Verfahren zur Herstellung von elektrolytisch legierverzinktem Stahlblech

Abstract

 Um ein elektrolytisch legierverzinktes Stahlblech herzustellen, das im Vergleich zu einem Überzug aus reinem Zink gleicher Schichtdicke eine höhere Korrosionsbeständigkeit, auch im lackierten Zustand und bei eventuellen Beschädigungen der Lackschicht im Gebrauch, aufweist, enthält der elektrolytisch abgeschiedene Überzug aus Zinklegierung 1 bis 20 Gew.-% Nickel und 0,1 bis 5 Gew.-% Eisen.

Beschreibung

[0001] Elektrolytisch verzinktes Stahlblech, das auf kontinuierlich arbeitenden Veredlungsanlagen hergestellt wird, gelangt in zunehmendem Maß für die Herstellung von Haushalt- und Elektrogeräten und in der Automobilindustrie zum Einsatz. Das zweiseitig oder nur auf einer Seite vorveredelte Stahlblech erhält durch den Zinküberzug einen aktiven Korrosionsschutz und bietet zusammen mit einer entsprechenden chemischen Vorbehandlung einen ausgezeichneten Haftgrund für nachträgliche Lackierungen bzw. Beschichtungen.

[0002] Für Erzeugnisse, die einer starken korrosiven Belastung ausgesetzt sind, wie z. B. Karosseriebleche bei Kraftfahrzeugen, werden vielfach elektrolytisch verzinkte Stahlbleche mit erhöhter Zinkauflage eingesetzt.

[0003] Im Vergleich zur Schmelztauchveredlung können bei der elektrolytischen Abscheidung dünnere Überzüge abgeschieden und engere Schichtdickentoleranzen eingehalten werden. Die elektrolytisch abgeschiedenen Überzüge sind gleichmäßig und feinkörnig; die mechanisch-technologischen Kennwerte des Stahlträgerwerkstoffes werden bei der Elektrolyse nicht verändert. Die Möglichkeit der einseitigen elektrolytischen Veredlung ist vom Verfahrensprinzip her gesehen einfach; die unveredelte Seite des derart elektrolytisch verzinkten Stahlbleches entspricht den Anforderungen, z. B. der Automobilindustrie.

[0004] Es ist bekannt, daß mit elektrolytisch abgeschiedenen Zinklegierungen, deren Potentialunterschied gegenüber Stahl in sauren Korrosionsmedien geringer ist als der von elektrolytisch abgeschiedenem reinen Zink gegenüber Stahl, eine höhere Korrosionsschutzwirkung bei gleichen Schichtdicken erreicht werden kann. Aus diesem Grunde kann andererseits die erforderliche Schichtdicke bei vergleichbarer Korrosionsschutzwirkung vermindert werden.

[0005] Eine verminderte Schichtdicke gestattet eine Einsparung an Überzugsmetall und an für die Abscheidung erforderlichen elektrischen Energie, aber auch die Erhöhung der Durchsatzgeschwindigkeit in bestehenden Veredlungsanlagen.

[0006] Darüber hinaus muß vorausgesetzt werden, daß die üblichen Gebrauchseigenschaften, insbesondere Lackhaftung und Korrosionsschutz, auch im verarbeiteten Zustand, d. h. nach Umformen und Lackieren, und bei einer Beschädigung der Lackschicht im Gebrauch nicht verschlechtert werden.

[0007] Für die Verbesserung der Korrosionsschutzwirkung und der Lackhaftung bei elektrolytisch verzinktem Stahlblech unter Verwendung von binären oder ternären Zinklegierungsüberzügen im Einschicht- oder Zweischichtenaufbau, abgeschieden aus sauren Elektrolyten, sind verschiedene Möglichkeiten bekanntgeworden.

[0008] Verfahren gemäß DE-OS 30 31 501 ist gekennzeichnet durch einen Überzug aus einer Zink-NickelLegierung mit einem Nickelgehalt von 10 bis 15 Gew.-%, die direkt auf Stahl oder auf eine dünne Nickel-Grundierung, d. h. als Zweischichtenaufbau, abgeschieden wird.

[0009] Ein derartig legierverzinktes Stahlblech besitzt im nicht umgeformten Zustand eine größere Korrosionsbeständigkeit als ein Stahlblech mit gleich dickem Zinküberzug; es treten jedoch erfahrungsgemäß beim Umformen deutliche Risse im Überzug auf, die den Korrosionsschutz beeinträchtigen.

[0010] Das ferner bekannte Verfahren gemäß DE-OS 30 05 159 ist ebenfalls durch eine Zink-Nickel-Abscheidung gekennzeichnet, die unter anderen Verfahrensbedingungen vorgenommen wird.

[0011] Ein derartig legierverzinktes Stahlblech verhält sich erfahrungsgemäß nicht besser als das vorher genannte.

[0012] Weiterhin ist das Verfahren gemäß DE-OS 30 24 932 gekennzeichnet durch einen einschichtigen Überzug aus einer Zink-Eisen-Legierung mit einem Eisengehalt von 5 bis 35 Gew.-% bzw. durch einen Überzug aus einer Zink-Eisen-Legierung mit Zusätzen von Nickel und/oder Chrom und/oder Kupfer, wobei der Gehalt der Legierungsmetalle Nickel, Chrom und/oder Kupfer 0,01 bis 10 Gew.-% des Überzugs beträgt.

[0013] Erfahrungsgemäß zeigt ein Überzug aus einer Zink-Eisen-Legierung eine mit steigendem Eisengehalt abnehmende sogen. Blankkorossionsbeständigkeit.

