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Mittwoch, 13 Mai 2020 11:05

Zinkdruckguss mit Stahl-Vorbehandlung verzinken

von B. C.
Geschätzte Lesezeit: 3 - 6 Minuten

Frage: Ein größerer Kunde von uns, für den wir bisher ausschließlich Stahlteile verzinken, fragte an, ob wir eine neue, große Serie an Zinkdruckgussteilen in der Trommel verzinken und Blau passivieren können. Die einzige Anlage bei uns im Haus, bei der dies möglich erscheint, ist eine Trommelanlage mit einem schwachsauren Zinkelektrolyten (pH 4,8–5,2). Das Hauptproblem ist die Vorbehandlung: Sie ist für Stahlteile ausgelegt und entsprechend aggressiv. Sie besteht aus einer hoch alkalischen Abkochentfettung, einer Salzsäurebeize, einer elektrolytischen Entfettung und einer Dekapierung auf Salzsäurebasis. Nach der Vorbehandlung werden die Teile per Querumsetzer in die Zinkstraße gefahren. Der Querumsetzer ist eine große Wanne, die mit Kreislaufwasser befüllt ist.

Der Grund, warum wir diese Anlage in Betracht ziehen, ist die Steuerung. Unsere anderen Trommelanlagen sind rein Taktgesteuert, wir können somit keine Bäder überspringen. Die Anlage mit dem schwachsauren Zinkelektrolyt hingegen verfügt über freies Fahren und ist somit sehr flexibel. Wir würden gerne für den Kunden einen Artikel bemustern, sind uns aber mit dem Verfahrensablauf unsicher. Welche Vorgehensweise können Sie uns empfehlen?

Antwort: Die Galvanisierung von Zinkdruckguss wurde in der Theorie zwar intensiv behandelt, ist aber bis heute ein großes Thema. Viele Werkstücke werden nicht in Lohngalvaniken, sondern Betriebsgalvaniken beschichtet, was verschiedene Gründe hat. Im Idealfall werden Guss, Vorbehandlung und Beschichtung sehr eng aufeinander abgestimmt um die Quote an Ausschuss möglichst gering zu halten. Hierbei spielt auch die Kommunikation zwischen Gießerei und Galvanik eine wichtige Rolle.
 

Problemstellung

Im Kern dreht es sich bei der Beschichtung von Zinkdruckguss um drei Probleme:
 

Das Metall

Zinkdruckguss ist eine sog. Zamak-Legierung und besteht zu circa 90–95 % aus Zink. Das Potential von Zink liegt bei −0,76 V. Es ist ein amorphes Metall und wird demzufolge von Säuren und Basen gleichermaßen angegriffen. Im Gegensatz zu Chrom, Titan oder Aluminium bildet es keine sehr dichte Oxidschicht (Schutzschicht/Sperrschicht) aus, was die Galvanisierung erleichtert, aber die Vorbehandlung erschwert. Bei einer normalen Vorbehandlung, wie sie für Stahl eingesetzt wird, bleibt bis zur Galvanisierung kaum noch etwas vom Material übrig, weil es in den Entfettungen und insbesondere der Beize aufgelöst wird. Salopp gesagt kann man diese Vorbehandlung auch als „Zinkdruckguss Vernichtungsmaschine“ bezeichnen.

Die Legierung

Die Legierungen bestehen aus Aluminium, Kupfer und Magnesium. Häufig befinden sich noch Spuren anderer Metalle darin, etwa Blei, Cadmium und Zinn. Hierbei gilt es darauf zu achten, dass die Zusammensetzung möglichst konstant gehalten wird und die Legierung möglichst homogen ist. Schwankungen in der Legierung können sich negativ auf das Galvanisierergebnis auswirken, etwa durch einen ungleichmäßigen Angriff der Oberfläche oder Bildung schwerlöslicher Salze.
 

Die Gusshaut

Zinkdruckguss bildet eine dünne Gusshaut aus, auf der galvanisiert wird. Je nach Material (Legierung, Gießverfahren, Teilegeometrie etc.) kann die Oberfläche mal mehr, mal weniger Poren, Schlieren und Kaltschweißstellen haben, die in der Vorbehandlung soweit gereinigt werden müssen, dass eine haftfeste Schicht abgeschieden werden kann. Die Schwierigkeit besteht darin, die Balance zu finden. Sie müssen die Oberfläche ausreichend reinigen ohne die Gusshaut zu durchbrechen. Passiert dies, werden weitere Poren freigelegt. In diesen Poren bleiben oft Elektrolytreste hängen, was zu Blasenbildung führt.
 
Wie gut der Oberflächenzustand ist, hängt vom Spritzverfahren ab. Wir raten Ihnen dringend dazu, bei der Beschichtung von Massenware pro Auftrag fünf bis zehn Rohteile zu archivieren. Nur so können Sie bei späterer Reklamation und ggf. Untersuchungen den Ausgangszustand bei der Ursachenforschung mit einbeziehen. Bei beschichteten Teilen kann man bei zahlreichen Fehlern nicht mehr feststellen, ob diese durch das Galvanisieren verursacht wurden oder bereits zuvor vorhanden waren.
 
