EP3733932A1 - Method for producing a metal strip coated with a coating of chromium and chromium oxide based on an electrolytic solution containing a trivalent chromium compound and electrolytic system for performing the method - Google Patents
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- EP3733932A1 EP3733932A1 EP20156814.4A EP20156814A EP3733932A1 EP 3733932 A1 EP3733932 A1 EP 3733932A1 EP 20156814 A EP20156814 A EP 20156814A EP 3733932 A1 EP3733932 A1 EP 3733932A1
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- the invention relates to a method for producing a metal strip coated with a coating according to the preamble of claim 1, as well as an electrolysis system for the electrolytic deposition of a coating containing chromium and chromium oxide on the surface of a metal strip.
- tin-free steel sheet steel sheets which are electrolytically coated with a coating of chromium and chromium oxide are known from the prior art, which are referred to as tin-free steel sheet ("Tin Free Steel", TFS) or as “Electrolytic Chromium Coated Steel (ECCS)" and a Represent an alternative to tinplate.
- TFS Tin Free Steel
- ECCS Electrolytic Chromium Coated Steel
- tin-free steel sheets are particularly characterized by good adhesion for paints or organic protective coatings (such as, for example, polymer coatings made of PP or PET).
- these chromium-coated steel sheets have good corrosion resistance and good processability in forming processes for the production of packaging, e.g. in deep-drawing and ironing processes.
- electrolytic coating processes are known from the prior art, with which the coating is applied in a strip coating system to a strip-shaped steel sheet using an electrolyte containing chromium VI.
- these coating processes have considerable disadvantages and will have to be replaced by alternative coating processes in the foreseeable future, as the use of chromium VI-containing materials will be prohibited in the future.
- Organic substances in particular formates and preferably sodium or potassium formate, are used as complexing agents.
- the electrolyte solution can contain sulfuric acid.
- the coating of chromium metal and chromium oxide can be deposited in layers in successive electrolysis tanks or strip coating systems arranged one after the other, the electrolysis tanks each being filled with the same electrolyte solution.
- the electrodeposited coating can also contain chromium sulfates and chromium carbides in addition to the components chromium metal and chromium oxide and that the proportion of these components in the total weight of the coating depends to a large extent on the current densities set in the electrolysis tanks.
- the coating contains a higher one Proportion of chromium oxide, which makes up between 1 ⁇ 4 and 1/3 of the total weight of the coating in the area of higher current densities.
- the values of the current density thresholds, which the areas (Regime I to III) are dependent on the belt speed with which the steel sheet is moved through the electrolyte solution.
- the object of the present invention is to provide a method that is as efficient, cost-effective and energy-saving as possible for producing a metal strip with a coating containing chromium oxide and based on an electrolyte solution with a trivalent chromium compound.
- the use of chromium VI-containing substances, including as intermediate products of the electrolysis process, should be avoided in order to be able to fully comply with the legal requirements regarding the ban on chromium VI-containing substances.
- the metal strip coated according to the method should have the highest possible corrosion resistance and a good adhesive base for organic coatings, e.g. for organic paints and for polymer coatings, in particular for polymer films, e.g. made of PET, PE or PP.
- a coating which contains chromium metal and chromium oxide / chromium hydroxide is electrolytically produced from an electrolyte solution which contains a trivalent chromium compound and at least one salt to increase conductivity and at least one acid or base to set a desired pH , applied to a metal strip, in particular a steel strip, in that the metal strip is brought into contact with the electrolyte solution in an electrolytically effective manner, the metal strip being guided successively at a predetermined strip speed in a strip running direction through several electrolysis tanks arranged one behind the other in the strip running direction, at least the one in the strip running direction seen first electrolysis tank or a front group of electrolysis tanks is filled with a first electrolyte solution and the last electrolysis tank or a rear group of electrolysis tanks with a second electrolyte solution when viewed in the direction of belt travel is filled, wherein the second electrolyte solution, apart from a trivalent chromium compound and at least one salt and at least one
- a second electrolyte solution which does not contain any organic complexing agents, is contained in the last electrolysis tank seen in the strip running direction or in the rear group of electrolysis tanks.
- a layer consisting at least essentially of pure chromium oxide and / or chromium hydroxide can be produced on the surface of the coating.
- the underlying layers of the coating contained in the or The electrolysis tank (s) upstream in the direction of travel of the strip contain not only a chromium oxide / chromium hydroxide component but also a proportion of metallic chromium, because the upstream electrolysis tank contains a first electrolyte solution, the (organic) complexing agents, in particular formates such as sodium or potassium formate , contains.
