EP0061130A1 - Verfahren zum galvanischen Abscheiden eines Zink-Nickel-Legierungsüberzuges auf einem Metallgegenstand, insbesondere auf Bandstahl - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for the electrodeposition of an alloy coating on a metal object, in particular a zinc-nickel alloy coating on steel strip, using soluble; anodes each containing only one alloy element.
- Strip steels with zinc-nickel alloy coatings are used when corrosion resistance is required. It is important that they retain good corrosion resistance even when deformed. In this regard, known galvanic deposition processes lead to unsatisfactory results.
- an alloy coating is electrodeposited on a metal object, in particular a zinc-nickel alloy coating on steel strip, it is also important that the alloy coating contains a predetermined constant percentage composition of the alloy elements.
- the deposition of an alloy coating with a constant composition depends on various factors, primarily on the concentration of the various alloy elements in the electrolyte. A simple control of the concentration of the different alloying elements in the electrolyte has so far been practically impossible.
- the invention has for its object to provide a method for the electrodeposition of an alloy coating on a metal object, in particular a zinc-nickel alloy coating on steel strip of the type mentioned, which leads to alloy coatings with good corrosion resistance even in the deformed state. Furthermore, it should be possible in a simple manner to control the concentration of the different alloy elements in the electrolyte and thus to deposit an alloy coating with a desired constant percentage composition.
- the galvanic deposition process is preceded by intensive electroless pretreatment of the metal object, such as the steel strip, with the electrolyte, expediently at a flow velocity on the belt of at least 2m / sec. and a treatment time of at least 5 seconds.
- the electroless pretreatment can be carried out by first passing the steel strip through an electroless electrolytic bath or by spraying the electrolyte onto the steel strip passing by. This electroless pretreatment at a high relative speed between the electrolytic bath and the strip deposits a thin zinc-nickel-containing primary layer, so that the actual electrolytic zinc-nickel coating takes place on this primary layer.
- Controlling the concentration of the different alloy elements in the electrolyte and thus the deposition of an alloy coating with a desired constant percentage composition is achieved by connecting the anodes containing different alloy elements to separate power supplies and controlling the current at the anodes separately.
- This arrangement has the advantage that the concentration of the components in the electrolyte can easily be regulated by differently controlling the current on the two zinc or nickel anode carriers.
- the anode supports each containing only one alloy element can be arranged in two different electrolyte tanks, which are connected to one another via a storage tank, so that the composition of the electrolyte, despite the separate anode supports, ensures the deposition of a uniform alloy composition.
- By appropriately controlling the current flow other percentage compositions of the alloy coating can be obtained in a simple manner with a view to achieving good corrosion resistance, and this composition can then also be kept constant.
- the process is expediently carried out in such a way that several anodes of an alloy element, e.g. Zinc, arranged in a common anode basket and this to a separate one, from power supplies to anode baskets, the anodes of another alloy element, e.g. Nickel, included, separate power supply connects.
- an alloy element e.g. Zinc
- another alloy element e.g. Nickel
- the method according to the invention is not intended to be limited to the electrodeposition of a zinc-nickel alloy coating. If necessary, it can also be used to deposit lead-tin or copper-zinc alloy.
- the drawing schematically shows a system for the galvanic deposition of a zinc-nickel alloy coating on a steel strip 1.
- This steel strip 1 is to be provided with such an alloy coating on one side.
- the steel strip 1 is connected via the current supply rollers 2 as a cathode.
- the steel strip 1 Before the steel strip 1 runs through the electrolyte tanks, it is subjected to a pretreatment at 20 on the side to be coated, by being electrolessly sprayed with it in order to deposit a zinc-nickel-containing thin primary layer on the strip.
- An anode basket 4 which is filled with zinc anodes 5, is arranged in a first tank 3 filled with a suitable electrolyte.
- This anode basket is connected to a power supply 6.
- the electrical circuit 7 the structure of which is known per se, the current can be controlled as a function of the coating thickness, the belt speed, the belt width and the desired composition of the alloy coating.
- the current supply 11 to the second anode basket 9 is independent of the first current supply 6.
- the current at the anode basket 9 can be regulated independently of the anode basket 4 via a circuit 12 corresponding to the circuit 7.
- Zinc is first dissolved in tank 3 on the steel belt 1 passing through the system from right to left. Nickel is then dissolved in tank 8. The metal deposition takes place in both tanks 3, 8 as an alloy. The separate current control on the anode baskets 4 and 9 influences the concentration of zinc and nickel in the electrolyte, thereby keeping the composition of the deposited alloy constant in the desired ratio.
