Der Einfluss der Vorbehandlung auf Aussehen und Struktur galvanischer Zinkschichten Andreas Blumenberg SurTec Deutschland GmbH, Zwingenberg

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1 Der Einfluss der Vorbehandlung auf Aussehen und Struktur galvanischer Zinkschichten Andreas Blumenberg SurTec Deutschland GmbH, Zwingenberg SurTec International GmbH 20. Leipziger Fachseminar DGO, Leipzig

2 Inhalt Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung Mittel zum Zweck?! Beschichtungsfehler 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 2 SurTec Deutschland

3 Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung Mittel zum Zweck?! Vorbehandlungsablauf für Stahl (vereinfachte Darstellung): SurTec Deutschland

4 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 4 SurTec Deutschland

5 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 5 SurTec Deutschland

6 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 Heißentfettung hoher Phosphat, Silikat Anteil im Builder weniger wichtig sehr wichtig Tensidart demulgierend emulgierend Temperatur > 70 C < 70 C Beize Konzentration / Schärfe weniger wichtig sehr wichtig Tensidgehalt E-Entfettung gleiche Bedeutung hohe Leitfähigkeit (Lauge) weniger wichtig sehr wichtig Gehalt dispergierende / komplexierende Bestandteile weniger wichtig sehr wichtig 6 SurTec Deutschland

7 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 7 SurTec Deutschland

8 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 8 SurTec Deutschland

9 raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken Fehleranalyse im Grundmaterial Rohmaterial glänzender Teilbereich Beschichtet glänzender Teilbereich Rohmaterial matter Teilbereich Beschichtet matter Teilbereich 9 SurTec Deutschland

10 raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken Fehleranalyse im Grundmaterial Rohmaterial glänzender Teilbereich Beschichtet glänzender Teilbereich Rohmaterial matter Teilbereich Beschichtet matter Teilbereich 10 SurTec Deutschland

11 raue bzw. matte Niederschläge nach dem alkalischen Verzinken Fehleranalyse im Grundmaterial Beschichtet matter Teilbereich Rohmaterial matter Teilbereich 11 SurTec Deutschland

12 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 12 SurTec Deutschland

13 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 13 SurTec Deutschland

14 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 Tauchzeit: 5 min. mit Inhibitor und Beizbeschleuniger Tauchzeit: 30 sek. ohne Inhibitor und mit geeignetem Beizbeschleuniger 14 SurTec Deutschland

15 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 15 SurTec Deutschland

16 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 16 SurTec Deutschland

17 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 17 SurTec Deutschland

18 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 18 SurTec Deutschland

19 zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen Vorbehandlungsablauf für Zinkdruckguß (vielfacher Standard): Eigenschaften der Vorbehandlung: Mild alkalische Abkochentfettung Kathodische E-Entfettung mit hohem Silikatanteil Dekapierung: Flouridhaltig Minimaler Angriff des Grundmaterials 19 SurTec Deutschland

20 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 20 SurTec Deutschland

21 zeitversetzte dunkle Verfärbungen bei Zinkdruckguss-Bauteilen Vorbehandlungsablauf für Zinkdruckguß (angepasst auf Al und Cu haltige Legierungen): 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 21 SurTec Deutschland

22 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 22 SurTec Deutschland

23 Analyse und Diskussion - Zusammenfassung Vorbehandlung vor der galvanischen Verzinkung Mittel zum Zweck?! 23 SurTec Deutschland

24 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! 24 SurTec Deutschland

25 Vielen Dank! SurTec International GmbH