaftlichkeit aus gesehen, eine bevorzugte obere
kammer mittels der Diffusionspumpen ab. Die Grenze darstellt.
Oberfläche der Unterlage wird mit Hilfe einer Hoch- Nach Aufbringen der Zink- und Aluminiumüberspannungsentladung
entgast. Nach Anwendung der züge auf die Stahloberfläche kann letztere im Bedarfs-Hochspannungsentladung
wird in der vierten Stufe 4° falle mit einer Chromatlösung behandelt werden, des Evakuierungsprozesses das Vakuum auf einen und zwar in Übereinstimmung mit den herkömm-Wert
von ungefähr 0,5 Mikron Quecksilbersäue ge- liehen Verfahren zum einen zur Behandlung von
bracht. Nunmehr wird Aluminium von einer ent- Zinküberzügen zwecks Verhütung weißer Rostbildung
sprechend geheizten Oberfläche, die mit metallischem und zum anderen zur Behandlung von Aluminium-Aluminium
versorgt wird, verdampft. Wahlweise 45 Überzügen zwecks Erleichterung der Haftwirkung
kann das Aluminium auch mit Hilfe eines Elektronen- von Farben. Zahlreiche derartige Chromsäuresalzstrahls
zerstäubt werden, beispielsweise durch Ver- lösungen sind in der Technik bekannt und stehen
wendung eines Elektronenstrahl-Zerstäubungsgerätes auch im Handel zur Verfügung. So kann z. B. die mit
sowie unter Zuhilfenahme an sich bekannter Ver- Zink überzogene Stahloberfläche, welche den Alufahren,
bei denen die Aluminiumquelle im Inneren 5° miniumüberzug trägt, noch mit einer von der Firma
einer Vakuumkammer in den Weg eines aus einer ge- Allied Research Products, Inc. hergestellten Iriditeeigneten
Elektronenquelle tretenden Elektronenstrahls Lösung 14-9 überzogen werden, die im wesentlichen
gestellt wird, wobei eine passende Spannung an die auf einer Kalium-Dichromat-Lösung basiert. Eine
Elektronenquelle einerseits und die Aluminumquelle solche Chromatbehandlung verstärkt in vielen Fälandererseits
angelegt werden muß, so daß der Elek- 55 len die Korrosionsbeständigkeit der überzogenen
tronenstrahl aus letzterer Aluminium zum Zwecke Fläche in bestimmtem Umfang, aber sie ist nicht undes
Aufdampfens auf die zu überziehende Unterlage erläßlich, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu erzerstäubt,
zielen.
Ein anderes Beispiel eines Vakuum-Metallisierungs- Die günstigen Wirkungen des Aluminiumüberzuges
Verfahrens, wie es sich zum erfindungsgemäßen Va- 6° auf die Eigenschaften der Korrosionsbeständigkeit
kuumaufdampfen von Aluminium auf eine mit Zink von mit Zink überzogenem Stahl sind durch einüberzogene
Stahloberfläche eignet, ist in der USA.- gehende Versuche erhärtet worden. So wurde beiPatentschrift
3 117 887 beschrieben, bei welchem ein spielsweise die Korrosionsbeständigkeit von SaIzzu
überziehender Stahlblechstreifen kontinuierlich spritzwasser ausgesetzten Stahl paneelen festgestellt,
durch eine Vakuumkammer und an einer vertikalen 65 die durch Eintauchen in ein Zinkschmelzbad bzw.
Platte oder an einem vertikalen Block vorbeigeführt auf dem Wege galvanischer Abscheidung mit einem
wird, der sich auf der Verdampfungstemperatur von Zinküberzug versehen und gemäß der Erfindung einen
Aluminium befindet, die mit Hilfe einer elektrischen vakuumaufgedampften Aluminiumüberzug aufwiesen.
