DE3714403A1

DE3714403A1 - Verfahren und legierung zur feuerverzinkung

Info

Publication number: DE3714403A1
Application number: DE19873714403
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Haensel; Gregor-Friedrich Beyer
Original assignee: Preussag AG Metall
Current assignee: Preussag AG Metall
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1988-11-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feuerverzinkung, insbesondere zur Erzeugung von Zinkschichtdicken zwischen 10 und 40 µm mittels Feuerverzinkung auf Stahleinzelteilen.

Bei der Feuerverzinkung unter Verwendung eines zinkhaltigen Bleibades besteht der Kesselinhalt vorwiegend aus einer Bleischmelze mit einem geringen Zinkgehalt, je nach Temperatur und einer auf der Bleischmelze zufolge des Unterschieds in der Dichte schwimmenden dünnen schmelzflüssigen Zinkschicht.

Bei einer Temperatur von 455°C lösen sich nur etwa 2,5% Zink im Blei. Man verwendet dieses Verfahren hauptsächlich für die Verzinkung von Blechen, Bändern und Drähten, die wegen ihrer geringen Masse schnell die Temperatur des Zinkbades annehmen.

Bei der kontinuierlichen Feuerverzinkung von Bändern und Drähten gelingt es durch Legieren des Zinks mit Aluminium, Abblasen des überschüssigen Zinks und Tauchzeiten im Bereiche weniger Sekunden, Schichtdicken von 10 bis 20 µm zu erzeugen.

Bei der Feuerverzinkung von Einzelteilen der sogenannten Stückverzinkung werden die Teile vor dem Tauchen in die Zinkschmelze in einer Reihe von Bädern gereinigt.

Diese Vorbehandlung erfolgt durch Entfetten in handelsüblichen alkalischen oder sauren wäßrigen Lösungen von Entfettungsmitteln bei Temperaturen von 20 bis 80°C und Konzentrationen der Entfettungsmittel von 20 bis 100 g/l. Danach erfolgt eine Spülung in Wasser und das Beizen in Salzsäure in einer Konzentration von 30 bis 180 g/l HCl bei Temperaturen von 10 bis 40°C.

Als Flußmittel werden handelsübliche wäßrige Lösungen auf der Basis Zinkchlorid-Ammoniumchlorid oder Zinkchlorid- Kaliumchlorid-Ammoniumchlorid verwendet.

Zwischen den einzelnen Verfahrensschritten können Spülvorgänge in Wasser eingeschaltet sein. Vor dem Eintauchen in die Zinkschmelze sollte das Verzinkungsgut ferner getrocknet werden. Bei diesem Verfahren unter Verwendung einer Zinkschmelze üblicher Reinheit, z. B. den Zinkqualitäten nach DIN 1706, entstehen bereits bei einer Tauchzeit von einer Minute Zinkschichtdicken von <40 µm. Bei Stählen, die Silizium enthalten, können die Zinkauflagen dann bereits 80 bis 90 µm dick sein.

Kürzere Tauchzeiten lassen sich bei der Stückverzinkung mit einer solchen Zinkschmelze nicht erzielen. Das zu verzinkende Gut muß ja die Temperatur des Zinkbades annehmen, und das Flußmittel sollte ausreagieren.

Mit einem Nickelzusatz lassen sich aber bei einer Tauchzeit von einer Minute und länger keine Schichtdicken von 10 bis 40 µm erzeugen. Bei Al-Zusätzen entstehen ungleichmäßig dicke Schichten.

Es ist ferner bekannt, mit Hilfe des elektrischen Stromes elektrolytisch beliebige Zinkschichten abzuscheiden. Für dickere Schichten ist dieses Verfahren jedoch nicht wirtschaftlich. Elektrolytisch werden in der Regel nur Zinkschichtdicken bis 12 µm erzeugt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, bei der Stückverzinkung von Stahleinzelteilen im Bereiche von 10 bis 40 µm in wirtschaftlicher Weise eine Verzinkungsschicht durch Feuerverzinkung zu erzielen.

