Anforderungen an Bauteile
1. Grundmaterial
1.1 Baustähle
Stähle bzw. Bleche mit folgenden Höchstgrenzen an Legierungsbestandteilen sind für die galvanische Verzinkung geeignet:
C –0,30 %
Si -0,30 %
Mn -0,60 %
P <0,04 %
S <0,05 %
Ob es sich um warmgewalzte Stähle, die verzundert sind oder um blanken Stahl handelt ist für die Galvanisierung nicht von Bedeutung außer, dass bei verzunderten Stählen die Zunderschicht durch uns abgebeizt werden muss.
1.1.1 Warmgewalzte Stähle
Bei verzunderten Stählen mit hohen Anteilen an Mangan, Kupfer, Silizium, hohem Kohlenstoffgehalt und Gusseisen, kann die Entfernung des Zunders große Probleme bereiten oder nasschemisch überhaupt unmöglich werden, sodass die Zunderschicht mechanisch durch schleifen oder strahlen erfolgen muss.
Fehler bei der Stahlherstellung können auch Zunderschichten mit hohen Anteilen an Hämatit (rötliche Zunderschicht) oder Magnetit (graublaue Zunderschicht) erzeugen, die den Beizvorgang auch stark behindern oder sogar unmöglich machen können.
Zunderschichten aus Wüstit (grauer, Grobkörniger Zunder) bereitet im allgemeinen beim Beizen keine besonderen Probleme. Wichtig ist bei der Stahlherstellung eine schnelle Abkühlung von der Walztemperatur bis auf unter 300°C.
1.1.2 Blanke Stähle
Bei, vom Stahlwerk, gebeizten Oberflächen sind im allgemeinen keine Probleme zu erwarten.
Bei gepressten blanken Profilen und Rohren (Vierkant- Sechskantprofile usw.) treten sehr häufig Probleme unterschiedlichster Ursachen auf:
- Sehr häufig ist das Material porig was zu einem punktförmigen ausblühen der Beschichtung führt.
Sehr häufig werden (insbesondere bei gezogenem Rohr) ungeeignete Schmiermittel beim Produktionsprozess verwendet und mit sehr hohem Druck in die obersten Schichten eingepresst, so dass eine Reinigung nur durch einen spanabhebenden Prozess wie Strahlen, schleifen usw. erfolgen muss. Es sollte bei der Bestellung solcher Stähle unbedingt auf die spätere Galvanisierbarkeit hingewiesen werden.
1.1.3 Kalt gezogene Stähle
Kalt gezogene Stähle weisen sehr oft eine Porige Oberfläche auf. Diese Poren sind nicht zulässig und führen immer zu Ausblühungen nach 1 Tag bis zu einer Woche nach der Beschichtung. In den Poren bleiben Reste der Behandlungsflüssigkeit zurück, die nicht ausgespült werden können und die dann die Zinkschicht von unten her auflösen. Da Zink amphoter ist spielt es dabei keine Rolle ob die Rückstände in den Poren alkalisch oder sauer sind. Die Teile sehen dann aus als ob sie Akne hätten. Dieser Fehler kann nicht von uns beseitigt werden. Reklamationen wegen porigem Grundmaterial können wir nicht anerkennen.
1.2 Legierte Stähle
Bei höher legierten Stählen, insbesondere mit Ni, Cr, Si, Mn, Cu, S und Pb- legierte Stähle können unter umständen die Haftung der aufgebrachten Zinkschicht negativ beeinflussen oder ganz unterbinden. Die Galvanisierbarkeit solcher Stähle muss im Einzelfall erprobt werden. Insbesondere bei bleihaltigen Materialen ist auch eine Passivierung der Stahloberfläche möglich, die nur ein einmaliges beschichten der Teile zulässt, sodass ein Abbeizen bereits aufgebrachter Schichten (verzinkte Setzmuttern oder Einpressteile) oder Nacharbeit nicht mehr möglich ist.
1.3 Edelstähle
Hoch legierte Edelstähle (z.B. 18/8 oder 18/10) ob auf der Basis von Chrom oder auch Nickel- Basis- Stähle können von uns nicht verzinkt werden. Dies trifft auch auf Schweißnähte zu wenn Edelstahlschweißdraht verwendet wird.