Die getesteten Proben umfaßten Paneele mit Aluminiumüberzügen mit einer Dicke von 3,81 · 10~4,
7,62 · 10-4, 1,143 · 10~3 und 1,524 · ΙΟ"3 mm, die auf
Zinküberzüge unterschiedlicher Dicke, und zwar von weniger als 1,27 · 10~3 mm bis mehr als 2,413 ·
10~2 mm aufgedampft worden waren. Einige dieser Paneele wurden vor der Durchführung der Versuche
in der oben beschriebenen Weise mit einer Chromsäuresalzlösung behandelt, andere Proben blieben
dagegen unbehandelt. Die Ergebnisse dieser Versuche wurden mit den Ergebnissen gleicher Versuche
an Paneelen verglichen, die durch Eintauchen in ein Zinkschmelzbad oder im Wege galvanischer
Abscheidung mit Zinküberzügen gleicher Stärke, aber nicht mit Aluminumüberzügen versehen worden
waren.
Das Testverfahren erfolgte nach einem genormten ASTM-Testverfahren nach der UA.-Abnahmevorschrift
B 117-62, nach der die Korrosionsbeständigkeit bei Einwirkung von Salzspritzwasser gemessen
wird. Hierbei wird das zu testende Paneel dauernd Salzspritzwasser ausgesetzt, bis sich auf der
Paneeloberfläche roter Rost bildet. Die Korrosionsbeständigkeit wird durch die Dauer der Exposition
und durch den Anteil der Paneeloberfläche bestimmt, der nach Sichtprobentaxierung mit rotem Rost bedeckt
ist. Bei diesen Versuchen wurde jedes . der Paneele so lange dem Salzspritzwasser ausgesetzt,
bis 10 °/0 der Paneeloberfläche mit rotem Rost bedeckt waren. Die Expositionszeit, die erforderlich war, um
diesen Wert von 10% rotem Rost zu erreichen, diente als Maß für die Widerstandsfähigkeit des
Paneels gegen Korrosion.
Diese Versuche zeigten eindeutig, daß für sämtliche Werte der Dicke der geprüften Zink- und Aluminium-Überzüge
das Vorhandensein des Aluminiumüberzuges die Zeit-wesentlich verlängerte, die erforderlich war,
um die' mit Zink überzogenen Stahlpaneele unter dem Einfluß von Salzspritzwasser zu einer Bildung von
rotem Rost zu bringen, die 10°/0 der Fläche ausmachte, verglichen mit Paneelen mit Zinküberzügen
gleicher Stärke, aber ohne Aluminiumüberzüge. So betrug beispielsweise bei Paneelen ohne Aluminiumüberzüge
und mit Zinküberzügen bis zu einer Stärke von 4,445 · 10~3 mm die Expositionszeit, die erforderlieh
war, um 10% rote Rostbildung auf der Fläche zu erzielen, weniger als 100 Stunden und im allgemeinen
etwa 50 Stunden. Im Gegensatz dazu waren bei einer Versuchsreihe von 18 Paneelen mit Zinküberzügen
in dem gleichen Dickenbereich, jedoch mit einem Aluminiumüberzug in der Stärke von 3,81 ·
IO-4 bis 1,520 · IO-3 mm, mehr als 100 Stunden erforderlich,
um 10% roten Rostes zu erreichen, und zwar waren für die überwiegende Mehrzahl der
Proben mehr als 200 Stunden, für manche sogar mehr als 350 Stunden erforderlich. Bei Paneelen ohne Aluminiumüberzug
und mit Zinküberzügen von 7,62 · 10~3 bis 1,778 · 10~ä mm Dicke betrug die Expositionszeit
zur Erzielung des Wertes für 10% roten Rostes weniger als 200 Stunden. Bei einer Versuchsreihe
mit 18 Paneelen mit Zinküberzügen in dem zuletzt genannten Stärkebereich und mit Aluminiumüberzügen
von 3,81 · IO-4 bis 1,524 ■ 10~3 mm Dicke
waren durchweg mehr als 300 Stunden und bei fünfzehn dieser Paneele mit Aluminiumüberzügen von
7,62-10-4 bis 1,524 · IO-3 mm Dicke 600 bis
1200 Stunden Behandlungszeit zur Erzielung des genannten Rostwertes erforderlich. Die längsten Expositionszeiten
in dieser Versuchsreihe, und zwar 900 bis 1200 Stunden, wurden mit Paneelen erreicht, deren
Zinküberzug eine Dicke zwischen etwa 1,143 · 10~2 und 1,651 · 10~2 mm und einen Aluminiumüberzug in
der Stärke von 7,62 · 10~4 bis 1,524 ■ 10~3 mm aufwiesen
und die vor dem Test mit einem Chromat behandelt worden waren. Es wurden aber auch Expositionszeiten
von mehr als 600 Stunden mit Paneelen erreicht, deren über der Zinkschicht befindlicher Aluminiumüberzug
stärkemäßig in dem zuletzt genannten Bereich lag, ohne daß eine Chromatbehandlung stattfand.
