DE1934081C3 - Verfahren zur Verbesserung der ElektroschweiBbarkeit und der Korrosionsfestigkeit von galvanisch verzinktem - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Elektroschweißbarkeit und der Korrosionsfestigkeit von galvanisch verzinktem Stahl.

Mit Zink beschichteter Stahl wird in breitem Umfang in der Industrie verwendet, beispielsweise in der Automobilindustrie. Beim Schweißen von mit Zink überzogenen Stahlblechen treten jedoch Schwierigkeiten auf. In der Industrie werden mit Zink überzogene Stahlbleche normalerweise durch ein Widersiands-Punktschweiß-Verfahren verschweißt, bei dessen Durchführung es notwendig ist. höhere Schweißströme als beim Schweißen eines nicht überzogenen Stahls anzuwenden. Die Folge des höheren Schweißstromes ist eine Legierung des Zinks mit dem Elektrodenmaterial, wodurch die Lebensdauer der Schweißelektroden merklich herabgesetzt wird. Ein Versuch, dieses Problem zu lösen, bestand darin, Eisen in den Zinküberzug einzubringen (vgl. z. B. H. A. J a h η I e in ^ »British Welding Journal«, 15 (3) 1986,113-119).

Ein Zink-Eisen-Überzug kann auf ein Stahlblech z. B. durch gleichzeitige elektrolytische Abscheidung von Zink und Eisen aufgebracht werden (S. |epson, S. Meecham und F. W. Salt in »Transactions of the Institute of Metal Finishing«, 32, 1955, S. 160-180). Wenn auch diese Elektroabscheidungsmethode zufriedenstellend verläuft, so ist sie dennoch nur in kleinem Maßstabe durchführbar. Ist eine Plattierung in technischem Maßstabe beabsichtigt, dann hat diese Methode den Nachteil, daß die Zusammensetzung des Überzugs von zu vielen Variablen abhängt, unter anderem von der Zusammensetzung und der Temperatur der Plattierungslösung sowie von der Rührgeschwindigkeit. Eingehende Untersuchungen mittels einer Röntgen-Strahlbeugungsmethode sowie Analysen zeigten, daß innerhalb von Zink-Eisen-Legierungen zwei Phasen vorhanden sind (vgl. H. M. DaIaI und D. S. G i 11 in »Journal of the Institute of Metals«, 93 [4], 1964-65, 130-131). Diese Phasen sind gewöhnlich in Form abwechselnder Schichten ausgebildet, die allgemein parallel zu der Stahlunterlage verlaufen. Eine dieser Phasen ist brüchig. Enthalten die Legierungsüberzüge merkliche Mengen an Eisen, dann neigen diese Überzüge nach einer mechanischen Verformung der ^₀ Stahlunterlage, insbesondere nach einem Komprimieren, zum Abblättern.

Um die Verformungseigenschaften von Zinküberzügen auf Eisen zu verbessern, wurde vorgeschlagen, das Eisen vor dem Feuerverzinken mit einem elektrolytisch aufgebrachten Metallüberzug aus Zink, Nickel, Eisen oder Zinn zu versehen (Z. Stahl und Eisen 74, Nr. 15, S. 9rt1-62 [1954]). Bei diesem Verfahren wird der zu beschichtende Gegenstand also mit zwei getrennten Schichten überzogen. Da die äußere Schicht aber i; imer aus Zink besteht, wird der eingangs genannte Nachtei' der Legierung des Zinks mit dem Elektrodenmaterial beim Schweißen nicht beseitigt.

Aus »Moderne Galvanotechnik« von W. Machu, Verlag Chemie GmbH., Weinheim 1954, S. 444, ist ebenfalls bekannt, elektrolytisch aufgebrachte Eisenüberzüge als Zwischenschicht vor einer thermischen Verzinkung oder Verzinnung von Gußeisen zu verwenden. Auch bei den so behandelten Gegenständen besteht die äußere Schicht aus Zink oder Zinn, was beim Schweißen zu Legierungen mit dem Elektrodenmaterial führt.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das es gestattet, galvanisch verzinkte Stahlgegenstände hoher Korrosionsfestigkeit bei gleichzeitig guter und wirtschaftlicher Schweißbarkeit herzustellen, wobei insbesondere die Lebensdauer der Schweißelektroden gegenüber bekannten Verfahren verbessert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf die Zinkschicht galvanisch eine Eisenschicht abgeschieden wird.

