Korrosionsschutzbeschichtung mit zwei Zinkschichten

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Korrosionsschutzbeschichtung mit Zink.

[0002] Zinkschichten als Korrosionsschutz von metallischen Gegenständen sind nach dem Stand der Technik allgemein bekannt, ebenso Verfahren zum Abscheiden einer solchen Zinkschicht aus einem galvanischen Bad.

[0003] Die DE 31 29 129 A1 offenbart ein Verfahren zur zweistufigen galvanischen Abscheidung hochglänzender, haftfester Überzüge für Schrauben. Dazu wird eine erste Zinkschicht aus einem sauren Bad abgeschieden, eine zweite Zinkschicht aus einem alkalischen Bad.

[0004] Die DE 198 37 431 A1 beschreibt ebenfalls ein zweistufiges Beschichtungsverfahren, wobei die erste Schicht als Zink, Zink-Nickel-Legierung oder Zink-Kobalt-Legierung aus einem sauren Elektrolyten abgeschieden wird. Die zweite Schicht wird als Zink-Nickel-Legierung aus einem alkalischen Elektrolyten abgeschieden.

[0005] Die DE 197 16 375 A1 betrifft ebenfalls ein zweistufiges Beschichtungsverfahren, bei dem eine erste Zinkschicht aus einem sauren Elektrolyten abgeschieden wird und eine Dicke von 0,5 µm bis 3 µm hat. Die zweite Zinkschicht wird aus einem alkalischen Elektrolyten abgeschieden.

[0006] Die JP 61 183491 A beschreibt ein mehrstufiges Beschichtungsverfahren, wobei als erste Schicht eine Zink-Nickel-Legierung vorgesehen ist und die zweite Schicht entweder als Zinkschicht oder wiederum als Zink-Nickel-Legierung ausgeführt ist.

[0007] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte Korrosionsschutzbeschichtung anzugeben.

[0008] Die Erfindung löst das Problem mit einem Verfahren zur Korrosionsschutzbeschichtung eines Gegenstandes mit metallischer Oberfläche, bei dem eine erste Zinkschicht in einem sauren galvanischen Bad und unmittelbar auf der ersten eine zweite Zinkschicht mit einer Dicke von mindestens 5 µm in einem alkalischen galvanischen Bad abgeschieden wird, wobei die erste Zinkschicht eine Dicke von mindestens 4 µm hat und der Gegenstand als von unterhalb des Fahrzeuges aus frei zugänglicher Bestandteil, insbesondere als Bestandteil einer Radaufhängung, eines Kraftfahrzeuges ausgelegt ist.

[0009] Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und ergeben sich des weiteren aus der folgenden Beschreibung. Die Offenbarung ist dabei im Hinblick auf die Verfahrens- und Vorrichtungskategorie, sowie auf die Verwendung eines Gegenstandes, der eine erfindungsgemäße Beschichtung aufweist oder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet wurde, zu verstehen.

[0010] Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, mit einer gut haftenden und strapazierfähigen Zinkbeschichtung den Korrosionsschutz zu verbessern, indem direkt aufeinander folgend zwei Zinkschichten aus einem sauren und einem alkalischen galvanischen Bad jeweils von zumindest einer gewissen Dicke abgeschieden werden.

[0011] Dabei kann eine solche Zinkbeschichtung dem Korrosionsschutz eines Gegenstandes mit metallischer Oberfläche, die vorzugsweise eisenhaltig, beispielsweise aus Stahl, ist, dienen.

[0012] Die erfindungsgemäße Korrosionsschutzbeschichtung weist zwei unmittelbar aufeinander folgende Zinkschichten auf, von denen die erste Zinkschicht aus einem wässrigen sauren und die zweite Zinkschicht aus einem wässrigen alkalischen galvanischen Bad abgeschieden wird. Diese beiden galvanischen Badtypen zur Abscheidung von Zinkschichten sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, wobei die Erfindung maßgeblich in der angegebenen Kombination und Dicke der Schichten, abgeschieden aus jeweils unterschiedlichen Bädern, liegt.