Es zeigt sich somit, daß ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin besteht, daß eine erhebliche Verstärkung
des Korrosionsschutzes, den auf Stahl befindliche Zinküberzüge gewähren, erzielt wird. Wie
sich aus den beschriebenen Versuchen ergibt, kann durch Vakuumaufdampfen eines dünnen Aluminiumüberzuges
in einer Stärke von 1,27 · 10~4 bis 2,54 · 10~3 mm auf einen Zinküberzug gemäß der Erfindung
die Dauer des wirksamen Schutzes eines solchen Überzuges um 100 bis zu mehreren 100 Stunden
erhöht werden, d. h. in vielen Fällen um das Zweibis Dreifache und noch mehr, der Schutzdauer, die
Zinküberzügen ohne Aluminiumüberzüge gewähren. Diese beachtliche Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit
von mit Zink überzogenem Stahl, der erfindungsgemäß weiterbehandelt wird, läßt sich nicht in
allen Einzelheiten genau erklären, insbesondere deshalb, weil auf einer blanken Stahloberfläche vakuumaufgedampfte
Aluminiumüberzüge außerordentlich wenig Schutz gegen Salzspritzwasser bieten. So reicht
beispielsweise bei auf einer blanken Stahlunterlage vakuumaufgedampften Aluminiumüberzug in einer
Stärke von 7,62 ■ 10~4 mm eine Expositionszeit von
nur 10 Stunden aus, um durch Salzspritzwasssr 10% rote Rostbildung auf der Testfläche zu erreichen. Das
bedeutet aber nichts anderes, als daß die Festigkeit des mit Zink überzogenen Stahls bei Verwendung eines
äußeren vakuumaufgedampften Aluminiumüberzuges gegenüber Salzspritzwasser sehr viel größer ist als die
rein additive Wirkung des Schutzes, den jeder Überzug für sich allein bewirken kann.
Bei den obigen Beispielen fanden Aluminiumüberzüge von 3,81 · IO-4 bis 1,520 · IO-3 mm Dicke Anwendung.
Derartige Stärken werden zwar für den Aluminiumüberzug auf den mit Zink überzogenen
Gegenständen erfindungsgemäß bevorzugt, die Vorteile der Erfindung können aber auch schon mit wesentlich
dünneren Aluminiumüberzügen erzielt werden. So hat sich beispielsweise gezeigt, daß Stahlpaneele
mit einem Überzug aus Zink in einer Stärke von 3,81 · IO"4 bis 7,62 · 10~4 mm und einem vakuumaufgedampften
Aluminiumüberzug in einer Stärke von 7,62 · 10~5 mm eine deutliche Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit
in einem feuchten Raum gegenüber Gegenständen aufweisen, die zwar mit einer gleich
starken Zinkschicht bedeckt sind, aber überhaupt keinen Aluminiumüberzug aufweisen.
