DE4311005C1 - Fensterbeschlag und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Fensterbeschlag, bestehend aus
einem Baustahlgrundteil mit einer aus einem alkalischen
Elektrolyten abgeschiedenen Zink-Nickel-Legierungsschicht,
die sich aus einer Hauptschicht mit für Zink-Nickel-
Legierungsschichten üblichen Nickelgehalt von 6 bis 10
Gew.-%, einer gegenüber dieser Hauptschicht
elektronegativeren Deckschicht mit einem Nickelgehalt von
0 bis 4 Gew.-% und einer Versiegelungsschicht zusammensetzt,
wobei die Gesamtschichtdicke von Haupt- und Deckschicht
sowie Versiegelungsschicht 8 bis 10 µm nicht übersteigt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur
Herstellung dieses Fensterbeschlages, umfassend eine
galvanische Abscheidung einer Hauptschicht und
Deckschicht des Zink-Nickel-Legierungssystems aus einem
alkalischen Elektrolyten, wobei die Nickel-Einbaurate 5
bis 10% in der Hauptschicht und 0 bis 4% in der
Deckschicht beträgt, sowie eine Versiegelung der
Deckschicht.
Zink-Nickel-Legierungsschichten mit Versiegelung durch
Chromatschichten als Korrosionsschutz auf Stahlteilen,
insbesondere Bandmaterial, sind bekannt.
So ist nach der DE-PS 28 00 258 ein Verfahren zur Erzeugung
eines oder mehrerer zinkhaltiger Überzüge auf Stahl- und
Eisengrundlage beschrieben, bei dem ein galvanischer
Überzug aus zwei, Zink in unterschiedlichen Mengen
enthaltenen Schichten aufgebracht wird, wobei das
Legierungsmetall ein Element der 4. Periode aus der Gruppe
VIII des Periodensystems der Elemente ist und die erste
Schicht einen Gehalt dieses Elementes von nicht mehr als
15% aufweist.
Nickel, Kobalt oder Eisen als Legierungselement ist in
der ersten Schicht in einer Menge von wenigstens 3% und
in der zweiten Schicht in einer merklich geringeren Menge
als in der ersten Schicht enthalten. Auf der zweiten
Schicht ist eine passive Chromatschicht aufgebracht.
Zink-Nickel-Legierungsschichten verhalten sich edler als
eine Zinkschicht. Bei einer Nickel-Einbaurate von <16% ist
sie sogar edler als Stahl. Innerhalb des Bereiches, in dem
sich die Nickel-Einbaurate bewegt, wird somit einerseits
die kathodische Schutzwirkung gegenüber dem
Stahlgrundwerkstoff verringert, andererseits aber die für
das Korrosionselement wirksame Potentialdifferenz
EOZn/Ni - EOFe gegenüber EOZn - EOFe herabgesetzt.
Chromatschichten lassen sich als ein Gerüst dreiwertiger
Chromverbindungen, beispielsweise Chrom (III)-oxy-anion
polymer, auffassen, in das Chromate eingelagert sind. Die
schützende Wirkung dieser Chromatschichten ist durch die
Anwesenheit löslicher Chromate bedingt. In feuchter Umgebung
bilden die ausgelaugten Chromate an den Stellen der Zink-
Nickel-Legierungsschicht, die durch Risse bzw. Kratzer
beschädigt wurde, erneut eine Chrom-(III)-Polymerschicht.
Das bewirkt ein "Selbstausheilen" der Legierungsschicht.
Dieser Mechanismus ist insbesondere für den Schutz gegen
Weißrost wesentlich, weil dadurch der Zutritt des
angreifenden Mediums auf die Oberfläche der Zink-Nickel-
Legierungsschicht verhindert wird.
Die Schutzwirkung der Chromatschicht gegen den Rotrost ist
vom Anteil der eingebauten Chromationen abhängig. Durch die
Reduktion von Chromationen zu Cr3+-Ionen an der Grenzschicht
zu Zink werden Zn2+ freigesetzt. Dies gleicht den Nachteil
der geringeren kathodischen Schutzwirkung einer Zink/Nickel-
Schicht gegenüber einer reinen Zink-Schicht in gewisser
Weise aus.
Chromatierungen haben jedoch einen entscheidenden Nachteil.
