Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von eisenhaltigen Materialien mit einem Aluminium-Zink-Legierungsüberzug

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Ober­flächenbeschaffenheit von Stahlblechen, die einen Korrosionsüber­zug aus einer Aluminium-Zink-Legierung haben. Erfahrungsgemäß ist die Oberfläche dieser Bleche nicht einheitlich, so daß eine gleichmäßige anschließende Beschichtung nicht ohne weiteres durch­zuführen ist. Um die Oberfläche jedoch so weit zu vereinheitli­chen, daß eine Beschichtung durchgeführt werden kann, wird in den noch nicht erstarrten Überzug Zinkstaub geblasen, der das Aufkom­men einer Strukturausbildung unterbindet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von Stahlblechen und -bändern, die mit einem Korrosionsschutz überzogen sind. Dieser Korrosions­schutz wird durch einen Überzug mit einer Aluminium-Zink-Le­gierung, die in einem Tauchschmelzbad das durchlaufende Band mit einer intermetallischen Schicht versieht, erreicht.

[0002] Festhaftende und korrosionsbeständige Aluminium-Zink-Überzüge auf eisenhaltige Materialien sind aus der DE-AS 15 21 148 be­kannt geworden.

[0003] Die US-PS 3.148.081 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der beschichteten Stahlbänder auf ihrer Oberfläche. Ohne die chemische Zusammensetzung zu verändern, soll die Zinkblumen­ausbildung durch plötzliches Erstarren der geschmolzenen Be­schichtung erreicht werden, wobei anschließend die Oberfläche noch dressiert wird. Jedoch handelt es sich bei der Schmelze um eine Zinklegierung mit Zusätzen von Blei, Kadmium und Aluminium.

[0004] Bei Überzügen, die als Legierungsbestandteil einen hohen Zinkanteil enthalten, entstehen in der Regel großblumige Oberflächenstrukturen, die sogenannten Zinkblumen. Diese Strukturen können so ausgeprägt sein, daß die Verwendungsmög­lichkeiten, insbesondere bei Blechen und Bändern, einge­schränkt sind. Eine Einschränkung ist immer dann gegeben, wenn die Bänder anschließend beschichtet oder lackiert werden sollen. Es liegt in diesem Falle eine uneinheitliche Ober­fläche vor, bei der die Strukturen der Zinkblumen durchschei­nen.

[0005] Um die Oberfläche des Zinküberzuges zu vereinheitlichen, gibt es die Möglichkeit der Nachdressierung der Bleche und Bänder. Dieses geschieht vorwiegend in Linie und mit glatten oder mattierten Walzen. Durch diesen Walzvorgang wird die Ober­fläche weitgehend geglättet und der Überzug in sich verdich­tet und damit auch verfestigt.

[0006] Trotzdem stellt dieses Aussehen den Verwender nicht in allen Fällen zufrieden. Selbst kleinblumige flache Strukturen kön­nen sich noch störend auf das Endprodukt auswirken.

[0007] Eine annähernd gleichmäßige Oberfläche erhält man insbesonde­re dadurch, daß man fein verteilte Teilchen von Zink gegen den Zinküberzug, bevor seine Kristallation stattgefunden hat, sprüht.

[0008] Ein Verfahren zum Besprühen der Oberfläche ist mit der DE-PS 28 12 370 bekanntgeworden. Bei diesem Verfahren wird im allgemeinen pulverförmiges Zink verwendet. Die Zinkteilchen kommen durch das Aufsprühen mit dem flüssigen Zinküberzug des Bleches in Berührung und gehen eine innige Verbindung ein. Es werden dabei zahlreiche kristalline Keime erzeugt. Durch diese Keime wird die Entstehung und auch das Wachsen von Kristallen in einer großen Anzahl bestimmt und begünstigt. Dadurch, daß viele Keime vorhanden sind, können die Kristalle aber nur eine sehr kleine Form annehmen.

[0009] Dieses hat aber zur Folge, daß keine großflächigen Zinkblumen entstehen können. Gleichzeitig verfestigen diese kleinen Zinkblumen die Oberfläche des Zinküberzuges.

[0010] Mit der EP-PS 0122 856 ist ein Verfahren zur Oberflächenver­besserung von beschichteten Stahlbändern dadurch gefunden wor­den, daß ein sauerstofffreies Gas zum Transport der aufzusprü­henden Substanz verwendet wird. Da die aufzusprühenden Sub­stanzen in der Regel eine große Affinität zum Sauerstoff ha­ben, soll dadurch eine Oxidation unterbunden werden, weil die gebildeten Oxide sich als Fehl stellen auf dem Bandmaterial auswirken.

[0011] Darüber hinaus beschreibt die AT-E 30 602 B ein Verfahren zur Optimierung der Erstarrung von Zink auf einem Stahlband. Bei diesem Anmeldungsgegenstand handelt es sich um eine Tempera­tursteuerung, um genau vor dem Erstarrungspunkt des Zinküber­zuges den Zinkstaub aufzusprühen. Dieses ist jedoch sehr schwierig und in einem Großprozeß mit vielen Einflußparame­tern sehr schwierig durchzuführen. Auch in diesem Falle han­delt es sich um verzinkte Stahlbänder.