Obgleich das erfindungsgemäße Verfahren bislang an Beispielen erläutert wurde, bei denen die Zinküberzüge
auf den Stahlgegenständen durch Eintauchen letzterer in ein Zinkschmelzbad oder auf galvanischem
Wege hergestellt wurden, können auch andere Verfahren zur Aufbringung von Zinküberzügen auf die
Stahloberflächen mit anschließendem Vakuumaufdampfen von Aluminiumüberzügen zur Anwendung
kommen. Dabei ergibt sich die gleiche vorteilhafte
Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit derartiger Zinküberzüge. Das Aufbringen des Zinküberzuges auf
die Stahloberfläche kann beispielsweise auch durch Vakuumaufdampfen erfolgen. Ein spezielles Verfahren,
um Zink auf Stahl im Vakuum aufzudampfen, ist in der am 4. Januar 1969 in den USA. eingereichten
Patentanmeldung Serial No. 423 249 der Anmelderin beschrieben. Bei diesem Verfahren wird die Stahloberfläche
nach ihrer gründlichen Reinigung zunächst mit einer dünnen, festhaftenden Schicht aus
Kupfer oder einem anderen Metall bedeckt, welches aus einer bestimmten Gruppe von Metallen in dem
oberen Bereich der EMK-Reihe ausgewählt wird, wie z. B. Gold, Silber und Kupfer, wozu auch Messing
gerechnet werden kann, weil dieses praktisch aus einer Legierung von Kupfer und Zink besteht, in
welcher das Kupfer vorherrscht. Dieser Überzug kann beispielsweise durch Ionenniederschlag aus einem
wäßrigen Medium oder durch galvanische Abscheidung aufgebracht werden, worauf eine Metallisierung
durch Vakuumaufdampfen von Zink auf der behandelten Oberfläche erfolgt. Der erstgenannte Überzug
dient dabei zur Erhöhung der Haftfähigkeit des vakuumaufgedampften Zinks. Der Zinkdampf kann
auf irgendeine herkömmliche Weise, beispielsweise durch Elektronenstrahlzerstäubung, erzeugt werden,
wie dies hinsichtlich des Aufdampfens von Aluminium beschrieben worden ist.
Kommt die zuletzt genannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anwendung, so
wird der Stahlgegenstand, der bereits einen vakuumaufgedampften Zinküberzug aufweist, einem weiteren
Verfahrensschritt zur Metallisierung im Vakuum unterworfen, der bezweckt, einen Aluminiumüberzug
aufzudampfen. Dies geschieht in der bereits beschriebenen Weise. Auch hier bietet der Aluminiumüberzug
die erwähnten Vorteile, zumal sich eine wesentlich höhere Korrosionsbeständigkeit des vakuumaufgedampften
Zinks ergibt.
In der einzigen Figur der Zeichnung ist zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie
der Eigenschaften der mit letzteren herstellbaren Erzeugnisse ein Stück Stahlblech in schaubildlicher
Darstellung und in vergrößertem Maßstabe zu sehen, welches auf beiden Seiten gemäß der Erfindung mit
einem Zinküberzug versehen ist.
Das Stahlblech 10, das aus einem Streifen aus kaltgewalztem Blech bestehen kann, wird zunächst
auf beiden Seiten durch Eintauchen in ein Zinkschmelzbad auf galvanischem Wege oder durch Vakuumaufdampfen
mit einer festhaftenden Schicht 11, 11' aus Zink versehen. Hierauf werden die Aluminiumüberzüge
12, 12' durch Vakuumaufdampfen aufgebracht. Die Zinkschicht kann beispielsweise eine Stärke von
5,08 · 10-* bis 3,81 · 10~2 mm oder mehr aufweisen,
während die Dicke des Aluminiumüberzuges beispielsweise 1,27 · 10~4 bis 2,54 · 10~3 mm betragen
kann. Gegebenenfalls kann einer der beiden Aluminiumüberzüge 12, 12' weggelassen werden, indem
einfach ein Dampfstrahl auf eine der Flächen des Bleches bei seinem Durchlaufen der Vakuumkammer
gerichtet wird. Ebenso kann auch einer der Zinküberzüge fortgelassen werden, um ein Stahlblech mit nur
einer überzogenen Oberfläche zu erhalten. Schließlich kann das Stahlblech auch mit Überzügen versehen
werden, die auf der einen Seite dicker sind als auf der anderen Seite, wenn es sich darum handelt, daß die
beiden Oberflächen der Erzeugnisses unterschiedlichen Korrosionsbedingungen ausgesetzt werden, wie dies
z. B. bei Kraftfahrzeugkarosserien der Fall ist, bei denen die eine Seite des Bleches lackiert, die andere
hingegen korrodierenden Stoffen ausgesetzt ist, alsc beispielsweise dem Salz, das von Straßen zusammen
mit Schmutz und Schlamm nach oben gespritzt wird.
Der weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die
beiden folgenden Beispiele.