[0013] Die aus einem wässrigen sauren Bad abgeschiedene Zinkschicht weist zumindest im Vergleich zu der aus einem alkalischen Bad abgeschiedenen Schicht eine sehr gute Oberflächenhaftung, insbesondere auch auf Stahl auf, kann jedoch eine rissige, säulenartige Oberfläche zeigen. Dagegen weist eine aus einem alkalischen Bad abgeschiedene Zinkschicht eine quasiamorphe geschlossene Oberfläche von vergleichsweise hoher Härte jedoch geringerer Duktilität auf, die bei einer mechanischen Belastung vergleichsweise leicht aufreißen oder sich auch von dem beschichteten Material ablösen kann. Erst durch die erfindungsgemäße Kombination der ersten Zinkschicht mit der unmittelbar folgenden zweiten Zinkschicht kann bei den erfindungsgemäßen Schichtdicken ein deutlich verbesserter Korrosionsschutz erreicht werden. Dabei zeigt sich besonders deutlich ein Synergieeffekt, wobei die erste (duktile) Zinkschicht insbesondere eine sehr gute Haftung auf dem beschichteten Gegenstand gewährleistet, mechanische Stauchungen oder Dehnungen abfangen kann und als Haftvermittler für die zweite Zinkschicht dient, die eine geschlossene Oberfläche der gesamte Beschichtung von größerer Härte schafft.

[0014] Dabei beträgt die Dicke der ersten Zinkschicht mindestens 4 µm, 5 µm oder 6 µm und die Dicke der zweiten Zinkschicht in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt mindestens 5 µm, 7 µm, 9 µm oder 10 µm.

[0015] Für einen hinreichenden Korrosionsschutz und gute Schichtmorphologie kann die Schichtdicke der ersten Zinkschicht in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 15 µm, 12 µm, 10 µm oder 8 µm und die Dicke der zweiten Zinkschicht in dieser Reihenfolge zunehmend bevorzugt höchstens 25 µm, 22 µm, 20 µm oder 18 µm sein.

[0016] Das wässrig saure galvanische Bad weist vorzugsweise einen pH-Wert von in diesen Reihenfolgen zunehmend bevorzugt mindestens 4,5, 4,8 oder 4,9 und höchstens 5,8, 5,5 oder 5,3 auf.

[0017] Das wässrig alkalische galvanische Bad weist vorzugsweise einen pH-Wert von mindestens 12 und höchstens 14 auf, wobei hier ein pH-Wert von über 13 besonders bevorzugt ist.

[0018] Die galvanische Behandlungsdauer zum Abscheiden der ersten Zinkschicht kann in diesen Reihenfolgen zunehmend bevorzugt mindesten 4 min, 6 min, 8 min oder 10 min und höchstens 30 min, 27 min, 24 min oder 20 min betragen. Dabei ist eine Badtemperatur von mindestens 12 °C oder 20 °C und höchstens 35 °C oder 30 °C bevorzugt.

[0019] Die Behandlungsdauer zum Abscheiden der zweiten Zinkschicht aus dem alkalischen Bad kann in diesen Reihenfolgen zunehmend bevorzugt mindestens 15 min, 18 min oder 20 min und höchstens 45 min, 42 min oder 40 min betragen. Auch das alkalische Bad hat dabei vorzugsweise eine Temperatur von mindestens 15 °C oder 20 °C und höchstens 40 °C oder 30 °C.

[0020] Die Stromdichte bei der galvanischen Abscheidung der ersten Zinkschicht in dem sauren Bad beträgt vorzugsweise mindestens 0,3 A/dm² und höchstens 2,5 A/dm², und zwar vorzugsweise bei einer Spannung zwischen 1,5 V und 5 V. Die Stromdichte in dem alkalischen Bad beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 A/dm² und höchstens 5 A/dm², und zwar bevorzugt bei einer Spannung von mindestens 3 V und höchstens 8 V.

[0021] Das saure galvanische Bad weist vorzugsweise in diesen Reihenfolgen zunehmend bevorzugt
mindestens 10 g/l, 20 g/l, 25 g/l oder 30 g/l und höchstens 60 g/l, 45 g/l oder 40 g/l Zink,
mindestens 80 g/l, 100 g/l oder 120 g/l und höchstens 200 g/l, 180 g/l oder 160 g/l Chlorid und
mindestens 10 g/l, 15 g/l, 20 g/l oder 25 g/l und höchstens 40 g/l oder 35 g/l Borsäure auf.

[0022] Ferner kann das saure galvanische Bad zusätzlich in den jeweiligen Reihenfolgen zunehmend bevorzugt
mindestens 0,5 ml/l oder 0,8 ml/l und höchstens 2 ml/l oder 1,5 ml/l organischen Glanzzusatz und/oder
mindestens 30 ml/l und höchstens 80 ml/l oder 50 ml/l organische Tenside aufweisen.