- the coating applied electrolytically to the surface of the metal strip is thus composed of several superimposed layers, the lower layer (s) containing or containing a mixture of chromium metal and chromium oxide and / or chromium hydroxide, and possibly other chromium compounds such as chromium carbides.
- the top layer, which forms the surface of the coating consists at least essentially of pure chromium oxide and / or chromium hydroxide.
- the weight of the individual layers can be controlled in particular by the electrolysis times in the individual electrolysis tanks and set to desired values.
- chromium oxide When chromium oxide is spoken of, all oxide forms of chromium (CrOx), including chromium hydroxides, in particular chromium (III) hydroxide and chromium (III) oxide hydrate, as well as mixtures thereof are meant.
- the coating thus contains (in addition to metallic chromium) preferably exclusively trivalent chromium compounds and in particular only trivalent chromium oxides and / or chromium hydroxides.
- the top layer of the coating which is applied in the last electrolysis tank or in the rear group of electrolysis tanks, preferably has a proportion by weight of chromium oxides, including chromium hydroxides, of more than 90%, particularly preferably more than 95%. This ensures a good adhesive base with good adhesion for organic coatings such as paints or polymer layers made of thermoplastics such as PET or PP.
- the metal strip which can be, for example, a (initially uncoated) steel strip (black plate strip) or a tin-plated steel strip (tinplate strip), is placed in the first electrolysis tank or in the front group of electrolysis tanks during a first Electrolysis time t1 in contact with the first electrolyte solution and then in the second electrolysis tank or in the rear group of electrolysis tanks during a second electrolysis time t2 in contact with the second electrolyte solution brought.
- the metal strip is guided successively through the electrolysis tanks arranged one behind the other in the strip running direction, the strip speed being at least 100 m / min and preferably between 200 m / min and 750 m / min. Due to the high belt speeds, a high efficiency of the process can be guaranteed.
- the first electrolysis period in which the metal belt is in effective electrolytic contact with the first electrolyte solution is less than 2.0 seconds and the second electrolysis period in which the metal belt is in effective electrolytic contact with the second electrolyte solution is also preferably less than 2.0 seconds.
- the electrolysis times in the last electrolysis tank or the rear group of electrolysis tanks are expediently set via the belt speed so that the layer of chromium oxide applied from the second electrolyte solution has a total weight of the chromium oxide of at least 3 mg / m 2 and preferably 7 mg / m 2 to 10 mg / m 2 .
- These chromium oxide weights ensure adequate corrosion resistance and provide a good adhesive base for organic coatings such as paints or thermoplastic films.
- a weight of the chromium oxide in the top layer of at least 5 mg / m 2 , preferably more than 7 mg / m 2 , is preferred.
- a layer made of an organic material in particular a lacquer or a thermoplastic plastic, in particular a polymer film made of PET, PE, PP or a mixture thereof, can be applied to the surface of the coating (i.e. to the upper layer made of chromium oxide / chromium hydroxide).
- a suitable anode is expediently selected for the electrolytic deposition of the coating and placed in the electrolysis tanks, which oxidizes chromium (III) from the trivalent chromium compound of the electrolyte solution to chromium ( VI) prevents.
- anodes with an outer surface or a coating made of a metal oxide, in particular iridium oxide, or of a mixed metal oxide, in particular of iridium-tantalum oxide, have proven to be suitable for this.
- the anode preferably contains neither stainless steel nor platinum.
- the measurement in the associated Daniell element serves as the basis for the potentials.
- the potential of the redox equation depends on the anode material used. The choice of the anode material therefore largely determines whether reaction (1) is suppressed and only reaction (2) takes place.
- anodes based on metal oxides, especially iridium oxide, or mixed metal oxides, such as mixed metal oxides, which mainly consist of multilayered layers of tantalum oxide and iridium oxide can be used to suppress reaction 1 consist.
- the anodes can have an outer surface or an outer coating made of a mixed metal oxide.
- anodes with a core made of titanium and an outer coating made of a tantalum oxide-iridium oxide have proven to be suitable.
- polarographic measurements showed that no Cr (VI) was produced.
- chromium oxide Since already in the first electrolysis tank or in the front group of electrolysis tanks and possibly in a middle electrolysis tank or in a middle group of electrolysis tanks a certain weight proportion of the total application of the deposited coating, which is typically around 9 to 25%, is on the chromium oxide , including chromium hydroxide is omitted, chromium oxide crystals are already formed on the surface of the metal strip in the first electrolysis tank or in the front group of electrolysis tanks and in the middle electrolysis tank or in the middle group of electrolysis tanks.