B e i s ρ i e 1 I
Jedes einer Reihe kaltgewalzter Stahlpaneele wurde alkalisch in einer Lösung mit 40 Gramm/Liter Natriumkarbonat,
30 Gramm/Liter Trinatriumphosphat und 20 Gramm/Liter Natriumhydroxyd gereinigt.
Die Temperatur des Reinigungsmittels wurde auf 930C gehalten, und die Stahlpaneele wurden im Wege
der Kathodenzerstäubung bei einer spezifischen Stromstärke von 50 Ampere je 929 cm2 1 Minute lang gereinigt.
Die Paneele wurden dann nachgespült.
30 Sekunden lang in Salzsäure gebeizt, von neuem abgespült und in einem Bad, welches 90 Gramm/Liter
Zink in Form von Sulfat und 30 Gramm/Liter (NH^)2SO4 enthielt, mit Zink überzogen. Dieses Bad
hatte einen pH-Wert von 3,0 und wies eine Temperatür
von 270C bei einer spezifischen Stromstärke von
20 Ampere je 929 cm2 auf. Die Zeitspannen der galvanischen Abscheidungen waren so bemessen,
daß sich auf den verschiedenen Paneelen Zinküberzüge in einer Stärke von 6,35 · ΙΟ-4, 1,270 · 10~3, 2,54 · 10"s
und 3,81 · 10~3 mm ergaben. Nach dem Überziehen mit Zink wurden die Proben abgespült und getrocknet.
Hierauf wurden einige der Proben in eine Vakuumkammer gebracht, die Luft abgesaugt und die Proben
durch Vakuumaufdampfen mit Aluminiumüberzügen versehen. Das Aluminium wurde bei einem Vakuum
von 0,1 Mikron Quecksilbersäule verdampft, indem eine Aluminiumklammer an einen Wolframfaden angelegt
und letzterer erhitzt wurde, so daß das Aluminium bei einer Temperatur von etwa 1370° C verdampfte.
Die Dicke des auf diese Weise erzeugten Aluminiumüberzuges betrug auf verschiedenen Proben
3,81 · ΙΟ-4 und 7,62 · ΙΟ"4 mm.
Zusätzlich wurden verschiedene Proben hergestellt, bei denen Aluminiumüberzüge direkt auf den blanken
Stahl vakuumaufgedampft wurden.
Zn-Dicke | Al-Dicke | Stärke des Gesamtbe lags |
Exposi tionszeit |
Roter Rost |
50 (10-8 mm) | (ΙΟ"8 mm) | (10-6 mm) | (Std.) | (%) |
1016 | , keine | 1016 | 6 | 50 |
1651 | keine | 1651 | 6 | 15 |
2921 | keine | 2921 | 6 | 10 |
55 4191 | keine | 4191 | 12 | 20 |
keine | 381,0 | 381,0 | 6 | 50 |
keine | 762 | 762 | 12 | 25 |
3810 | 381 | 4191 | 48 | 20 |
2540 | 762 | 3302 | 114 | 10 |
Proben von Stahlgegenständen mit Zinküberzügen, aber ohne Aluminiumüberzügen, von Stahlgegenständen
mit Aluminiumüberzügen, jedoch ohne Zinküberzügen, sowie von Stahlgegenständen mit AIuminiumüberzügen
über den auf der Stahloberfiäche aufgebrachten Zinküberzügen wurden einer Atmosphäre
von Salzspritzwasser ausgesetzt und getestet, um ihre Korrosionsbeständigkeit bei anhaltende!
Exposition und dauernder Ausbreitung von rotem Rost zu ermitteln. Die dabei gewonnenen Ergebnisse
sind in der vorstehenden Tabelle zusammengefaßt.