[0023] Dabei kann das saure Bad eine wässrige Lösung sein, die besonders bevorzugt bis auf eventuelle Verunreinigungen ausschließlich die zuvor genannten Komponenten aufweist.

[0024] Das alkalische galvanische Bad kann in diesen Reihenfolgen zunehmend bevorzugt
mindestens 5 g/l oder 10 g/l und höchstens 20 g/l oder 14 g/l Zink,
mindestens 50 g/l oder 100 g/l und höchstens 200 g/l oder 140 g/l eines alkalischen Zusatzes aufweisen, wobei der alkalische Zusatz beispielsweise NaOH sein kann.

[0025] Ferner kann das alkalische Bad in diesen Reihenfolgen zunehmend bevorzugt zusätzlich
mindestens 8 ml/l oder 10 ml/l und höchstens 20 ml/l oder 15 ml/l eines organischen Glanzträgers und/oder
mindestens 0,5 ml/l und höchstens 3 ml/l oder 2 ml/l eines organischen Glanzverstärkers aufweisen.

[0026] Auch das alkalische galvanische Bad liegt vorzugsweise als wässrige Lösung vor und kann in einer besonders bevorzugten Ausführung neben eventuellen Verunreinigungen höchstens die zuvor genannten Komponenten in wässriger Lösung aufweisen.

[0027] Vorzugsweise wird nach dem Abscheiden der ersten Zinkschicht der zu beschichtende Gegenstand gespült, und zwar günstigerweise zumindest mit Wasser. Ebenso kann ein Spülen nach dem Abscheiden der zweiten galvanischen Zinkschicht erfolgen. Ferner ist eine Reinigung des zu beschichtenden Gegenstandes vor dem Abscheiden der ersten Zinkschicht vorteilhaft, wobei hier, insbesondere auch in Abhängigkeit des Materials des zu beschichtenden Gegenstandes, aus dem Stand der Technik zahlreiche Reinigungsverfahren bekannt sind. Auch kann zur Verbesserung des galvanischen Abscheidungsprozesses jeweils das galvanische Bad und/oder auch der zu beschichtende Gegenstand in dem Bad bewegt werden.

[0028] Bei einer vorteilhaften Ausführung der Beschichtung kann (insbesondere unmittelbar) auf die zweite Zinkschicht eine Dickschichtpassivierung folgen, wobei diese in einem chemischen Prozess in einem weiteren Bad aufgetragen werden kann. Durch eine solche zusätzliche Dickschichtpassivierung kann die mechanische Widerstandsfähigkeit der gesamten Beschichtung zusätzlich erhöht werden. Ebenso kann ein zusätzlicher Schutz gegen chemische Einflüsse erzielt werden.

[0029] Ebenso kann auch unmittelbar auf die zweite Zinkschicht oder auch unmittelbar auf die Dickschichtpassivierung folgend ein Lack aufgetragen werden. Dadurch lassen sich in bekannter Weise ebenfalls die mechanische Widerstandsfähigkeit und/oder der Schutz gegen chemische Einflüsse verbessern. Dabei kann der Lack durch elektrochemisches Tauchlackieren aufgetragen werden, vorzugsweise durch kathodisches Tauchlackieren, das auch als KTL-Beschichtung bezeichnet wird und aus dem Stand der Technik bekannt ist.

[0030] Ein Gegenstand, der zumindest die beiden erfindungsgemäßen galvanischen Zinkschichten aufweist, kann als Bestandteil eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden, und zwar besonders bevorzugt als ein Bauteil, das von unterhalb des Fahrzeuges aus frei zugänglich ist. Dabei kann es ein Fahrzeugteil aus nicht rostfreiem Stahl sein und erfindungsgemäß vor Feuchtigkeit, korrosiven Substanzen wie beispielsweise Salz, aber auch mechanischen Einwirkungen auf seine Oberfläche geschützt sein. Besonders bevorzugt kann dabei ein Bestandteil einer Kfz-Bodengruppe, insbesondere ein Teil eines Antriebssystems oder einer Radaufhängung, beispielsweise ein Fahrschemel, eine erfindungsgemäße Beschichtung aufweisen.

[0031] Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei die einzelnen Merkmale auch in anderen Kombinationen, insbesondere auch mit der vorhergehenden Beschreibung, erfndungswesentlich sein können.