Dies wird dadurch erreicht, daß ein Bleibad eingesetzt wird, welches bei der Verzinkungstemperatur mit Zink gesättigt ist und auf der Oberfläche des Bleibades, je nach der gewünschten Zinkschichtdicke, auf dem Stahl nur eine sehr dünne Zinkschicht aufrechterhalten wird oder die Bleischmelze an der Stelle, wo das zu verzinkende Stück eingetaucht und ausgezogen wird, völlig frei von einer Zinkschmelze gehalten wird.

Die Bleitemperatur liegt im Bereiche von 420 bis 600°C und die Tauchzeit beträgt bis zu 6 Minuten und mehr, vorzugsweise 1 bis 3 Minuten.

Vorteilhaft wirkt es sich im Rahmen der Erfindung aus, wenn der Schmelze Zinn in unterschiedlichen Mengen zwischen 0 und 40% zugesetzt wird. Dadurch kann die Zinklöslichkeit im Blei erhöht und die Benetzbarkeit beträchtlich verbessert werden, so daß auch eine Flußmitteldecke bei der Verzinkung nicht erforderlich ist.

Mit solchen ternären Blei-Zinn-Zink-Schmelzen kann man dünnere Zinkschichten erzielen als bei Verwendung binärer Blei-Zink-Schmelzen, die eine reine Zinkschicht auf der Oberfläche aufweisen.

Auf diese erfindungsgemäße Weise lassen sich Zinkschichten zwischen 10 und 40 µm durch Feuerverzinkung wirtschaftlicher aufbringen als durch galvanisches Verzinken. Technisch bieten sie den Vorteil, z. B. bei Schrauben, einer besseren Passung oder einer besseren Haftung der Zinkschichten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren spielt der Siliziumgehalt der Stähle für die Dicke der Zinkschicht praktisch keine Rolle. Somit können alle üblicherweise zur Verzinkung gelangenden Stähle mit gleichem Ergebnis verzinkt werden, so daß der Nachteil des oben aufgeführten Einflusses des Siliziums auf die Zinkauflagendicke ausgeschaltet ist.

Bei der Vorbereitung der Einzelteile zur Verzinkung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der Regel wie oben bereits ausgeführt eine Entfettung und ein Beizen sowie Tauchen in wäßrigen Flußmitteln und Spülvorgänge zwischen den Verfahrensschritten durchgeführt.

Die zu verzinkenden Einzelteile müssen in die Schmelze gedrückt werden, da die Dichte der Schmelze höher ist als die des Stahls. Das Verzinkungsbad kann auch weitere Legierungselemente enthalten, beispielsweise Aluminium. Es dient der Reduktion der Oxidation der Schmelze und sollte dann in einer Menge von 0,001 bis 0,005 Gew.-% zugegen sein. Es kann aber auch zur Reduzierung der Zinkauflage eingesetzt werden und sollte dann in Gehalten von 0,02 bis 0,2 Gew.-% zugegen sein.

Hinsichtlich der Zinkschicht auf dem Bleibad ist folgendes zu beachten. Zink und Blei sind bekanntlich bei 450°C nicht völlig mischbar. Da Zink leichter ist als Blei, schwimmt es als flüssige Schicht auf der Bleischmelze. Je dicker die Zinkschicht, umso höher wird die Zinkauflage beim Verzinken.

Befindet sich auf der Blei-Zink- bzw. Blei-Zinn- Zink-Schmelze keine Zinkschicht, so entsteht bei der Feuerverzinkung eine Zink-Eisen-Legierung, die auf der Außenoberfläche eine dünne Schicht mit der Zusammensetzung der Schmelze aufweist. Eine Verzinkung entsteht also auch dann, wenn keine Zinkschicht auf der Schmelze ist, allein durch die Reaktion des im Blei gelösten Zinks, wobei die Wirkung des Zinnzusatzes diesen Vorgang erheblich, wie oben dargelegt, verbessert.