Die Reaktion der Zink-Nickel-Legierungsschicht zu
sechswertigem Chrom erfordert die Gegenwart von
Katalysatoren, beispielsweise Chloride, Fluoride, Nitrate,
Phosphate, Sulfamate und Sulfate, die allesamt zu
erheblichen Problemen bei ihrer umweltgerechten Aufarbeitung
führen und außerdem dabei beträchtliche Kosten verursachen.
Chromate sind darüber hinaus infolge ihrer Unlöslichkeit
selbst unerwünscht, gehört Chrom doch zu den Schwermetallen,
die aus ökologischen Gründen bedenklich sind.
Die Tatsache, daß Komplexe des elektropositiveren Metalls
schwächer dissoziieren, ist für die Abwasserbehandlung
problematisch, weil sich diese Komplexe schlechter
abbauen lassen.
Die umweltgerechte Entsorgung von Schwermetallen erfordert
aufwendige Trennverfahren zu ihrer Rückgewinnung wie
beispielsweise Ionenaustauscherverfahren bzw.
Fällungsverfahren oder den Einschluß der Schwermetalle in
Rost.
Beim alkalischen Zink-Nickel-Legierungsverfahren (siehe
US-PS 4,889,602) müssen deshalb die Abwässer separat geführt
und behandelt werden.
Aus der DE-PS 38 00 885 C1 ist ferner ein legiertes
verzinktes Stahlblech bekannt, deren Zn-Fe-Legierungsschicht
eine Feinstzellen-Oberflächentextur besitzt, deren Korngröße
10⁴ bis 10⁶ Teilchen pro mm² beträgt.
Diese Legierungsschicht besteht jedoch aus intermetallischen
Verbindungen und wird durch Bedampfung erzeugt. Sie
beinhaltet ein anderes Legierungssystem und ist schon
deshalb nicht übertragbar.
Nach der DE-PS 38 39 823 ist außerdem ein Verfahren zur
galvanischen Abscheidung von korrosionshemmenden
Zink/Nickel-Schichten, Zink/Kobalt-Schichten oder
Zink/Nickel/Kobalt-Schichten, insbesondere auf Stahlblech
und/oder Stahlprofiloberflächen, aus einem sauren
Elektrolyten bekannt. Hiernach wird die
Korrosionsschutzwirkung durch eine möglichst feinkörnige
Abscheidung der Legierungsmetalle durch gezielte
Beeinflussung der kathodischen Stromdichte mittels Zugabe
von Additiven zum Elektrolyten erreicht. Inhomogenitäten in
bezug auf die Legierungszusammensetzung und deren
feinkörnige Struktur führen zum Verlust der
Korrosionsschutzwirkung, wenn keine Chromatschicht vorhanden
ist, die die durch interkristalline Phasen zwischen Nickel
und Zink hervorgerufenen Mikrorisse in der
Legierungsschicht versiegelt.
Das Zusammenwirken der Mikrorissigkeit mit der
Chromatierungsschicht bedingt demgemäß die außerordentliche
Korrosionsbeständigkeit der Zink-Nickel-Legierungsschicht
gegen Weiß- als auch gegen Rotrost.
Der umweltgerechte Verzicht auf die Chromatierung führt
daher zur Verminderung der Korrosionsbeständigkeit.
In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, einen Fensterbeschlag der eingangs
genannten Art zu entwickeln, der eine chromatfreie
Schutzschicht auf Zink-Nickel-Basis aufweist, die in ihrer
Korrosionsbeständigkeit und in ihrem Aussehen mit
chromatierten Zink-Nickel-Schutzschichten vergleichbar ist.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Fensterbeschläge
bereitzustellen, das die Einstellung der
Korrosionsbeständigkeit, durch eine gezielte Veränderung der
Maschenweite des Mikroriß-Netzwerkes und damit eine
Verzweigung der Korrosionsstromdichte in der Schutzschicht
ermöglicht.
Dies wird bei dem Fensterbeschlag der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Maschengröße des
Mikroriß-Netzwerkes in der Zink-Nickel-Legierungsschicht
annähernd dem Durchmesser der Kristallite entspricht, wobei
dieser 1 bis 6 µm, vorzugsweise 3 µm, in der Haupt- und
Deckschicht bei feldorientierter Textur und der Anteil
gleicher Korngrößenflächen mindestens 80% beträgt.