[0032] Ein aus einem nicht rostfreien Stahlblech gefertigter Fahrschemel wird in einer ersten Behandlung gereinigt, insbesondere entfettet und von Oberflächenoxiden befreit. Nach einem Spülvorgang in Wasser wird er in einem sauren galvanischen Bad bei 28 °C mit einem Strom von 0,6 A/dm² unter einer Spannung von 2,7 V bei einer Behandlungsdauer von 15 min verzinkt. Das Bad mit einem pH-Wert von 5,0 besteht hier aus einer wässrigen Lösung von 35 g/l Zink, 140 g/l Chlorid, 30 g/l Borsäure, 1,2 ml/l organischem Glanzzusatz und 40 ml/l organischen Tensiden. In diesem Bad wird eine erste duktile gut haftende Zinkschicht von oberflächenrissiger Struktur von etwa 7 µm aufgetragen und der Achsschemel anschließend in Wasser gespült.

[0033] Unmittelbar im Anschluss erfolgt eine weitere galvanische Behandlung in einem alkalischen Bad mit einem pH-Wert von etwa 14 und bei einer Temperatur von 26 °C. Hierbei wird eine zweite Zinkschicht während einer Behandlungsdauer von 30 min bei einer Stromdichte von 1 A/dm² bei einer angelegten Spannung von 5,5 V abgeschieden. Dieses zweite galvanische Bad weist hierbei eine wässrige Lösung von 12 g/l Zink, 120 g/l NaOH, 12 ml/l organische Glanzträger und 1,2 ml/l organische Glanzverstärker auf. Insgesamt wird hier eine Schichtdicke von etwa 16 µm eines quasiamorphen Zinkgefüges abgeschieden, wobei nach der galvanischen Beschichtung der Fahrschemel nochmals mit Wasser gespült wird.

[0034] Bei einem weiteren Beispiel wird auf einem beschichteten Fahrschemel in einem weiteren Bad unmittelbar auf der zweiten Zinkschicht eine Dickschichtpassivierung chemisch abgeschieden und anschließend der Gegenstand wieder in einem Wasserbad gespült. Der so hergestellte Fahrschemel weist also eine Korrosionsschutzbeschichtung mit zwei unmittelbar aufeinander folgenden Zinkschichten und einer äußeren Dickschichtpassivierung auf.

[0035] Ein weiteres Ausführungsbeispiel liegt in der Korrosionsschutzbeschichtung eines Fahrschemels, die sich von dem zuvor beschriebenen durch eine KTL-Beschichtung anstatt der Dickschichtpassivierung unterscheidet.

[0036] Ein viertes Ausführungsbeispiel entspricht dem ersten, weist also zwei aufeinanderfolgende erfindungsgemäße Zinkschichten auf. Zusätzlich ist unmittelbar auf der zweiten Zinkschicht eine Dickschichtpassivierung und unmittelbar auf dieser eine KTL-Beschichtung aufgetragen. Dieses Ausführungsbeispiel hat also eine Korrosionsschutzbeschichtung mit diesen vier aufeinander folgenden Schichten.

Ansprüche

1. Verfahren zur Korrosionsschutzbeschichtung eines Gegenstandes mit metallischer Oberfiäche, bei dem
eine erste Zinkschicht in einem sauren galvanischen Bad und
unmittelbar auf der ersten eine zweite Zinkschicht mit einer Dicke von mindestens 5 µm in einem alkalischen galvanischen Bad abgeschieden wird,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zinkschicht eine Dicke von mindestens 4 µm hat, und der Gegenstand als von unterhalb des Fahrzeuges aus frei zugänglicher Bestandteil, insbesondere als Bestandteil einer Radaufhängung, eines Kraftfahrzeuges ausgelegt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Dicke der ersten Zinkschicht höchstens 15 µm beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dicke der zweiten Zinkschicht höchstens 25 µm beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der pH-Wert des sauren Bades mindestens 4,5 und höchstens 5,8 beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der pH-Wert des alkalischen Bades mindestens 12 und höchstens 14 beträgt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Behandlungsdauer In dem sauren galvanischen Bad mindestens 4 min beträgt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Behandlungsdauer in dem alkalischen Bad mindestens 15 min beträgt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Stromdichte von mindestens 0,3 A/dm² in dem sauren Bad.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Stromdichte von mindestens 0,5 A/dm² in dem alkalischen Bad.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das saure galvanische Bad aufweist:

mindestens 10 g/l und höchstens 60 g/l Zink,

mindestens 80 g/l und höchstens 200 g/l Chlorid und

mindestens 10 g/l und höchstens 40 g/l Borsäure.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das alkalische galvanische Bad aufweist:

mindestens 5 g/l und höchstens 20 g/l Zink und

mindestens 50 g/l und höchstens 200 g/l NaOH.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem unmittelbar auf der zweiten Zinkschicht eine Dickschlchtpassivierung abgeschieden wird.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem gegebenenfalls unmittelbar auf der Dickschichtpassivierung bzw. auf der zweiten Zinkschicht eine KTL-Beschichtung aufgetragen wird.

