Der Einfluss der Vorbehandlung auf Aussehen und Struktur

Der Einfluss der Vorbehandlung auf
Aussehen und Struktur galvanischer Zinkschichten
Andreas Blumenberg – SurTec Deutschland GmbH, Zwingenberg
20. Leipziger Fachseminar – DGO, Leipzig – 28.02.2013
SurTec
International GmbH
Inhalt
Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung – Mittel zum Zweck?!
Beschichtungsfehler – mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
ungleichmäßige Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
schwarz-braune Niederschlagsbereiche nach der Zink/Nickel-Beschichtung
zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen
Analyse und Diskussion
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
2
SurTec Deutschland
Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung
– Mittel zum Zweck?!
Vorbehandlungsablauf für Stahl (vereinfachte Darstellung):
1
2
3
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
4
5
3
6
7
8
9
SurTec Deutschland
Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung
– Mittel zum Zweck?!
In der Vorbehandlung zu entfernende Verunreinigungen:
Organische Verunreinigungen
Öl
Fett
Emulsionen
Anorganische Verunreinigungen
Rost
Zunder / Oxide
Späne
Partikel
Schleif- und Polierpasten
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
4
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
ungleichmäßige Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
Gutteil
Schlechtteil
Ursache: Pigmentschmutzreste auf der Oberfläche
Fehlerbild tritt oft bei Stanzbiegeteilen bzw. wasser- oder laserstrahlgeschnittenen Bauteilen
auf
Bei der Herstellung wird die Oberfläche nicht mehr bearbeitet
Verschmutzungen aus dem kompletten Herstellungsprozess bleiben auf der Oberfläche
Vornehmlich Pigmentschmutz und Öle
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
5
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
ungleichmäßige Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
Bei der Kombination von Pigmentschmutz und Öl auf der Oberfläche ist das Zusammenspiel
der kompletten Vorbehandlung entscheidend:
Parameter
Öl
Pigment
weniger wichtig
sehr wichtig
demulgierend
emulgierend
> 70 °C
< 70°C
weniger wichtig
sehr wichtig
Heißentfettung
hoher Phosphat, Silikat
Anteil im Builder
Tensidart
Temperatur
Beize
Konzentration / Schärfe
Tensidgehalt
gleiche Bedeutung
E-Entfettung
hohe Leitfähigkeit (Lauge)
weniger wichtig
sehr wichtig
Gehalt dispergierende /
komplexierende Bestandteile
weniger wichtig
sehr wichtig
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
6
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
ungleichmäßige Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
Maßnahmen zur Vermeidung des durch Pigmentverunreinigungen verursachten
Fehlerbilds :
langsames Heißentfetten, mit hohem Dispergiervermögen:
- moderate Temperaturen <70°C, Einsatz von emulgierenden Tensiden
- hoher Anteil von Phosphaten und Silikaten im Grundreiniger
starkes und kurzes Beizen mit hohem Beizentfetteranteil
Einsatz von E-Entfettungsmedien
- mit hoher Leitfähigkeit (>100 g/l NaOH bzw. KOH)
- mit hohem Anteil an Komplexbildner und Silikaten
- im Extremfall Kombination mit schwach schäumenden Tensiden
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
7
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
Fehlerbild kann u.a. auch durch Pigmentschmutz oder z.B. durch in der Beize verharzte
Ölrückstände auftreten
In vorliegendem Fall tritt der Fehler allerdings aufgrund des schlechten Rohmaterialzustands
auf:
matter Teilbereich
glänzender Teilbereich
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
8
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
Fehleranalyse im Grundmaterial
Rohmaterial
glänzender Teilbereich
Beschichtet
glänzender Teilbereich
Rohmaterial
matter Teilbereich
Beschichtet
matter Teilbereich
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
9
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
Fehleranalyse im Grundmaterial
Rohmaterial
glänzender Teilbereich
Beschichtet
glänzender Teilbereich
Rohmaterial
matter Teilbereich
Beschichtet
matter Teilbereich
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
10
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
Fehleranalyse im Grundmaterial
Beschichtet
matter Teilbereich
Rohmaterial
matter Teilbereich
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
11
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken
matte Niederschlagsbereiche entstehen aufgrund des Rohmaterialzustands:
Material wurde beim Ziehprozess aufgerissen (Flachdraht)
die Zinkschicht wächst dendritisch aufgrund von Materialdopplungen etc. auf
Ursachenbehebung liegt außerhalb der Galvanik
Gespräch mit Kunden und Vorlieferanten muß hier gesucht werden
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
12
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
schwarz-braune Niederschlagsbereiche nach der Zink/Nickel-Beschichtung
Fehlerbild bei der Beschichtung von alkalisch Zink/Nickel Gestellware
zwei generelle Ursachen:
lokaler Ni-Komplexbildnermangel (mangelnde Bewegung oder Badkonzentration)
passive Kontakthaken aufgrund mangelnder Entschichtung
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
13
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
schwarz-braune Niederschlagsbereiche nach der Zink/Nickel-Beschichtung
Versuchsteile mit 10 µm alkalisch Zink/Nickel beschichtet und in HCl 1:1 gebeizt
Tauchzeit: 5 min.