- chromium oxide crystals act in the last electrolysis tank and / or in the rear group of electrolysis tanks as a nucleus for the growth of further oxide crystals, which is why the efficiency of the deposition of chromium oxide or the proportion of chromium oxide in the total application of the coating in the last electrolysis tank or in the rear Group of electrolysis tanks is improved.
- a sufficiently high weight of chromium oxide, including chromium hydroxide, of preferably more than 5 mg / m 2 can be produced on the surface of the coating in an efficient manner.
- the belt speed of the metal belt is preferably chosen so that the electrolysis time (t E ), in which the metal belt is in effective electrolytic contact with the electrolyte solution, is less than 2.0 seconds in each of the electrolysis tanks and in particular between 0.5 and 1, 9 seconds and is preferably less than 1.0 seconds and in particular between 0.6 seconds and 0.9 seconds.
- t E the electrolysis time
- the belt speed of the metal belt is preferably chosen so that the electrolysis time (t E ), in which the metal belt is in effective electrolytic contact with the electrolyte solution, is less than 2.0 seconds in each of the electrolysis tanks and in particular between 0.5 and 1, 9 seconds and is preferably less than 1.0 seconds and in particular between 0.6 seconds and 0.9 seconds.
- the proportion by weight of chromium oxide contained in the coating in relation to the total weight of the coating is preferably more than 10%, particularly preferably more than 20% and in particular between 25 and 50%.
- the total electrolysis time (t E ) in which the metal strip is in electrolytically effective contact with the electrolyte solution (E) is - added up over all electrolysis tanks - preferably less than 16 seconds and is in particular between 3 and 16 seconds.
- the total electrolysis time is particularly preferably less than 8 seconds and is in particular between 4 seconds and 7 seconds.
- the coating is deposited in layers, whereby in each of the electrolysis tanks, depending on the selected current density in the respective electrolysis tank and depending on the composition of the electrolyte solution, a layer with a different composition, in particular with a different chromium oxide content in the respective layer is generated.
- a layer containing chromium metal and chromium oxide / chromium hydroxide with a proportion by weight of chromium oxide, including chromium hydroxide, of less than 15%, in particular from 6 to 10%, on the surface of the metal strip are deposited and in the last electrolysis tank or in the rear group of electrolysis tanks a layer which consists at least essentially of pure chromium oxide and / or chromium hydroxide.
- the first and second electrolyte solutions each preferably have a temperature in the range from 20 ° C to 65 ° C and preferably in the range from 30 ° C to 55 ° C and particularly preferably between 35 ° C and 45 ° C. At these temperatures the electrolytic deposition of the layers is very efficient.
- the temperature of the electrolyte solution or the temperature in an electrolysis tank is spoken of, what is meant is the mean temperature which is averaged over the entire volume of an electrolysis tank. As a rule, there is a temperature gradient in the electrolysis tanks with a temperature increase from top to bottom.
- Both the first electrolyte solution and the second electrolyte solution preferably contain, in addition to the trivalent chromium compound, at least one salt which increases the conductivity and at least one acid or base for setting a suitable pH value.
- Both the first electrolyte solution and the second electrolyte solution are preferably free from chloride ions and free from buffering agents, in particular free from a boric acid buffer.
- the trivalent chromium compound of the first electrolyte solution and / or the second electrolyte solution is preferably selected from the group consisting of basic Cr (III) sulfate (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), Cr (III) nitrate (Cr (NO 3 ) 3 ), Cr (III) oxalate (CrC 2 O 4 ), Cr (III) acetate (C 12 H 36 ClCr 3 O 22 ), Cr (III) formate (Cr (OOCH) 3 ) or a mixture thereof .
- the concentration of the trivalent chromium compound in the first electrolyte solution and / or in the second electrolyte solution is preferably at least 10 g / l and particularly preferably more than 15 g / l and in particular 20 g / l or more.
- both the first electrolyte solution and the second electrolyte solution contain at least one salt, which is preferably an alkali metal sulfate, in particular potassium or sodium sulfate.
- a very efficient deposition of a chromium and / or chromium oxide-containing layer is achieved if the pH (measured at a temperature of 20 ° C.) of the first electrolyte solution and / or the second electrolyte solution is in a range from 2.3 to 5.0 and is preferably between 2.5 and 2.9.
- the desired pH can be adjusted by adding an acid or base to the first or second electrolyte solution. If basic Cr (III) sulfate is used as the trivalent chromium compound, sulfuric acid or an acid mixture containing sulfuric acid is particularly suitable for setting the desired pH.