[0012] Eine weitere Möglichkeit, das Entstehen von großflächigen Zinkblumen zu unterbinden, besteht darin, daß man die vorbe­schriebenen Mikroblumen durch das Aufsprühen von Wasser oder Wasserdampf, auf die noch nicht verfestigte Zinkoberfläche bei einer gleichzeitigen starken Abkühlung erzeugt.

[0013] Bei Stahlblechen und Stahlbändern, die einen Aluminium-Zink-Über­zug haben, ist die Ausbildung dieser "Zinkblumen" sehr ausgeprägt. Korrekterweise kann bei diesen Überzügen, die einen höheren Alu­minium- als Zinkanteil haben, nicht mehr von einer Zinkblume ge­sprochen werden. Da es sich bei der vorliegenden Erfindung jedoch ausschließlich um Aluminium-Zink-Überzüge handelt, die den Han­delsnamen Galvalum tragen, soll nachfolgend von Oberflächenstruk­turen gesprochen werden.

[0014] Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Oberflächenstrukturen von Aluminium-Zink-Überzügen auf Stahlblechen oder -bändern zu verbessern und soweit zu vereinheitlichen, damit die Bleche und Bände bei einer anschließenden Oberflächenbeschichtung eine gleichmäßige Oberfläche aufweisen. Dieses würde eine entscheidende Qualitätsverbesserung darstellen, die mit bisher bekannten Verfahren auch trotz Dressierung nicht erreicht werden konnte.

[0015] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf das aus der Schmelze kommende Band, auf die noch nicht erstarrte Oberfläche des Aluminium-Zink-Überzuges, Zinkstaub aufgeblasen wird. Dieser Zinkstaub dringt in die Oberfläche ein und geht eine Verbin­dung mit dem Überzug ein, was das Entstehen von Strukturen unterbindet. Nachdem der Zinkstaub aufgeblasen worden ist, muß das beschichtete Band mit einer großen Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 25°C/s abgekühlt werden. Gleichzeitig bleiben die geforderten Eigenschaften des Bandes bei dieser Behandlung erhalten.

[0016] Im folgenden soll die Erfindung anhand von ausgeführten Darstel­lungen näher erläutert werden.

[0017] Es zeigen:

Fig. 1 Schematische Bandverzinkungsanlage

Fig. 2 Oberfläche eines Aluminium-Zink-Überzuges, nachdressiert

Fig. 3 Wie Fig. 2, jedoch 100fach vergrößert, nachdressiert

Fig. 4 Oberfläche eines Aluminium-Zink-Überzuges mit anschlie­ßender Zinkstaubaufstäubung, nachdressiert

Fig. 5 Wie Fig. 4, jedoch 100fach vergrößert, nachdressiert

Fig. 6 normale Struktur eines Aluminium-Zink-Überzuges als Ober­flächenschliff 50fach vergrößert

Fig. 7 a Wie Fig. 6, jedoch als Kantenschliff in 500facher Vergrö­ßerung

Fig. 7 b Wie Fig. 7 a mit unterschiedlicher Ätzung

Fig. 7 c Wie Fig. 7 a, jedoch auf Mikrostruktur geätzt

Fig. 8 Aluminium-Zink-Überzug mit relativ geringer Zinkstaubauf­stäubung, als Oberflächenschliff, Sofach vergrößert

Fig. 8 a Wie Fig. 8, jedoch als Kantenschliff in 500facher Vergrö­ßerung

Fig. 8 b Wie Fig. 8 a mit unterschiedlicher Ätzung

Fig. 8 c Wie Fig. 8 a, jedoch auf Mikrostruktur geätzt

Fig. 9 Aluminium-Zink-Überzug mit relativ viel aufgestäubtem Zinkstaub, als Oberflächenschliff, 50fach vergroßert