1.4 Vergütungsstähle
Bei hochfesten oder gehärteten Werkstoffen ab einer Zugfestigkeit von 1000 N/mm²
Kann sowohl durch die Vorbehandlung als auch durch die Verzinkung selbst Wasserstoff in den Werkstoff gelangen und einen verzögerten wasserstoffinduzierten Sprödbruch verursachen. Dieser Erscheinung kann durch eine Wärmebehandlung der Teile entgegengewirkt werden. Wärmebehandlungszeit – und Temperatur sind vom einzelnen Bauteil (Materialstärke, Konstruktive Maßnahmen Werkstoffauswahl usw.) abhängig und müssen uns vorgegeben werden.
Werkstoffe mit Zugfestigkeiten über 1200-1400 N/mm² sind für eine galvanische Beschichtung aus o.g. Gründen nicht geeignet.
2. Stahloberfläche
2.1 Anforderungen an die Stahloberfläche
„Die zu verzinkenden Bauteile dürfen keine Werkstoff-, Bearbeitungs-, oder Oberflächenfehler aufweisen, die den Korrosionsschutz und/oder das Aussehen der Überzüge ungünstig beeinflussen. Das sind z.B. bei aus Walzerzeugnissen hergestellten Werkstücken Risse, Porennester, Fremdstoffeinschlüsse und Doppelungen“.
Grundsätzlich können durch die galvanische Verzinkung keine im Grundmaterial vorhandenen Fehler überdeckt werden. Sehr häufig werden Fehler im Grundmaterial (auch Kratzer, Rauhigkeiten usw.) erst nach der Verzinkung offensichtlich. Auch der Glanzgrad und die Optik der Oberfläche ist hauptsächlich durch die Oberflächenstruktur des Grundmaterials bestimmt und kann nur in engen Grenzen beeinflusst werden.
Fremdsubstanzen auf der Oberfläche wie Farben, Lacke, Wachskreide usw. und alle durch eine wässrige Vorbehandlung mit Entfetter und Beize nicht entfernbare Substanzen sind unzulässig und können nicht durch uns entfernt werden.
2.2 Korrosionsschutzöle und Waschemulsionen auf der Stahloberfläche
Immer häufiger treten Probleme beim reinigen bzw. entfetten von Stahloberflächen auf. Da es keine Normung zu diesem Thema gibt, beziehen wir uns auf die Vorschrift VDA 230-201, die auch in die Werksnormung der Automobilindustrie eingearbeitet wurde.
• Die Beschichtungen auf Blechen und anderen Halbzeugen dürfen bei der Oberflächenbehandlung nicht zu Prozess-Störungen führen.
• Bei den Herstellern dürfen nur Prelubes zum Einsatz kommen, die den Status 4 des Presswerkforums AK Coilbeölung erhalten haben.
• Unzulässige Inhaltsstoffe sind Stoffe, die den Film verharzen oder polymerisieren lassen sowie Feststoffe wie Graphit, Silikone, PTFE, Polytetrafluoräthylen, Chlor -und Bariumverbindungen und andere Benetzungsstörende Mittel.
2.2.1 Anforderungen an die Entfernbarkeit von Ölen und Emulsionen
Die Beschichtungsprodukte (Öle, Fette, Waschemulsionen aus Entgratungsmaschinen usw.) müssen in wässrigen Tauchreinigungsprozessen mit hochalkalischen Reinigungschemikalien restlos entfernbar sein.
Die Prüfung der Entfernbarkeit findet nach VDA 230-201 Punkt 5.10 statt.
Prüfbedingungen:
Temperatur: 60+- 1°C
Reinigerkonzentration: Salzgerüst 40g/l
Tensid: 3 g/l
Prüfzeit: 3 min.
Anforderung:
Nach einer anschließenden sauren Spülung muss eine vollständige Benetzbarkeit des Werkstücks gegeben sein. Innerhalb von 1 Minute ist kein Tropfenförmiges zusammenziehen des Wasserfilms zulässig.
Von der Automobilindustrie freigegebenes Korrosionsschutzöl, das o.g. Anforderungen erfüllt ist Anticorit 4107 S oder 4107 SUV der Fa. Fuchs- Dea- Schmierstoffe Mannheim.
Unserer Recherche nach werden diese Öle z.B. auch von den Firmen Thyssen und Voest ausschließlich benützt.
2.2.2 Waschemulsionen in Entgratungsmaschinen
Im allgemeinen entstehen durch die meisten gängigen Waschemulsionen keine Probleme wenn darauf geachtet wird, dass im Datenblatt ausdrücklich auf die Entfernbarkeit der Emulsion mit wässrigen Entfettungen hingewiesen wird.
Probleme können aber durch eine schlechte Pflege oder mangelnde Filtration der Emulsion entstehen. So gibt es durch überalterte Emulsionen gerne einen staubförmigen, weißen Niederschlag, der nasschemisch nicht mehr entfernbar ist. Unserer Erfahrung nach wird dieser Film von der Zinkschicht unterwandert und liegt nach der Verzinkung dann auf der fertigen Oberfläche.
