[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