Fig. 9 a Wie Fig. 9, jedoch als Kantenschliff in 500facher Vergrö­ßerung

Fig. 9 b Wie Fig. 9 a mit unterschiedlicher Ätzung

Fig. 9 c Wie Fig. 9 a, jedoch auf Mikrostruktur geätzt

[0018] Der vorbehandelte Bandstahl (1) läuft über eine Umlenkrolle (5) durch die Ofenschnauze (3) in die flüssige Schmelze (2) der Alumi­nium-Zink-Legierung. Über die Umlenkrollen (4) wird der Band­stahl (1) wieder aus der Schmelze (2) herausgeführt. Damit der Aluminium-Zink-Überzug eine definierte Stärke erhält, wird mittels Abstreifdüsen (6) der überschüssige Anteil abgeblasen. An­schließend gelangt der Bandstahl (1) in die Bestäubungsanla­ge (7). Hier wird der noch flüssige Bandüberzug zusätzlich mit Zinkstaub oder einem Zinkstaubgemisch angeblasen. Der aufge­blasene Staub kristallisiert mit dem Legierungsüberzug und bildet somit einen innigen Verbund mit dem Bandstahl. Die auf­geblasene Menge Zinkstaub bestimmt die Oberfläche des Band­stahles. Unmittelbar nach der Bestäubungsanlage wird der durchlaufende oberflächenbehandelte Bandstahl abgekühlt. Diese Abkühlung muß sehr schnell geschehen. Die Abkühlungsgeschwin­digkeit muß deshalb mindestens 25°C/s betragen. In einem nach­folgenden Walzendurchlauf wird die Oberfläche weiter verein­heitlicht. Durch das schnelle Abkühlen des Bandstahles (12) nach dem Bestäuben wird die Legierung zum Erstarren gebracht und man erhält eine strukturlose Oberfläche.

[0019] Der Einsatzbereich vorbeschriebener Bandstähle liegt vorwiegend im Baübereich, bei Haushaltsgeräten und in der Automobilindustrie, d. h. es wird eine vereinheitlichte Oberfläche gefordert, die sich anschließend problemlos mit z. B. Lack beschichten läßt. Diese vereinheitlichte Oberfläche war nach bisher bekannten Verfahren nicht bei Aluminium-Zink-Überzügen herzustellen.

[0020] Die Fig. 2 zeigt die Oberfläche einer normalen Aluminium-Zink-Be­schichtung. Es ist deutlich die Blumenbildung zu sehen. Fig. 3 zeigt die gleiche Oberfläche in 100facher Vergrößerung. Trotzdem diese Oberfläche nachdressiert wurde, ist keine einheitliche Flä­che vorhanden. In der Fig. 4 wird eine Oberfläche eines Aluminium­Zink-Überzuges gezeigt, der vor der Erstarrung noch zusätzlich mit Zinkstaub beblasen wurde. Die Fläche ist wesentlich einheitlicher, wie auch die Vergrößerung in Fig. 5 zeigt.

[0021] Noch deutlicher kann der Einfluß des Zinkstaubes auf die Oberfl ä­che in den nachfolgenden Figuren gemacht werden, bei denen es sich um Oberflächenschliffe in 50facher Vergrößerung handelt.

[0022] Fig. 6 zeigt sehr deutlich die kristalline Struktur eines her­kömmlichen Aluminium-Zink-Überzuges. Die Figuren 7 a, 7 b, 7 c geben die gleiche Probe wieder, jedoch in diesem Falle als Kantenschliff mit einer 500fachen Vergrößerung. Deutlich sind hier die aluminiumreichen Dendriten (8) in der Legierungs­schicht zu sehen. Zwischen den Dendriten (8) befinden sich die zinkreicheren Interdendritenbereiche, die bei dieser Probe noch sehr gering sind, aufgrund des geringen Legierungsan­teils. Die Fig. 7 c macht darüber hinaus deutlich, daß die Ausbildung der Si-Partikel (11) im Überzug und in der inter­metallischen Legierungsschicht (10) an der Grenzfläche Über­zug/Stahl, durch die Zinkbestäubung nicht beeinflußt wird. Die Fig. 8 zeigt bei den gleichen Vergrößerungsverhältnissen eine Mikrostruktur, welche durch die Bestäubung mit Zinkstaub er­reicht wird. Deutlich größer geworden ist der zinkreichere In­tendendritenbereich (9), was eine Vereinheitlichung der Ober­fläche zur Folge hat.

[0023] Extrem wird dieses in den Fig. 9 deutlich, wo ein noch größerer Zinkstaubanteil aufgeblasen worden ist. Die Blumenstruktur auf der Oberfläche ist verschwunden, es steht eine vereinheitlichte Ober­fläche für eine anschließende problemlose Beschichtung zur Verfü­gung.

Bezugszeichenliste

[0024] 

1 Bandstahl

2 Schmelze

3 Ofenschnauze

4 Umlenkrollen

5 Umlenkrolle

6 Abstreifdüsen

7 Bestäubungsanlage

8 Al-reiche Dendriten

9 Zinkreichere Interdendritenbereiche

10 intermetallische Legierungsschicht

11 Siliziumpartikel

12 Abkühlungsanlage

Ansprüche

Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von eisenhaltigen Materialien mit einem Aluminium-Zink-Legierungs­überzug, der aus 25 bis 70 Gewichtsprozenten Aluminium und einem Rest aus Zink und Silizium besteht und der durch Feuer­metallisieren in einer Schmelztauchveredelungsanlage auf Stahlbänder oder Stahlbleche aufgebracht wird, wobei das aus der Legierungsschmelze austretende, beschichtete Stahlband vor der Kristallisation des Überzuges mit fein verteilten Teilchen in eine Suspension in Luft besprüht, abgekühlt und anschlie­ßend dressiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die fein ver­teilten Teilchen aus reinem Zink bestehen und in der anschlie­ßenden Abkühlzone das beschichtete Stahl band einer Abkühlge­schwindigkeit von mindestens 25°C/s unterzogen wird.

Zeichnung