Einen weiteren Einfluss auf die Gusshaut hat die mechanische Belastung. Beim Beladen der Trommeln muss auf eine möglichst geringe Fallhöhe geachtet werden, um die Oberfläche nicht zu beschädigen. Auf diesen Aspekt sollte auch der Kunde bzw. die Gießerei hingewiesen werden.
 

Vorbehandlung

Für die Vorbehandlung von Zinkdruckguss gibt es speziell abgestimmte, milde Lösungen. In der Regel wird die Trommelware heiß entfettet, elektrolytisch entfettet und anschließend dekapiert. Für Ihren Prozess bedeutet dies, dass Sie die beiden Entfettungen in der Anlage tauschen und die Beize überspringen müssten. Ist dies nicht wirtschaftlich oder aus anderen Gründen nicht machbar, können Sie folgenden Ablauf testen, sofern dies die Steuerung zulässt:
 
  • Verwenden Sie eine Standspüle als mild alkalische (circa pH 8) Entfettung für die Vorreinigung. Hierbei geht es vor allem darum, die Oberfläche zu waschen um groben Schmutz und ggf. Öle, die aus Behältern/Gitterboxen stammen können, zu entfernen. Die Expositionszeit beträgt zwischen 5 und 10 Minuten.
  • Nach einer gründlichen Spülung werden die Teile 30 Sekunden dekapiert. Wir raten zu einer Dekapierung auf Basis von Natriumfluorid und Natriumhydrogensulfat.
Anschließend können die Teile beschichtet werden.
 
Es ist ratsam, den Anlieferungszustand mit dem Kun-den klar zu definieren. Dies betrifft die Gebinde im Allgemeinen (für ein optimales Handling in der Galvanik) sowie schmutzfreie Gebinde, um möglichst saubere Teile zu erhalten.
 

Verzinkung

Einen weiteren kritischen Punkt stellt der Querumsetzer dar. Einerseits, weil die Wasserqualität schwanken kann, andererseits, weil die Trommeln, je nach Anlage, mehrere Minuten darin verweilen, bevor sie abgeholt werden. Dies bedeutet, dass wir selbst bei der besten Vorbehandlung eine Oberfläche erhalten, die sich in einem unbestimmten Zustand befindet.

Dem wirkt die Trommeldrehung als mechanische Reinigung der Oberfläche etwas entgegen. Dennoch kann es passieren, dass Reste der Dekapierung oder sonstige Störstoffe in die Poren eindringen. Um dem entgegenzuwirken, gibt man die ersten fünf Minuten im Zinkelektrolyt keinen Strom auf die Ware. Die Oberfläche wird weiter gereinigt und die Poren mit dem Elektrolyt ausgespült. Nach fünf Minuten wird der Strom eingeschaltet und bis zum Erreichen der geforderten Schichtdicke galvanisiert. Läuft die Berechnung rein über die Verweilzeit, muss die stromlose Zeit aufaddiert werden.
 

Weitere praktische Hinweise

Der pH-Wert des Elektrolyts wird mit Salzsäure eingestellt bzw. konstant gehalten. Diese Einstellung sollte vor der Beschichtung erfolgen. Bei der Umstellung von Stahl auf Zinkdruckguss muss die Anlage leergefahren werden um die Dekapierung zu wechseln und ggf. die Spülen neu anzusetzen. Sobald die Zinkstationen leer sind, wird der pH-Wert auf den unteren Wert (4,8) eingestellt und während der Verzinkung von Zinkdruckguss möglichst nicht mehr korrigiert. Sollte dies dennoch nötig sein, muss die Dosierung von Salzsäure sehr langsam erfolgen, damit sich die Säure ausreichend verdünnen kann, bevor die Gefahr besteht, dass das Material angegriffen wird, während die Trommel nicht unter Strom steht.
 
Messen Sie den pH-Wert nicht mit pH-Papier, sondern einer kalibrierten Elektrode. Manche pH-Papiere zeigen den pH-Wert in schwachsauren Zinkelektrolyten nicht korrekt an. Die Differenz kann bis zu einem pH betragen.
 
Außer bei sehr ungünstiger Teilegeometrie kann davon ausgegangen werden, dass die Oberfläche komplett mit einer Zinkschicht bedeckt wurde, weshalb in der Nachbehandlung nicht explizit auf etwas geachtet werden muss. Saubere Spülen, um ein möglichst gutes Ergebnis zu erzielen, sind hier dennoch ratsam. Gerade bei Zinkdruckguss und vergleichbaren Materialien ist eine fleckenfreie Oberfläche besser, um eventuelle Fehler wie etwa Blasen in der Endkontrolle gut erkennen zu können.
 

Weitere Informationen

  • Ausgabe: 5
  • Jahr: 2020
  • Autoren: B. C.

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