Durch ungeeignete Korrosionsschutzöle können in den Entgratungsmaschinen auf der Unterseite, wo das Blech auf dem Band aufliegt, Muster entstehen, die oftmals gar nicht oder nur durch mehrmaliges Ver- und Entzinken oder durch Abreiben der Teile mit einem Lösemittel entfernt werden können.
Es sind auch schon ähnliche Probleme entstanden, wenn auf der Entgratungsmaschine vor der Bearbeitung von Stahlblech größere Serien Edelstahlblech bearbeitet wurde und das Band mit Edelstahlpartikeln verschmutzt war.
3. Bearbeitete Oberflächen
3.1 Gehärtete Oberflächen
Um die Sprödbruchgefahr zu minimieren sollten möglichst kurze Beizzeiten ermöglicht werden. Deshalb ist das Härteverfahren von ausschlaggebender Wichtigkeit. Im Ölbad abgeschreckte Teile, bei denen sich eine Ölkohleschicht auf dem Teil befindet können unter umständen nur durch Strahlen gereinigt werden. Das gleiche Problem entsteht, wenn verölte Teile bei hohen Temperaturen angelassen werden.
Es ist von der Härterei deshalb unbedingt zu fordern, dass die Teile vor dem Härten entfettet werden.
Vorzuziehen sind Härteverfahren unter Schutzgas oder Vakuum an von organischen Verunreinigungen freien Oberflächen.
3.2 Überdrehte Oberflächen
Beim Überdrehen von Stahl soll eine glatte Oberfläche entstehen. Auf aufgerauten oder gerupften Oberflächen lässt sich keine einwandfreie Oberfläche anbringen.
Bei Drehteilen an denen teilweise das ursprüngliche Material (insbesondere Kalt gezogenes Material) stehen bleibt ergeben sich:
• starke optische Unterschiede
• und Schichtdickenunterschiede, weil das überdrehte Material die Zinkschicht meist wesentlich schneller annimmt als die nicht überdrehten Anteile.
Bei Teilen mit engen Toleranzen und Passungen sollte deshalb die gesamte Oberfläche mechanisch bearbeitet sein.
3.3 Kühlschmiermittel und andere Schneidehilfsmittel
Für o.a. Hilfsstoffe gilt Absatz 2. sinngemäß.
Bei Spanabhebenden Verfahren muss außerdem beachtet werden, dass die Schnittgeschwindigkeiten so gewählt werden, dass eine Überhitzung vermieden wird um die Bildung von Zunder oder Verbrennungsprodukten der Schmiermittel zu vermeiden.
4. Innen- und Außengewinde
4.1 Toleranzen
Häufig werden an mit Gewinden versehenen Bauteilen Schichtdickenvorschriften gemacht, die dann dazu führen, dass nach der Oberfläche Gewinde nicht mehr gängig sind. Die erforderlichen Abmaße für Verbindungselemente können o.g. Normen entnommen werden.
4.2 Gewindeform
Nicht ganz ausrollierte Gewinde oder Bolzengewinde, die mit einem verminderten Kerndurchmesser geschnitten worden sind und deshalb keine Spitze sondern ein Plateau an der Gewindespitze aufweisen sind wesentlich toleranter als Spitz ausgeformte Gewinde.
4.3 Verunreinigungen in Gewinden
Es kann nicht damit gerechnet werden, dass Späne oder andere Verunreinigungen aus den Gewindegängen ausgewaschen werden. Werden diese Verschmutzungen in die Zinkschicht eingebaut führt das zum blockieren des Gewindes. Geschnittene Gewinde sollten deshalb mit Pressluft sauber geblasen werden.
4.4 Setzmuttern, Einpressgewindebolzen usw.
Einpressteile sollten wenn möglich nach der Oberfläche eingesetzt werden. Wenn das nicht möglich ist sollten rohe Einpressteile verwendet werden, da diese Bauteile häufig aus Stählen mit hohen Pb- Anteilen gefertigt sind, die ein Abbeizen und nochmaliges Verzinken nicht zulassen und dann roh bleiben. Die besten Erfahrungen haben wir mit Einpressteilen der Fa. PEM gemacht.
5. Zusammengefügte Teile
Aus Oberflächentechnischer Sicht ist es stets besser Teile erst nach der Oberfläche zusammen zu fügen.