Wie man aus der Tabelle ersieht, erreichten die Stahlproben mit Zinküberzügen, jedoch ohne Aluminiumüberzüge,
bei einer Schichtstärke des Zinks bis zu 4,191 · 10~3 mm eine rote Rostbildung auf 10°/0
der Testfläche in 6 Stunden bzw. auf 20°/0 der Fläche in 12 Stunden. Stahlproben mit Aluminiumüberzügen,
jedoch ohne Zinküberzüge, erreichten den Zustand roter Rostbildung auf 25°/0 bis 50% der Fläche in
6 bis 12 Stunden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stahlproben, die einen Aluminiumüberzug
über einem Zinküberzug aufwiesen, zeigten eine rote Rostbildung auf nur 10 bis 20 % der
Fläche nach 48 bis 114 Stunden, d. h., diese Proben zeigten eine deutlich verbesserte Widerstandsfähigkeit
gegen Korrosion. Während also ein mit Zink überzogenes Paneel ohne Aluminiumüberzug mit einer
Zinkschichtdicke von 4,191 · ΙΟ"3 mm auf 20% der
Fläche roten Rost in 12 Stunden bildete und ein mit Aluminium überzogenes Paneel ohne Zinküberzug
bei einer Dicke des Aluminiumüberzuges von 3,81 · 10-4mm auf 50% der Fläche roten Rost in
6 Stunden bildete, wies ein Paneel mit einem Zinküberzug in der Stärke von 3,81 · 10~3 mm und einem
vakuumaufgedampften Aluminiumüberzug in der Stärke von 3,81 · 1O-4 mm, also bei einer gesamten
Dicke der Überzüge von 4,191 -10~3 mm, nur auf
20% der Fläche roten Rost nach 48 Stunden auf. Schließlich bildete ein Paneel mit einer Zinkschicht
in einer Stärke von 2,54 · 10~3 mm und einem Aluminiumüberzug
in einer Stärke von 7,62 · 1O-4 mm
nur auf 10% der Fläche in 114 Stunden roten Rost, während ein Paneel mit einem Zinküberzug von 2,806 ■
10~3 mm Dicke ohne Aluminiumüberzug auf 10 % der Fläche roten Rost nach 6 Stunden zeigte und ein
Paneel mit einem Aluminiumüberzug in einer Stärke von 7,62 · 10~4 mm, jedoch ohne Zinküberzug, auf
25% der Fläche nach 12 Stunden roten Rost aufwies.
B e i s ρ i e 1 II
Fünf Stahlpaneele, deren Zinküberzug durch Eintauchen in ein Zinkschmelzbad in einer Stärke von
2,03 · 10-2 mm hergestellt wurde, wurden mit einer
alkalischen Skrubberflüssigkeit gereinigt und im Anschluß daran mit einem vakuumaufgedampften Aluminiumüberzug
in einer Stärke von 1,14 · 10~3 mm auf der Zinkschicht versehen. Das Aluminium wurde
bei einem Vakuum von 0,1 Mikron Quecksilbersäule in einem Maß von 0,03 Pfund je 929 cm2 und Minute
und einer Temperatur von etwa 1370° C aufgedampft. Diese Proben sowie fünf gleiche Stahlpaneele,
ίο deren Zinküberzüge, die die gleiche Dicke aufwiesen,
durch Eintauchen in ein Zinkschmelzbad hergestellt wurden und die keinen Aluminiumüberzug aufwiesen,
wurden dem Salzspritzwasser ausgesetzt, bis 10% ihrer Oberfläche mit rotem Rost bedeckt waren. Für
die fünf zinküberzogenen Paneele, die keinen Aluminiumüberzug aufwiesen, betrug die durchschnittliche
Expositionszeit, die zu einer roten Rostbildung auf 10 % der Fläche erforderlich war, 264 Stunden,
Bei den fünf mit einem Aluminiumüberzug versehenen Paneelen betrug die erforderliche Zeit zur Bildung roten
Rostes auf 10% der Fläche hingegen 840 Stunden im Durchschnitt.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines festhaftenden Korrosionsschutzüberzuges auf Stahlgegenständen,
bei dem zuerst auf galvanischem Wege, durch Eintauchen in ein Zinkschmelzbad oder durch Vakuumaufdampfen
ein Zinküberzug und anschließend ein Aluminiumüberzug aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumüberzug durch Vakuumaufdampfen aufgebracht
wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumüberzug in einer
Schichtdicke von mindestens 1,27 · 10~4 mm aufgebracht wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumüberzug in einer
Schichtdicke von 3,81 ■ 10~4 bis 2,54 · 10~3 mm
aufgebracht wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinküberzug mindestens
in einer Schichtdicke von 5,08 · 10~4 mm aufgebracht wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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