- the electrolyte is the same in both tanks 3, 8 and is supplied to tanks 3, 8 from a common storage container 13.
- each anode basket 4 or 9 it would also be conceivable to provide an electrically insulated construction of each anode basket 4 or 9 according to the entrance and exit strand of the strip 1.
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Abstract
Bei dem Verfahren zum galvanischen Abscheiden eines Legierungsüberzuges auf einem Metallgegenstand, insbesondere eines Zink-Nickel-Legierungsüberzuges auf Bandstahl, (1) schaltet man dem galvanischen Abscheiden des Legierungsüberzuges eine intensive stromlose Vorbehandlung (20) des Metallgegenstandes mit dem Elektrolyten voraus, um zunächst eine zink-nickelhaltige dünne Primärschicht abzuscheiden, so daß die eigentliche elektrolytische Zink-Nickel-Beschichtung auf dieser Primärschicht erfolgt. Damit die Abscheidung des Legierungsüberzuges mit einer gewünschten konstanten prozentualen Zusammensetzung erfolgt, verwendet man getrennte, jeweils nur ein Legierungselement enthaltende Anoden (5) (10), die man an getrennte Stromkreise (6) (11) anschließt, um den Strom an den unterschiedliche Legierungselemente enthaltenden Anoden getrennt zu steuern.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum galvanischen Abscheiden eines Legierungsüberzuges auf einem Metallgegenstand, insbesondere eines Zink-Nickel-Legierungsüberzuges auf Bandstahl, unter Verwendung löslicher; jeweils nur ein Legierungselement enthaltender Anoden.
- Bandstähle mit Zink-Nickel-Legierungsüberzügen finden Verwendung, wenn Korrosionsbeständigkeit gefordert wird. Dabei ist wichtig, daß sie auch im verformten Zustand eine gute Korrosionsbeständigkeit behalten. Diesbezüglich.führen bekannte galvanische Abscheidungsverfahren zu nicht ganz befriedigenden Ergebnissen.
- Bei dem galvanischen Abscheiden eines Legierungsüberzuges auf einem Metallgegenstand, insbesondere eines Zink-Nickel- Legierungsüberzuges auf Bandstahl kommt es auch darauf an, daß der Legierungsüberzug eine vorbestimmte konstante prozentuale Zusammensetzung der Legierungselemente enthält. Die Abscheidung eines Legierungsüberzuges mit einer konstanten Zusammensetzung hängt jedoch von verschiedenen Faktoren, in erster Linie von der Konzentration der verschiedenen Legierungselemente im Elektrolyten ab. Eine einfache Steuerung der Konzentration der verschiedenen Legierungselemente im Elektrolyten ist bisher praktisch nicht möglich.
- Bei einem bekannten Verfahren zum galvanischen Abscheiden eines Zink-Nickel-Legierungsüberzuges auf einem Stahldraht (US-PS 2 419 231) wurden getrennte Nickel- und Zinkanoden verwendet, deren jeweilige Oberfläche in einem Verhältnis gewählt wurde, wie die gewünschte prozentuale Zusammensetzung des Legierungsüberzuges. Es wurden hierbei eine Vielzahl von Zinkanoden und Nickelanoden auf einem gemeinsamen Anodenträger so verteilt, daß sich die gewünschte Stromverteilung ergab. Hierbei führte jedoch jede Änderung der Verfahrensbedingungen, beispielsweise der Stromdichte oder der Abscheidungsspannung zu einer Verschiebung in der Konzentration des Elektrolyten und damit zu einer unkontrollierbaren Änderung der Legierungszusammensetzung und zu Ab- . weichungen in der Beschichtungsdicke. Auch war es bei dem bekannten Verfahren nur möglich, die Legierungszusammensetzung dadurch zu ändern, daß man das jeweilige Uerhältnis der auf dem Anodenträger angeordneten Nickel- und Zinkanoden änderte, was einen erheblichen Arbeitsaufwand bedeutete.
