(57) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Passivierung von Metallsubstratbändern,
insbesondere verzinkten Stahlbändern im Durchlaufverfahren, wobei das beschichtete
Band durch ein Bad mit wässriger saurer Passivierungslösung bewegt wird, die Chrom-(III)-Ionen
und Kobaltsalze enthält und frei von Chrom-(VI)-Ionen ist. Hierbei wird das Bad auf
eine Temperatur von zwischen 30° und 50° C erhitzt, wobei das Band mit einer Geschwindigkeit
von zwischen 20 und 40 Metern pro Minute durch das Bad geführt wird.
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Passivierung von Metallsubstratbändern,
insbesondere verzinkten Stahlbändern im Durchlaufverfahren.
[0002] Zur Herstellung von flächigen metallischen Werkstücken, wie beispielsweise Karosserieteilen
oder Geräteverkleidungen werden üblicherweise lange Metallbänder eingesetzt, die durch
Heißwalzen und/oder Kaltwalzen von Metallblöcken hergestellt werden und zum Lagern
und Transportieren zu Coils aufgewickelt werden. Technisch und wirtschaftlich von
besonderer Bedeutung sind Bänder mit einer verzinkten Oberfläche, insbesondere Bänder
aus galvanisch verzinkten oder feuerverzinkten Stahl.
[0003] Der Korrosionsschutz des Zinks beruht darauf, dass es unedeler ist als der metallische
Werkstoff selbst und deshalb zunächst selbst korrodiert, wodurch das Stahlband an
sich unversehrt bleibt. Um die korrosionsschützende Wirkung einer solchen Oxidschicht
zu erhöhen, werden die Oberflächen regelmäßig einer zusätzlichen Passivierungsbehandlung
unterzogen. Dabei löst sich ein Teil des zu schützenden Metalls auf und wird in einen
oxidischen Film auf der Metalloberfläche integriert. Dieser Film wird als Passivierungsschicht
bezeichnet. Derartige Passivierungsschichten sind vergleichsweise dünn und weisen
üblicherweise eine Dicke von bis zu 3 µm auf.
[0004] Als besonders widerstandsfähig haben sich Passivierungsschichten auf Basis von Chrom
(VI)-Lösungen erwiesen. Derartige sechswertige Chromverbindungen sind jedoch stark
toxisch, weshalb deren Einsatz zunehmend verboten ist. Um die Behandlung mit Chrom
(VI)-Lösungen zu vermeiden, ist die Behandlung mit sauren, wässrigen Chrom "III"-Lösungen
bekannt. Die sich hieraus ergebenen blauen Passivierungsschichten weisen jedoch eine
deutlich geringere Korrosionsbeständigkeit auf. Neuerdings wurden im Bereich der Stückverzinkung
Passivierungssysteme entwickelt, welche eine vergleichbare Korrosionsbeständigkeit
aufweisen, wie Chrom (VI)-Schichten. Diese Systeme enthalten beispielsweise unter
anderem Chrom-(III)-Nitrat und Cobaltnitrathexalhydrat. Eine entsprechende Passivierungslösung
wird beispielsweise von der Firma Coventya GmbH unter dem Handelsnamen LANTHANE 315
vertrieben. Optimale Ergebnisse werden nach Angaben des Herstellers bei einer Tauchzeit
von 60 Sekunden erzielt.
[0005] Diese aus der Stückverzinkung bekannten Passivierungslösungen konnten jedoch bisher
für die Behandlung von Metallbändern nicht eingesetzt werden, da Metallbänder im Durchlaufverfahren
zunächst verzinkt und anschließend prozessimmanent passiviert werden, bevor sie nachfolgend
zu Coils aufgewickelt werden. Bei den anliegenden Durchlaufgeschwindigkeiten von bis
zu 40 Meter pro Minute ergibt sich bei einer Badlänge von 4 Metern eine Verweildauer
von etwa 8 Sekunden. Ein entsprechendes Verfahren zur Passivierung von Metallsubstratbändern
ist derzeit nicht verfügbar.
[0006] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zur Passivierung von Metallsubstratbändern, insbesondere von verzinkten
Stahlbändern im Durchlaufverfahren zu schaffen, welches beim Einsatz von Chrom (III)-Lösungen
einen zumindest gleichwertigen Korrosionsschutz wie bisherige Chrom "VI" -basierte
Passivierungsverfahren ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die
Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
[0007] Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur Passivierung von Metallsubstratbändern mittels
Chrom (III) -basierenden Passivierungssystemen zu schaffen, welche eine zu bisherigen
Chrom (VI) -basierten Passivierungsverfahren zu mindest gleichwertige Korrosionsbeständigkeit
ermöglicht.
[0008] Überraschend wurde herausgefunden, dass durch die Erhöhung der Badtemperatur die
erforderliche Verweildauer bei Verwendung von Chrom (III) -haltigen Passivierungssystemen
deutlich gesenkt werden kann. Bevorzugt wird das Bad über einen Kunststoffwärmetauscher
erhitzt. Es hat sich gezeigt, dass konventionelle Edelstahlwärmetauscher in derartigen
Bädern nur eine äußerst geringe Standzeit aufweisen.