Obwohl Eisen bekanntlich weniger korrosionsbeständig ist als z. B. Zink, wird mit der äußeren Eisenschich; eine höhere Korrosionsfestigkeit des Werkstücks erreicht, weil sich insbesondere beim Schweißen eine Zink-Eisen-Legierung bildet. Die Zink-Eisen-Legierung ist wesentlich weniger reaktionsfähig als Zink selbst gegenüber üblichen Schweißelektroden. /. B. Kupferschweißelektroden, so daß die Spitzen der Elektroden weit weniger häufig nachgearbeitet werden müssen.

Eine vorteilhatte Weiterbildung des erfindungsgcuuißen Verfahrens besteht darin, daß die Abscheidung von abwechselnden Schichten aus Zink und Eisen wiederholt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird folgendermaßen durchgeführt:

Zunächst wird der /u behandelnde F.iscngegenstand in an sich bekannter Weise galvanisch verzinkt. Der verzinkte Gegenstand wird anschließend gewaschen und in verdünnte Säure getaucht. Dann wird er in das galvanische Eisenbad eingebracht. Da Zink gegenüber Eisen als Kathode wirkt, ist es erforderlich, die Bildung eines Überzugs aus Eisen während des Eintauchens zu verhindern. Ein derartiger Überzug ist nicht gleichmäßig und haftet schlecht auf dem verzinkten Gegenstand. Um eine gut haftende Eisenschicht zu erzielen, ist es außerdem notwendig, den pH-Wert des Eisenbades im Bereich von 1,7 — 2,0 zu halten. Oberhalb von 2,0 treten starke knotenförmige Ablagerungen auf. Unterhalb eines pH-Wertes von 1,7 fällt jedoch der Kathodenwirkungsgrad bei Eisen(II)-sulfat-Lösungen schnell ab. Es wurde jedoch gefunden, daß hohe Wirkungsgrade bei diesen niedrigen pH-Werten erzielt werden können, wenn eine Eisen(II)-chlorid-Lösung verwendet wird.

Vor der Überführung von einem Bad in das andere ist es zweckmäßig, den Gegenstand mit Wasser zu waschen, um eine Verunreinigung der galvanischen Bäder zu vermeiden. Wird jedoch mit dem Werkstück Wasser in das Eisenbad eingebracht, dann kann der pH-Wert an der Grenzfläche zwischen Werkstück und Lösung auf mehr als 2 ansteigen, wodurch die Eisenablagerung rauh wird. Dieses Problem läßt sich in der Weise lösen, daß das Werkstück vor dem Eintauchen in die Bäder in eine verdünnte Säure eingetaucht wird.

Beispiel

Es werden zwei Badgefäße aus Polyvinylchlorid verwendet. Das eine Gefäß, in welchem die Zinkab scheidung durchgeführt wird, weist reine Zinkanoden auf, das andere, in welchem die Eisenabscheidung durchgeführt wird, besitzt Anoden aus Flußstahl. Die Anoden sind von porösen Polypropylenbeuteln umgeben. Die Bäder werden auf 50⁰C gehalten. Das Zinkbad enthält 1 Mol Zinksulfat und ist mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 2 eingestellt Das Eisenbad enthält 1 Mol Eisen(ll)-sulfat, 0,15 Mol Eisen(Il)-chlorid und 0,4 ml/i höhere sek. Alkylsulfonate und ist mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 1,7 eingestellt. Die Stromdichte liegt in der Größenordnung von 10 A/dm-¹.

Das zu behandelnde Stahlblech wird entfettet und in 20^ü/oiger Schwefelsäure bei Zimmertemperatur geätzt. Anschließend wird mit Wasser gespült, worauf das Blech in Schwefelsäure mit einem pH-Wert von 1 eingetaucht wird. Nach Ablauf einer vorherbestimmten Zeitspanne zur Erzeugung eines Zinküberzugs einer bestimmten Dicke (beispielsweise nach 30 see) wird das Blech aus dem Zinkbad entfernt, mit Wasser gespült und in die verdünnte Schwefelsäure mit einem pH-Wert von 1 eingetaucht. Das Blech wird in dem galvanischen Eisenbad so lange gelassen, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist (beispielsweise wieder 30 see). Das Blech wird dann aus dem Eisenbad entfernt und mit Wasser gespült. Dieses Verfahren wird so oft wiederholt, bis die gewünschte Anzahl einander abwechselnder Schichten aus Zink und Eisen erreicht ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Elektroschweißbarkeit und der Korrosionsfestigkeit von galvanisch verzinktem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Zinkschicht galvanisch eine Eisenschicht abgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung von abwechselnden Schichten aus Zink und Eisen wiederholt wird.