ohne Additive
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
Tauchzeit: 5 min.
mit Inhibitor und
Beizbeschleuniger
14
Tauchzeit: 30 sek.
ohne Inhibitor und mit
geeignetem
Beizbeschleuniger
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
schwarz-braune Niederschlagsbereiche nach der Zink/Nickel-Beschichtung
mangelhafte Entschichtung der Gestellhaken kann zu passiven Kontakten und dadurch zu
schwarz-brauner Abscheidung um die Kontaktstellen führen
Ursache:
durch nicht angepassten Beizprozess bleibt Nickel auf der Oberfläche der Haken
die Nickelreste bilden Oxide in der anodischen Entfettung
Maßnahmen:
Einsatz einer Vorbeize mit Beizbeschleuniger: Netzmittel und Inhibitor frei
geeignete Beschleuniger sind Oxidationsmittel, wie z.B.:
Wasserstoffperoxid
geeignete organische Säuren
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
15
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen
neben Stahl hat der Korrosionsschutz von Zinkdruckgußbauteilen eine sehr weite
Verbreitung
Vielfach verwendet wird die Legierung ZP0410 (EN 12844) bekannt als ZAMAK 5
Zusammensetzung: ca. 4% Al, 1% Cu, 0,05% Mg, Rest Zn
zum Korrosionsschutz sind zwei Verfahren stark verbreitet:
Direktpassivierung (nach eingehender Vorbehandlung)
Verzinkung + Passivierung
Vorteil: ansprechendere Optik und verbesserter Korrosionsschutz
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
16
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen
Bauteile direkt nach der Beschichtung und nach Alterung – Fehlerbild:
Bauteile verzinkt und passiviert nach
Überseetransport
Linkes Bauteil: direkt nach der
Beschichtung
Rechts Bauteil: nach Lagerung
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
17
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen
Die Verfärbung des Bauteils hat zwei Folgen:
Beeinträchtigung der Optik
Verschlechterung des Korrosionsschutzes
Die Ursache für die Verfärbung liegt in der Natur der Legierung (ZAMAK 5) und der
Vorbehandlung:
Cu-Ionen aus der Legierung diffundieren in oberflächennahe Bereiche bzw. in die
Zinkschicht
Aluminiumanteil in der Legierung wirkt als Beschleuniger für den Diffusionsprozess
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
18
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen
Vorbehandlungsablauf für Zinkdruckguß (vielfacher Standard):
1
2
3
5
4
6
7
Eigenschaften der Vorbehandlung:
Mild alkalische Abkochentfettung
Kathodische E-Entfettung mit hohem Silikatanteil
Dekapierung: Flouridhaltig
Minimaler Angriff des Grundmaterials
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
19
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen
Um die Verfärbung des Bauteils zeitlich stark zu verzögern bzw. auszuschließen muss
Aluminium im oberflächennahen Bereich herausgelöst werden:
durch alkalisches Beizen
durch kurzes anodisches Entfetten
durch Dekapieren mit leichtem Angriff z.B. in borflourwasserstoffsäurehaltigen Lösungen
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
20
SurTec Deutschland
Beschichtungsfehler
– mögliche Fehler aus dem Substrat bzw. der Vorbehandlung
zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen
Vorbehandlungsablauf für Zinkdruckguß (angepasst auf Al und Cu haltige Legierungen):
1
2
3
5
4
6
7
Eigenschaften der Vorbehandlung (legierungs- und anlagenabhängig):
Mild alkalische Abkochentfettung
kathodische E-Entfettung zur Reinigung und kurzem anodischen Schlußintervall zum
anätzen des Bauteils
Dekapierung: mit geringem Angriff auf das Bauteil
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
21
SurTec Deutschland
Analyse und Diskussion
- Zusammenfassung
Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung – Mittel zum Zweck?!
Vorbehandlung und Werkstoffzustand haben vielfältige Auswirkungen auf die Eigenschaften
des Überzugssystems
Struktur und Aussehen von Zink- und Zinklegierungssystemen werden durch den Werkstoff
und die Vorbehandlung stark beeinflusst
Kenntnisse von Einflussgrößen können Fehler vermeiden und damit Kosten sparen
Vor der Verzinkung ist Bauteilbezogen zu prüfen ob die Vorraussetzungen für eine optimale
Vorbehandlung gegeben sind, in punkto:
Chemie
physikalische Parameter
Verfahrensablauf
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
22
SurTec Deutschland
Analyse und Diskussion
- Zusammenfassung
Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung – Mittel zum Zweck?!
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
23
SurTec Deutschland
Analyse und Diskussion
- Zusammenfassung
Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung – Mittel zum Zweck?!
Vorbehandlung ist nicht nur das Mittel zum Zweck!
Vorbehandlung ist der Weg zum Ziel!
Der Weg kann manchmal auch das Ziel sein!
DGO - 20. Leipziger FS – A. Blumenberg
24
SurTec Deutschland
Vielen Dank!
www.SurTec.com
SurTec
International GmbH