Es wurde gefunden, daß die Chromatierungsschicht ebenfalls
Risse aufweist, wobei ihr Rißnetzwerk weitmaschiger als
das des Mikroriß-Netzwerkes der Zink-Nickel-
Legierungsschicht ist. Wenn das Rißnetzwerk in der
Chromatierungsschicht durch Beanspruchung, beispielsweise
beim Salzsprühtest oder durch Temperatureinfluß, enger wird,
vermindert sich die Schutzwirkung gegen Weißrost sofort
oder geht völlig verloren. Der Schutz gegen Rotrost wird
durch das enger werdende Rißnetzwerk jedoch nur geringfügig
oder gar nicht beeinträchtigt.
Die Erfindung geht von der überraschenden Erkenntnis aus,
daß je mehr Inhomogenitäten, d. h. Mikrorisse in der
Legierungsschicht vorhanden sind, die Rotrostbeständigkeit
wenigstens gleich bleibt. Dies dürfte darauf zurückzuführen
sein, daß sich an den Stellen, wo Mikrorisse verlaufen, der
Korrosionsstrom verzweigt. Die Grenze für die Verengung des
Mikroriß-Netzwerkes und damit für die Verringerung der
Korrosionsstromdichte bestimmt sich deshalb durch die
Kristallitgröße.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Grundschicht eine
Schichtdicke aufweist, die an der unteren Grenze des
empfohlenen Dickenbereiches liegt. Ein bevorzugter
Dickenbereich für die Grundschicht liegt bei annähernd 5 bis
6 µm. Die Deckschicht sollte wesentlich dünner als die
Grundschicht sein. Ihr Dickenbereich liegt vorzugsweise bei
etwa 2 µm.
Um die Weißrostbeständigkeit ohne Chromatierungsschicht zu
erhalten, wird die Deckschicht zweckmäßigerweise mit einer
organischen Schutzschicht versiegelt. Diese Schutzschicht
besteht vorteilhafterweise aus Polyacrylaten, Alkydharzen
oder Polyurethan-Polymeren.
Die Lösung der Aufgabe schließt auch ein Verfahren zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Fensterbeschläge ein.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die
Schichtstruktur der Zink-Nickel-Legierungsschicht bei
feldorientierter Textur so verfeinert, daß die Maschengröße
des Mikroriß-Netzwerkes der Zink-Nickel-Legierungsschicht
auf den Kristallitdurchmesser der Zink-Nickelkristallite
zumindest an der Oberfläche und/oder in der Haupt- und
Deckschicht der Legierungsschicht eingestellt wird, wobei
eine Verzweigung der Korrosionsströme an den Korngrenzen der
Kristallite ohne Chromatierungsschicht erreicht wird.
Die Größe der Maschen, die Maschenweite und die
gleichmäßige Verteilung der Maschen gleicher Ordnung im
Mikroriß-Netzwerk wird durch übliche Zusätze zum
Elektrolyten, beispielsweise Glanzbildner, gesteuert.
Von Vorteil ist, wenn der Durchmesser der Zink-
Nickelkristallite 1 bis 6 µm, vorzugsweise 3 µm beträgt.
Der erfindungsgemäße Fensterbeschlag besitzt eine vollkommen
chromatfreie Zink-Nickel-Legierungsschicht mit einem
definiert verfeinerten Mikroriß-Netzwerk, dessen
Maschengröße auf den Durchmesser der Kristallite eingestellt
ist. Dies geschieht durch die gezielte Beeinflussung des
alkalischen Elektrolyten.
Die Erfindung ermöglicht es, die Abwasseraufbereitung nach
der Beschichtung zu vereinfachen, in dem die Verwendung von
umweltbelastenden Katalysatoren bei der Chromatierung
entfallen kann.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche
Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen:
Fig. 1 eine Rasterelektronenmikroskopieaufnahme der
Chromatierungsschicht bei 3400-facher
Vergrößerung;
Fig. 2 eine ebensolche Aufnahme bei 8500-facher
Vergrößerung;
Fig. 3 eine Aufnahme der Zink-Nickel- Legierungsschicht
ohne Chromatierung bei 3500-facher Vergrößerung;
Fig. 4, 5 Aufnahmen von chromatierten Zink-Nickel-
Legierungsschichten mit dem
Rasterelektronenmikroskop bei 3400-facher
Vergrößerung und
Fig. 6 einen Querschliff einer etwa 10 µm dicken
Zink-Nickel-Legierungsschicht bei 1000-facher
Vergrößerung.