Eine in einer Schmelze mit 27,6% Zink, 41% Zinn und 31,4% Blei verzinkte Probe hatte eine Verzinkungsschicht mit einer Zusammensetzung Zink 59,5%, Zinn 20,0%, Blei 13,1%, Eisen 6,2%.

Eine in einer Schmelze mit 19,7% Zink, 30,6% Zinn und 49,6% Blei verzinkte Probe ergab eine Verzinkungsschicht mit 58,4% Zink, 13,5% Zinn, 17,8% Blei und 6,8% Eisen.

Eine Schmelze mit 5,5% Zink, 10,0% Zinn und 84,4% Blei ergab eine Verzinkungsschicht aus 43,7% Zink, 4,7% Zinn, 40,0% Blei und ca. 10% Eisen.

Der obere Bleigehalt der Schmelze sollte zwischen 99,0 und 99,5 Gew.-% liegen. Er könnte auch auf 99,9% ansteigen.

Erfindungsgemäß hat das Bleibad für die Verzinkung von Stahleinzelteilen im Feuerverzinkungsverfahren und zur Erzielung von Zinkschichtdicken zwischen 10 und 40 µm Zinkgehalte zwischen 1 und 28% und Zinngehalte zwischen 1 und 40%. Diese Mengen können variieren nach der einen oder nach der anderen Seite, je nach Art der gewünschten Zinkschichtdicke und des zu verzinkenden Einzelteiles, das im übrigen nicht unbedingt aus Stahl bestehen muß. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch andere Metalle verzinken.

Die Erfindung wird durch die sich anschließenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Bleibad mit 2,2% Zink gelöst
Stahl mit <0,005% Silicium

Beispiel 2

Bleibad mit 1,88% Zink und 3,18% Zinn
Stahl mit 0,025% Silicium

Beispiel 3

Bleibad mit 27,6% Zink und 41,0% Zinn
Stahl mit 0,025% Silicium

Beispiel 4

Bleibad mit 19,7% Zink und 30,6% Zinn
Stahl mit 0,025% Silicium

Beispiel 5

Bleibad mit 4,7% Zink und 8,6% Zinn
Stahl mit 0,025% Silicium

Beispiel 6

Bleibad mit 4,7% Zink und 8,6% Zinn
Stahl mit 0,26% Silicium

Beispiel 7

Bleibad mit 4,7% Zink und 8,6% Zinn
Stahl mit 0,45% Silicium

Claims

1. Verfahren zur Feuerverzinkung, insbesondere zur Erzeugung von Zinkschichtdicken zwischen 10 und 40 µm mittels Feuerverzinkung auf Stahleinzelteilen unter Verwendung einer binären Blei-Zink-Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bleiband eingesetzt wird, welches bei der Verzinkungstemperatur mit Zink gesättigt ist und auf der Oberfläche des Bleibades je nach der gewünschten Zinkschichtdicke auf dem Stahl nur eine sehr dünne Zinkschicht aufrechterhalten wird oder die Bleischmelze an der Stelle, wo das zu verzinkende Stück eingetaucht und ausgezogen wird, völlig frei von einer Zinkschmelze gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleibadtemperatur im Bereiche von 420 bis 600°C und die Tauchzeit bis zu 6 Minuten und mehr beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchzeit zwischen 1 und 3 Minuten beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze Zinn in unterschiedlichen Mengen zwischen 0 und 45% zugesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze zusätzlich weitere Legierungselemente enthält, wie z. B. Aluminium und der Bleigehalt 20 bis 99,9% beträgt.

6. Bleibad zur Verwendung bei der Feuerverzinkung von Stahleinzelteilen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Zinkgehalt zwischen 1 und 28% und einen Zinngehalt zwischen 1 und 45% sowie gegebenenfalls weiterer Legierungsbestandteile, wie Aluminium.

7. Bleibad nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Zinkgehalt zwischen 28 und 45%.