Verfahren zur Passivierung von Metallsubstratbändern

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.