[0009] Bevorzugt wird das Band mit einer Geschwindigkeit von zwischen 25 und 35 m/min. durch
das Bad bewegt. Gute Ergebnisse wurden bei einer Geschwindigkeit von 30 m/min. pro
Sekunde erzielt.
[0010] Bevorzugt wird das Bad auf eine Temperatur von zwischen 35°C und 40°C eingestellt.
In diesem Temperaturbereich sind gute Schichteigenschaften erzielbar.
[0011] Die gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zur Durchführung des
vorgenannten Verfahrens geschaffen. Die Vorrichtung umfasst dabei wenigstens ein Chromatierungsbad,
in dem wenigstens ein Kunststoffwärmetauscher angeordnet ist. Über den Kunststoffwärmetauscher
ist eine gleichmäßige Einstellung der Temperatur auf den bevorzugten Temperaturbereich
zwischen 35° und 40° ermöglicht.
[0012] Die Erfindung wird an einem nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert: Zur
Korrosionsschutzbehandlung eines auf einem Coil aufgewickelten Stahlblechbandes wird
dieses zunächst einer bürst- und elektrolytischen Entfettung zugeführt. Nach einer
anschließenden Dekapierung ist die Vorbehandlung abgeschlossen und das Stahlband wird
in Horizontalzellen mittels Elektrolyse mit einer Zinkschicht versehen. Die aufgebrachte
Schicht weist eine Stärke von 3 µm auf. Das derart beschichtete Stahlband wird anschließend
einem Chromatisierungsbad mit einer Chrom "III"- haltigen Passivierungslösung der
Firma Coventya GmbH zugeführt, die unter dem Handelsnamen LANTHANE 315 vertrieben
wird. Diese Passivierungslösung enthält gemäß Sicherheitsdatenblatt unter anderem
Chrom-(III)-Nitrat und Cobaltnitrathexahydrat. Nach Einstellung eines PH-Wertes im
Bereich von 1,8 bis 2,2, wobei die Einstellung mit Salpetersäure oder Natronlauge
vorzunehmen ist, ist die Lösung betriebsbereit.
[0013] Das Chromatisierungsbad wird über einen in dem Bad angeordneten Kunststoffwärmetauscher
auf eine Temperatur von 35°C erhitzt. Das verzinkte Stahlband wird durch das Bad mit
einer Geschwindigkeit von 30 Meter pro Minute geführt. Anschließend wird das Stahlband
mehrfach mit fließendem Wasser abgespült und anschließend einer Trockenstufe zugeführt.
Die aufgebrachte Passivierungsschicht weist eine bläuliche Farbe auf und ist Chrom-(VI)frei.
Das so passivierte Stahlband wurde anfolgend einem Korrosionstest nach DIN 50 021
unterzogen, wobei sich die erreichte Korrosionsschutzleistung auf 72 Stunden belief.
Im Gegensatz zu den bisher zur Passivierung von Stahlbändern eingesetzten Chrom-(VI)-Verfahren,
welche eine Korrosionsschutzleistung von 48 Stunden erreichen, bedeutet dies eine
Steigerung der Korrosionsleistung auf 150 %. Bisherige bei der Stahlbandpassivierung
im Durchlaufverfahren eingesetzte Chrom-(III)-Verfahren, welche bei Raumtemperatur
durchgeführt werden, ermöglichen lediglich eine Korrosionsleistung von 6 Stunden (jeweils
bezogen auf Weißrost).
[0014] Durch die Erhöhung der Temperatur des von dem verzinkten Stahlband durchlaufenden
Passivierungsbades wird zusätzlich der Effekt erzielt, dass die erforderliche Trocknungszeit
verringert wird, wodurch eine höhere Durchlaufgeschwindigkeit erzielbar ist. Durch
die erfindungsgemäße Verwendung des aus der Stückverzinkung bekannten Chrom-(III)-Passivierungssystems
LANTHANE 315 für die Bandbeschichtung im Durchlaufverfahren, welche erst durch die
Erhitzung des Passivierungsbades möglich wurde, konnte sowohl die Korrosionsbeständigkeit
der verzinkten Stahlbänder gegenüber bisherigen Chrom-(VI)-Verfahren deutlich erhöht
werden, als auch die Durchlaufzeiten der Korrosionsbehandlungsprozesses verringert
werden.
1. Verfahren zur Passivierung von Metallsubstratbändern, insbesondere verzinkten Stahlbändern,
im Durchlaufverfahren, wobei das beschichtete Band durch ein Bad mit wässriger saurer
Passivierungslösung bewegt wird, die Chrom-(III)-Ionen und Kobaltsalze enthält und
frei von Chrom-(VI)-lonen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad auf eine Temperatur von zwischen 30° C und 50°C erhitzt wird und das Band
mit einer Geschwindigkeit von zwischen 20 m/min und 40 m/min durch das Bad geführt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad über einen Kunststoffwärmetauscher erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Band mit einer Geschwindigkeit von zwischen 25 m/min und 35 m/min, vorzugsweise
30 m/min durch das Bad bewegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bad auf eine Temperatur von zwischen 35° C und 40° C eingestellt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche,
umfassend wenigstens ein Chromatierungsbad, wobei in dem Chromatierungsbad wenigstens
ein Kunststoffwärmetauscher angeordnet ist.