Claims

1. A method for coating an object having a metallic surface by an anticorrosive coating, wherein
a first zinc layer is deposited in an acid galvanic bath and
a second zinc layer having a thickness of 5 µm is deposited in an alkaline galvanic bath directly on said first zinc layer,
characterized in that said first zinc layer has a thickness of 4 µm at minimum and said object is designed as a component of a motor vehicle, being freely accessible from below said vehicle, in a particular as a component of a wheel suspension of said motor vehicle.

2. The method according to claim 1, wherein said thickness of said first zinc layer is 15 µm at maximum.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein said thickness of said second zinc layer is 25 µm at maximum.

4. The method according to one of the preceding claims, wherein a pN-value of said acid bath is 4,5 at minimum and 5,8 at maximum.

5. The method according to one of the preceding claims, wherein a pH-value of said alkaline bath is 12 at minimum and 1A. at maximum.

6. The method according to one of the preceding claims, wherein a duration of a treatment in said acid galvanic bath is 4 min at minimum.

7. The method according to one of the preceding claims, wherein a duration of a treatment in said alkaline bath is 15 min at minimum.

8. The method according to one of the preceding claims, wherein a current density of at least 0,3 A/dm² is applied in said acid bath.

9. The method according to one of the preceding claims, wherein a current density of at least 0,5 A/dm² is applied in said alkaline bath.

10. The method according to one of the preceding claims, wherein said acid galvanic bath comprises:

10 g/l of zinc at minimum and 60 g/l of zinc at maximum,

80 g/l of chloride at minimum and 200 g/l of chloride at maximum and

10 g/l of boric acid at minimum and 40 g/l of boric acid at maximum.

11. The method according to one of the preceding claims, wherein said alkaline galvanic bath comprises:

5 g/l of zinc at minimum and 20 g/l of zinc at maximum and

50 g/l of NaOH at minimum and 200 g/l of NaOH at maximum.

12. The method according to one of the preceding claims, wherein a thick-film passivation is deposited directly on said second zinc layer.

13. The method according to one of the preceding claims, wherein an EPD-coating is provided on said second zinc layer or, if applicable, on said thick-film passivation.

Revendications

1. Procédé d'application d'un revêtement de protection contre la corrosion sur un objet à surface métallique, dans lequel
on dépose une première couche de zinc dans un bain galvanique acide et
on dépose, directement sur la première couche de zinc, une deuxième couche de zinc d'une épaisseur d'au moins 5 µm dans un bain galvanique alcalin,
caractérisé en ce que la première couche de zinc possède une épaisseur d'au moins 4 µm, et l'objet est conçu sous la forme d'un composant de véhicule motorisé librement accessible depuis la partie inférieure du véhicule, notamment sous la forme d'un composant d'une suspension de roue.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'épaisseur de la première couche de zinc est au maximum de 15 µm.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'épaisseur de la deuxième couche de zinc est au maximum de 25 µm.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la valeur du pH du bain acide est d'au moins 4,5 et au maximum de 5,8.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la valeur du pH du bain alcalin est d'au moins 12 et au maximum de 14.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la durée de traitement dans le bain galvanique acide est d'au moins 4 min.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la durée de traitement dans le bain alcalin est d'au moins 15 min.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes mettant en oeuvre une intensité de courant d'au moins 0,3 A/dm² dans le bain acide.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, mettant en oeuvre une intensité de courant d'au moins 0,5 A/dm² dans le bain alcalin.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le bain galvanique acide présente :

au moins 10 g/l et au maximum 60 g/l de zinc,

au moins 80 g/l et au maximum 200 g/l de chlorure et

au moins 10 g/l et au maximum 40 g/l d'acide borique.

11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le bain galvanique alcalin présente :

au moins 5 g/l et au maximum 20 g/l de zinc, et

au moins 50 g/l et au maximum 200 g/l de NaOH.

12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une couche épaisse de passivation est déposée directement sur la deuxième couche de zinc.

13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un revêtement appliqué selon le processus électrophorétique cathodique est déposé, le cas échéant, directement sur la couche épaisse de passivation ou sur la deuxième couche de zinc.