5.1 Schweiß- und Löt- Konstruktionen
Die Schweiß- und Löt- nähte sollen sauber porenfrei und frei von Schlackeeinschlüssen sein. Die Umgebung der Schweißnaht soll vor dem Schweißen und Löten Ölfrei sein um die Bildung einer Ölkohleschicht in der Wärmeübergangszone zu verhindern, die u.U. nur sehr schwer oder gar nicht entfernbar ist. Voll durchgezogene Nähte sind für die anschließende Galvanisierung besser geeignet als Heftstellen. Bei gehefteten Konstruktionen besteht durch die Bildung eines Spaltes außerdem die Gefahr des „Ausblutens“ (Behandlungsflüssigkeit dringt in einen Spalt ein, der aber so klein ist, dass dort nicht sauber gespült werden kann. Nach abgeschlossener Oberflächenbeschichtung tritt aus dem Spalt die Behandlungsflüssigkeit, die für die Zinkschicht sehr aggressiv ist, wieder aus und beschädigt die Zinkschicht was weiße Ausblühungen und im Extremfall sogar Rotrost verursacht). Stumpf aufeinander stehende und nicht verschweißte Konstruktionen verursachen auch Schwachstellen oder sogar unbeschichtete Stellen in der Umgebung. Die Schnittkante ist durch die Deformierung durch den Schneidevorgang sehr aktiv diese Stelle kann aber nicht beschichtet werden, da sie auf dem anderen Material aufliegt. Das führt an dieser Stelle zu einer sehr starken Gasentwicklung die, die Zinkabscheidung behindert oder ganz unterdrückt.
Die Eignung des verwendeten Lotes muss in jedem Einzelfall überprüft werden. Bei Verwendung eines Durchlaufofens zum Löten der Teile müssen die Bauteile vorher unbedingt vollständig gereinigt und entfettet werden, da ansonsten Rückstände in die Oberfläche eingebrannt werden können, die nicht mehr entfernt werden können und eine fest haftende Oberflächenbeschichtung unmöglich machen.
5.2 Punktgeschweißte Konstruktionen
Punktgeschweißte Konstruktionen sind oft sehr kritisch für die Oberflächenbehandlung, da immer zwei Materialien aufeinander liegen. Der dabei entstehende Spalt neigt sehr häufig zum Ausbluten. (Siehe Punkt 5.1.)
Es werden jedoch häufig gute oder sehr gute Ergebnisse erzielt, wenn einige Punkte beachtet werden:
• Die Materialien sollen möglichst Plan aufeinander liegen.
• Je länger die Punktschweißnaht ist desto kritischer ist die Spaltbildung.
• An der Punktschweißstelle soll das Grundmaterial nicht deformiert werden.
• Die aufeinander liegenden Flächen sollten vor dem zusammenfügen von Öl und anderen Verunreinigungen gereinigt werden, da unsere Reinigungslösungen in dem Spalt nicht wirksam werden können.
• Sehr oft kann Abhilfe geschaffen werden wenn zwischen dem aufeinander liegenden Materialien ein Spalt von 0,5 – 1mm konstruktiv eingeplant wird, dass der Spalt gespült werden kann.
5.3 Ineinander gesteckte Konstruktionen
Ineinander gesteckte Konstruktionen z.B. eine Welle in einer Bohrung sind meist ungeeignet und führen zu sehr starken Ausblutungserscheinungen.
6. Grundsätze des galvanisiergerechten Konstruierens.
Hierzu gibt es eine Broschüre der Arbeitsgemeinschaft der Deutschen Galvanotechnik, Horionplatz 6 in 4000 Düsseldorf, die auch dort bezogen werden kann und um deren Beachtung wir bitten.
Grundsätzlich gilt:
• Je kleiner ein Radius ist desto stärker ist der Kantenaufbau an diesen Stellen.
• Wo konstruktionsbedingt Luft stehen bleibt kann keine Metallabscheidung stattfinden (Hohlkörper, Gehäuse).
• Wo konstruktionsbedingt bei den Teilen nach dem Herausziehen der Teile aus Flüssigkeiten, Flüssigkeit stehen bleibt sind optische Einschränkungen in der Oberfläche zu erwarten. Abgesehen davon wird dadurch Behandlungsflüssigkeit von einem Prozessschritt zum nächsten verschleppt, was bei extremen Teilen zu Prozessstörungen führen kann, wodurch wir gezwungen sind, die Bearbeitung solcher Teile abzulehnen.
• Bei sehr tiefen Teilen oder Rohren kann, physikalisch bedingt, weil dort kein Strom mehr fließt, ohne Sondervorrichtungen (Innenanoden) keine Beschichtung erfolgen.