Es sollen Beschlagteile für Fenster, beispielsweise Stulpen
und Stangen, aus Stahl mit einer Zink-Nickel-Legierung
galvanisch beschichtet werden. Der Galvanisierprozeß
erfolgte mit niedergespanntem Gleichstrom in einem
Elektrolyten, der folgende Zusammensetzung hatte:
| Zink|8,4 g/l | |
| Nickel | 1,63 g/l |
| NaOH | 114,0 g/l |
| pH-Wert | 14,0 |
| Stromdichte | 2,0 A/dm² |
| Temperatur | 21-23°C |
Als erstes erfolgte eine Heißentfettung in einem
alkalischen Reiniger. Die Temperatur betrug etwa 70°C.
Nach der Heißentfettung erfolgte die elektrolytische
Entfettung bei einer Stromdichte von 7-10 A/dm².
In diesem Elektrolyten wurden die Beschläge mit einer
Gesamtschichtdicke von 3, 5, 7 und 9 µm galvanisiert.
Ergebnisse bei den Nickel-Einbauraten gibt nachfolgende
Tabelle wieder:
Für den Nachweis des Rißnetzwerkes in der
Chromatierungsschicht wurden die Beschläge außerdem
gelbchromatiert.
Die Untersuchung der Chromatierungsschicht erfolgte mittels
Rasterelektronenmikroskopie. Die Fig. 1 und 2 zeigen
deutlich das Rißnetzwerk der Chromatierungsschicht bei 3400-
bzw. 8500-facher Vergrößerung.
Der Vergleich der Maschengröße des Rißnetzwerkes der
Chromatierungsschicht (Fig. 1, 4 und 5) mit der Korngröße der
an der Oberfläche der Zink-Nickel-Legierungsschicht
liegenden Kristallite (Fig. 3) ergibt, daß die Maschengröße
des Rißnetzwerkes größer als der Kristallitdurchmesser in
der Zink-Nickel-Legierungsschicht in Oberflächennähe ist.
Die mittleren Korndurchmesser dieser Kristallite betragen an
der Oberfläche 1 bis 2 µm und ihre Korngröße 10⁶ bis
0,25×10⁶ Teilchen pro mm².
Am Fuße der Zink-Nickel-Legierungsschicht, also unmittelbar
an der Stahloberfläche, beträgt der Kristallitdurchmesser
etwa 4 µm und ist damit größer als an der Oberfläche
(Fig. 5).
In der Zink-Nickel-Legierungsschicht ist eine
Mikrorissigkeit vorhanden, die, wie Fig. 6 zeigt, auch
gröber ist als der durchschnittliche Kristallitdurchmesser
der Zink-Nickel-Legierungsschicht.
Dies ermöglicht die gezielte Verbesserung der
Korrosionsbeständigkeit der Zink-Nickel-Legierungsschicht
durch die Verengung der Maschengröße auf den
Kristallitdurchmesser an der Oberfläche der
Legierungsschicht. Die untere Grenze liegt dort, wo
Maschengröße und Kristallitgröße übereinstimmen. Je
gleichmäßiger das Netzwerk ausgebildet ist, um so höher ist
die Korrosionsbeständigkeit. Es wurde festgestellt, daß
wenigstens eine etwa 80%ige Übereinstimmung des
Maschennetzes mit dem Korngrenzenverlauf vorliegen muß,
damit eine ausreichende Anhebung der
Korrosionsbeständigkeit gegen Rotrost ohne Chromatierung
erzielt wird. Das bedeutet, daß 80% aller ausgezählten
Körner (Kristallite) in derselben Größenordnung liegen
müssen.