[0014] Weitere Zusätze wie Nickel führen zu einer mit steigendem Gehalt verringerten Umformbarkeit. Außerdem nimmt die kathodische Schutzwirkung des Überzuges insbesondere im Bereich von Schnittflächen und Beschädigungen der Lackschicht ab.

[0015] Das Verfahren gemäß der DE-OS 29 46 668 ist gekennzeichnet durch einen Überzug aus einer Zink-Eisen-Legierung mit einem Eisenhalt von 1 bis 60 Gew.-%, im Zweischichtenaufbau auf einem Überzug aus Reinzink oder einer Zinklegierung mit geringen Gehalten an Kobalt und Chrom und/oder Indium und/oder Zirkonium.

[0016] Ein derartig legierverzinktes Stahlblech verhält sich erfahrungsgemäß nicht besser als das vorher genannte.

[0017] Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein elektrolytisch legierverzinktes Stahlblech herzustellen, das im Vergleich zu einem Überzug aus reinem Zink gleicher Schichtdicke eine höhere Korrosionsbeständigkeit, auch im lackierten Zustand und bei eventuellen Beschädigungen der Lackschicht im Gebrauch, aufweist. Dabei sollen die bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren erfahrungsgemäß auftretenden Nachteile wie deutliche Rißbildung beim Umformen, verminderte sogenannte Blankkorrosionsbeständigkeit und stark verringerte kathodische Schutzwirkung vermieden werden. Ferner soll die Eignung des Werkstoffes zum Widerstandsschweißen und zum Phosphatieren erhalten bleiben.

[0018] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Stahlblech durch eine kontinuierliche elektrolytische Abscheidung ein- oder zweiseitig mit einem Überzug aus einer Zinklegiernng versehen wird, die 1 bis 20 Gew.-% Nickel und 0,1 bis 5 Gew.-% Eisen enthält. Dabei soll der Nickelgehalt vorzugsweise unter 10 Gew.-% gehalten werden, der Eisengehalt vorzugsweise bei 3 bis 5 Gew.-% liegen. Dieser Überzug aus der genannten Zinklegierung kann sowohl einschichtig als auch im Zweischichtenverfahren auf oder unter einem elektrolytisch abgeschiedenen Überzug aus reinem Zink oder einer anderen Zinklegierung auf das Stahlblech aufgebracht werden.

[0019] Die Gesamtdicke des Überzuges beträgt im Einschicht- bzw. Zweischichtenaufbau 0,5 bis 15 _/um je Seite, wobei die Dicke des Überzuges aus der genannten Zinklegierung im Zweischichtenaufbau bei mindestens 0,1 ;um je Seite liegen soll.

[0020] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Zinklegierung vorzugsweise aus einem sulfatsauren Elektrolyten abgeschieden wobei vorzugsweise lösliche Anoden verwendet werden.

[0021] Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Beispiels näher erläutert:

Beispiel

[0022] Die Oberfläche eines kaltgewalzten Stahlbandes wird in einem kontinuierlichen Verfahren zunächst elektrolytisch in einer alkalischen Lösung entfettet, gespült und anschließend im Einschichtaufbau elektrolytisch mit einem Überzug aus Zinklegierung versehen, gespült und getrocknet.

1 Chemische Zusammensetzung des sulfatsauren Elektrolyten

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2 Abscheidunsbedinunen

[0024] 

3 Überzugseigenschaften

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[0026] In der Salzsprühnebelprüfung (DIN 50 021) ist der erfindungsgemäße Legierungsüberzug bei einer Überzugsdicke von 5 µm nach Phosphatierung und Chromatpassivierung doppelt so korrosionsbeständig wie ein gleich dicker und gleich nachbehandelter Zinküberzug. In der gleichen Prüfung verhält sich ein Prüfmuster mit Legierungsüberzug nach Phosphatierung, kathodischer Elektrotauchlackierung und simulierter Steinschlagbelastung dreimal besser als ein Prüfblech mit Zinküberzug.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von elektrolytisch legierverzinktem Stahlblech, bei dem das Stahlblech durch eine kontinuierliche elektrolytische Abscheidung aus einem sauren Elektrolyten ein-oder zweiseitig im Einschicht- oder Zweischichtenaufbau mit einem Überzug aus einer Zinklegierung versehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytisch abgeschiedene Überzug aus Zinklegierung 1 bis 20 Gew.-% Nickel und 0,1 bis 5 Gew.-% Eisen enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytisch abgeschiedene Überzug aus Zinklegierung vorzugsweise unter 10 Gew.-% Nickel und vorzugsweise 3 bis 5 Gew.-% Eisen enthält.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytisch abgeschiedene Überzug aus Zinklegierung im Einschichtaufbau eine Schichtdicke von 0,5 bis 15 _/um je Seite hat.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytisch abgeschiedene Überzug aus Zinklegierung im Zweischichtenaufbau auf einen zuvor elektrolytisch abgeschiedenen Überzug aus reinem Zink aufgebracht wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytisch abgeschiedene Überzug aus Zinklegierung im Zweischichtenaufbau unter einem nachfolgend elektrolytisch abgeschiedenen Überzug aus reinem Zink oder einer anderen Zinklegierung aufgebracht wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtschichtdicke 0,5 bis 15 µm je Seite, die Dicke des Überzuges aus der Zinklegierung mindestens 0,1 µm je Seite beträgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6,. dadurch gekennzeichnet, daß die Zinklegierung vorzugsweise aus einem sulfatsauren Elektrolyten abgeschieden wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise lösliche Anoden verwendet werden.