- In Dettner, Elze "Handbuch der Galvanotechnik" Band II, Carl Hanser Verlag 1966, Seiten 468/469 ist beschrieben, zur Abscheidung von Nickel-Kobalt-Legierungen einen Elektrolyten zu verwenden, der Nickel und Kobalt in einem bestimmten Verhältnis enthält, wobei zur Aufrechterhaltung der konstanten Zusammensetzung des Elektrolyten Anoden aus beiden Metallen mit getrennten Stromkreisen empfehlenswert seien. Zur Aufrechterhaltung einer konstanten Elektrolytzusammensetzung müsse man entweder Anoden aus Legierungen mit hohem Kobaltgehalt (70%) oder Anoden aus den einzelnen Metallen mit einem Oberflächenverhältnis Kobalt : Nickel = 3 : 1 verwenden. Eine Steuerungsmöglichkeit zur Anpassung an veränderte Verfahrensbedingungen oder zur Änderung der Legierungszusammensetzung ist auch hier nicht gegeben.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,ein Verfahren zum galvanischen Abscheiden eines Legierungsüberzuges auf einem Metallgegenstand, insbesondere eines Zink-Nickel-Legierungsüberzuges auf Bandstahl der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das zu Legierungsüberzügen mit guter Korrosionsbeständigkeit auch im verformten Zustand führt. Weiter soll in einfacher Weise eine Steuerung der Konzentration der unterschiedlichen Legierungselemente im Elektrolyten und damit die Abscheidung eines Legierungsüberzuges mit einer gewünschten konstanten prozentualen Zusammensetzung möglich sein.
- Die gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, wie es durch den Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Überraschenderweise hat sich bei Versuchen zur Herstellung einer Zink-Nickel-Beschichtung herausgestellt, daß eine gute Korrosionsbeständigkeit dieses Werkstoffs im verformten Zustand nur erhalten wird, wenn dem galvanischen Abscheidungsprozeß eine intensive stromlose Vorbehandlung des Metallgegenstandes wie des Bandstahls mit dem Elektrolyten vorangeht, und zwar zweckmäßig bei einer Strömungsgeschwindigkeit am Band von mindestens 2m/Sek. und einer Behandlungszeit von mindestens 5 Sekunden. Die stromlose Vorbehandlung kann dabei vonstatten gehen, indem der Bandstahl zunächst ein stromloses Elektrolytbad durchläuft oder indem der Elektrolyt auf den vorbeilaufenden Bandstahl aufgesprüht wird. Durch diese stromlose Vorbehandlung unter hoher Relativgeschwindigkeit zwischen Elektrolytbad und Band wird eine zink-nickel-haltige dünne Primärschicht abgeschieden, so daß die eigentliche elektrolytische Zink-Nickel-Beschichtung auf dieser Primärschicht erfolgt.
- Eine Steuerung der Konzentration der unterschiedlichen Legierungselemente im Elektrolyten und damit die Abscheidung eines Legierungsüberzuges mit einer gewünschten konstanten prozentualen Zusammensetzung wird dadurch erreicht, daß man die jeweils unterschiedliche Legierungselemente enthaltenden Anoden an getrennte Stromzuführungen anschließt und den Strom an den Anoden getrennt steuert.
- Dies bedeutet, daß man beispielsweise mehrere Zinkanoden an einem gemeinsamen Anodenträger anordnet und diesen an eine eigene Stromzuführung anschließt. Anoden, die das zweite Legierungselement, beispielsweise Nickel, enthalten, werden an einem anderen Anodenträger angeordnet, der an eine zweite, getrennte Stromzuführung angeschlossen ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß man durch unterschiedliche Steuerung des Stromes an den beiden Zink- bzw. Nickel-Anodenträgern die Konzentration der Komponenten im Elektrolyten leicht regeln kann. Die jeweils nur ein Legierungselement enthaltenden Anodenträger können hierbei in zwei verschiedenen Elektrolyttanks angeordnet sein, die miteinander über einen Vorratstank verbunden sind, so daß die Zusammensetzung des Elektrolyten, trotz getrennter Anodenträger, die Abscheidung einer einheitlichen Legierungszusammensetzung gewährleistet. Durch entsprechende Steuerung der Stromführung kann man in einfacher Weise auch andere prozentuale Zusammensetzungen des Legierungsüberzuges im Hinblick auf Erreichen einer guten Korrosionsbeständigkeit erhalten und diese Zusammensetzung auch dann konstant halten.