Mit üblichen Additiven zum alkalischen Elektrolyten,
beispielsweise Glanzzusätze läßt sich die Maschengröße
des Mikrorißnetzwerkes in der Zink-Nickel-
Legierungsschicht problemlos so einstellen, daß das
Maschennetz der Mikrorisse dem Korngrenzenverlauf der
Kristallite in der Zink-Nickel-Legierungsschicht
entspricht, wodurch sich der Korrosionsstrom an diesem
feinen Netzwerk verzweigt. Die Korrosionsstromdichte wird
gesenkt und die Rotrostbeständigkeit erhöht.
Die an der Oberfläche austretenden Mikrorisse werden mittels
einer Siegelungsschicht, beispielsweise aus Polyacrylat
durch Auftragen einer wäßrigen Dispersion, versiegelt, so
daß der Zutritt des angreifenden Mediums zur Zink-Nickel-
Legierungsschicht sicher verhindert wird.
Claims (7)
1. Fensterbeschlag, bestehend aus einem Baustahlgrundteil
mit einer aus einem alkalischen Elektrolyten
abgeschiedenen Zink-Nickel-Legierungsschicht, die sich
aus einer Hauptschicht mit
einem Nickelgehalt von 6 bis 10
Gew.-%, einer gegenüber dieser Hauptschicht
elektronegativeren Deckschicht mit einem Nickelgehalt von
Null bis 4 Gew.-% und einer Versiegelungsschicht
zusammensetzt, wobei die Gesamtschichtdicke
von Haupt- und Deckschicht sowie Versiegelungsschicht 8 bis
10 µm nicht übersteigt, dadurch
gekennzeichnet,
daß die Maschengröße des Mikroriß-Netzwerkes in der Zink-
Nickel-Legierungsschicht annähernd dem Durchmesser der
Kristallite entspricht, wobei dieser 1 bis 6 µm in der
Haupt- und Deckschicht bei feldorientierter Textur und
der Anteil gleicher Korngrößenflächen in der
Legierungsschicht wenigstens 80% beträgt.
2. Fensterbeschlag nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dicke der Hauptschicht
an der unteren Grenze der Schichtdicke liegt, vorzugsweise
bei 5 bis 6 µm, und die Deckschicht eine gegenüber der
Hauptschicht wesentlich geringere Schichtdicke , vorzugsweise
2 µm, aufweist.
3. Fensterbeschlag nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchmesser der
Kristallite vorzugsweise 3 µm beträgt.
4. Fensterbeschlag nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Versiegelungsschicht aus einer organischen Schutzschicht
aus Polyacrylaten, Alkydharzen oder Polyurethan-Polymeren
besteht.
5. Verfahren zur Herstellung von Fensterbeschlägen
nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schichtstruktur der
Zink-Nickel-Legierungsschicht bei feldorientierter Textur
so verfeinert wird, daß die Maschengröße des Mikroriß-
Netzwerkes der Zink-Nickel-Legierungsschicht auf den
Kristallitdurchmesser der Zink-Nickel-Kristallite
zumindest an der Oberfläche und/oder in der Haupt- und
Deckschicht der Legierungsschicht eingestellt wird, wobei
eine Verzweigung der Korrosionsströme ohne Chromatiserung
erreicht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kristallitdurchmesser
der Zink-Legierungsschicht in der Haupt- und Deckschicht
1 bis 6 µm, vorzugsweise 3 µm, beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Versiegelungsschicht durch Aufbringen einer wäßrigen
Dispersion von Polyacrylaten, Alkydharzen und
Polyurethan-Polymeren hergestellt wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4311005A DE4311005C1 (de) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | Fensterbeschlag und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4311005A DE4311005C1 (de) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | Fensterbeschlag und Verfahren zu dessen Herstellung |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4311005C1 true DE4311005C1 (de) | 1995-02-16 |
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ID=6484675
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|---|---|---|---|
| DE4311005A Expired - Fee Related DE4311005C1 (de) | 1993-04-01 | 1993-04-01 | Fensterbeschlag und Verfahren zu dessen Herstellung |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE4311005C1 (de) |
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| DE102008007133A1 (de) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | Metallveredelung Huber Gmbh | Beschichtung enthaltend einen galvanisch aufgebrachten Korrosionsschutz, insbesondere auf Beschlagteilen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung |
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1993
- 1993-04-01 DE DE4311005A patent/DE4311005C1/de not_active Expired - Fee Related
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