- Zweckmäßig wird das Verfahren so durchgeführt, daß man jeweils mehrere Anoden eines Legierungselementes, z.B. Zink, in einem gemeinsamen Anodenkorb anordnet und diesen an eine eigene, von Stromzuführungen zu Anodenkörben , die Anoden eines anderen Legierungselementes, z.B. Nickel,enthalten, getrennte Stromzuführung anschließt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren soll nicht auf das galvanische Abscheiden eines Zink-Nickel-Legierungsüberzuges beschränkt sein. Es kann gegebenenfalls auch zum Abscheiden von Blei-Zinn- oder Kupfer-Zink-Legierung angewendet werden.
- Anhand der beiliegenden Zeichnung soll das erfindungsgemäße Verfahren kurz erläutert werden.
- Die Zeichnung zeigt schematisch eine Anlage zum galvanischen Abscheiden eines Zink-Nickel-Legierungsüberzuges auf ein Stahlband 1. Dieses Stahlband 1 soll einseitig mit einem derartigen Legierungsüberzug versehen werden. Das Stahlband 1 ist über die Stromzuführungsrollen 2 als Kathode geschaltet.
- Bevor das Stahlband 1 durch die Elektrolyttanks läuft, wird es bei 20 auf der zu beschichtenden Seite einer Vorbehandlung unterzogen, indem es stromlos mit Elektrolyt besprüht wird, um auf dem Band eine zink-nickel-haltige dünne Primärschicht abzuscheiden.
- In einem ersten, mit einem geeigneten Eletrolyten gefüllten Tank 3 ist ein Anodenkorb 4 angeordnet, der mit Zinkanoden 5 gefüllt ist. Dieser Anodenkorb ist an eine Stromzuführung 6 angeschlossen. Mittels der elektrischen Schaltung 7, deren Aufbau ansich bekannt ist, kann der Strom abhängig von der Auflagedicke, der Bandgeschwindigkeit, der Bandbreite und der gewünschten Zusammensetzung des Legierungsüberzuges gesteuert werden.
- Es ist ferner ein zweites, ebenfalls mit Elektrolyt gefüllter Tank 8 vorgesehen, in dem ein Anodenkorb 9 angeordnet ist. Dieser Anodenkorb 9 ist mit Nickelanoden 10 gefüllt.
- Die Stromzuführung 11 zu dem zweiten Anodenkorb 9 ist unabhängig von der ersten Stromzuführung 6. Über eine der Schaltung 7 entsprechende Schaltung 12 kann der Strom am Anodenkorb 9 unabhängig von dem Anodenkorb 4 geregelt werden.
- Auf dem die Anlage von rechts nach links durchlaufenden Stahlband 1 wird im Tank 3 zunächst Zink aufgelöst. Im Tank 8 erfolgt dann die Auflösung von Nickel. Die Metallabscheidung erfolgt in beiden Tanks 3,8 als Legierung. Durch die getrennte Stromregelung an den Anodenkörben 4 und 9 wird die Konzentration von Zink und Nickel im Elektrolyten beeinflußt und dadurch die Zusammensetzung der abgeschiedenen Legierung im gewünschten Verhältnis konstant gehalten. Der Elektrolyt ist in beiden Tanks 3,8 der gleiche und wird den Tanks 3,8 aus einem gemeinsamen Vorratsbehälter 13 zugeführt.
- Gegebenenfalls wäre es auch denkbar, eine elektrisch isolierte Bauweise jedes Anodenkorbes 4 bzw. 9 nach Eingangs-und Ausgangstrum des Bandes 1 vorzusehen.
Claims (5)
1.Verfahren zum galvanischen Abscheiden eines Legierungsüberzuges auf einem Metallgegenstand, insbesondere eines Zink-Nickel-Legierungsüberzuges auf-Bandstahl, unter Verwendung löslicher, die Legierungselemente enthaltender Anoden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem galvanischen Abscheiden des Legierungsüberzuges eine intensive stromlose Vorbehandlung des Metallgegenstandes mit dem Elektrolyten erfolgt.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung durch Durchleiten des Metallgegenstandes durch ein Elektrolytbad erfolgt.
3.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung durch Aufsprühen des Elektrolyten auf den Metallgegenstand erfolgt.
4.Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung bei einer Relativströmungsgeschwindigkeit von mindestens 2m/Sek. und einer Behandlungszeit von mindestens 5 Sekunden erfolgt.
5.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, unter Verwendung löslicher, jeweils nur ein Legierungselement enthaltender Anoden, die man an getrennte Stromkreise anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß man den Strom an den unterschiedliche Legierungselemente enthaltenden Anoden getrennt steuert.
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