- composition of the first electrolyte solution and the second electrolyte solution differs in that the first electrolyte solution contains organic complexing agents, in particular in the form of formates, preferably in the form of potassium or sodium formate, whereas the second electrolyte solution is preferably free of complexing agents and in particular no organic Contains complexing agents such as formates.
- compositions of the first and the second electrolyte solution each comprise basic Cr (III) sulfate (Cr 2 (SO 4 ) 3 ) as a trivalent chromium compound.
- concentration of the trivalent chromium compound in the first and the second electrolyte solution is at least 10 g / l and preferably more than 15 g / l and is in particular 20 g / l or more.
- Further components of the first electrolyte solution are a salt to increase conductivity, as well as organic complexing agents, in particular the salts of formic acid, such as potassium format or sodium format.
- the ratio of the proportion by weight of the trivalent chromium compound to the proportion by weight of the complexing agents, in particular the formates, is preferably between 1: 1.1 and 1: 1.4 and preferably between 1: 1.2 and 1: 1.3 and in particular 1: 1.25.
- the second electrolyte solution preferably contains no further components. This ensures a simple and inexpensive production of the second electrolyte solution.
- the trivalent chromium compound which has initially been largely freed from organic residues, as well as the at least one salt and the at least one acid or base can be dissolved in water to set a desired pH. Since the second electrolyte solution does not contain any complexing agents, the solution thus obtained should expediently be left to stand for complex formation for at least 5 days, preferably 7 days (in atmospheric oxygen). Thereafter, no fine adjustment of the desired pH value can be made by adding an acid or base.
- metal strips in particular steel strips, can be produced with an electrolytically deposited coating which contains chromium and chromium oxide / chromium hydroxide, the coating being composed of a first layer facing the surface of the metal strip and a second layer lying thereon and the first layer being metallic Contains chromium and the second layer consists at least essentially only of chromium oxide and / or chromium hydroxide, preferably only of trivalent chromium oxides and / or chromium hydroxides and preferably has a proportion by weight of chromium oxide and / or chromium hydroxide of more than 90%, particularly preferably of more than 95%.
- Such metal strips according to the invention are distinguished by a high level of corrosion resistance and good adhesion for organic coatings such as paints or polymer layers.
- the coating preferably contains at least essentially only compounds of chromium and oxygen in which the chromium is in trivalent form, in particular as Cr 2 O 3 and / or Cr (OH) 3, apart from unavoidable impurities.
- FIG. 1 a coil coating system for performing the method according to the invention is shown schematically in a first embodiment.
- the coil coating system comprises three electrolysis tanks 1a, 1b, 1c arranged next to one another or one behind the other, each of which is filled with an electrolyte solution E.
- an initially uncoated metal strip M for example a black plate or tin plate strip
- the metal strip M is pulled through the electrolysis tanks 1a-1c in a strip running direction v at a predetermined strip speed by a transport device (not shown here).
- power rollers S are arranged, via which the metal strip M is connected as a cathode.
- a deflection roller U is also arranged, around which the metal strip M is guided and is thereby directed into and out of the electrolysis tank.
- each electrolysis tank 1a-1c at least one pair of anodes AP is arranged below the liquid level of the electrolyte solution E.
- two pairs of anodes AP arranged one behind the other in the direction of travel of the strip are provided in each electrolysis tank 1a-1c.
- the metal strip M is passed between the opposing anodes of an anode pair AP.
- two pairs of anodes AP are arranged in each electrolysis tank 1a, 1b, 1c in such a way that the metal strip M is passed through these anode pairs AP one after the other.
- the last anode pair APc in the downstream direction of the last electrolysis tank 1c seen in the strip running direction v has a shortened length compared to the other anode pairs AP. As a result, a higher current density can be generated with this last pair of anodes APc when an electric current of the same level is applied.
- the metal strip M can be an initially uncoated steel strip (black plate strip) or also a tinned steel strip (tin plate strip).
- the metal strip M is first degreased, rinsed, pickled and rinsed again and, in this pretreated form, passed one after the other through the electrolysis tanks 1a-1c, the metal strip M being connected as a cathode by supplying electrical current via the current rollers S.
- the belt speed at which the metal belt M is passed through the electrolysis tanks 1a-1c is at least 100 m / min and can be up to 900 m / min.
- the front electrolysis tanks 1a and 1b seen in the strip running direction v are each filled with the same electrolyte solution E1.
- This first electrolyte solution E1 contains a trivalent chromium compound, preferably basic Cr (III) sulfate, Cr 2 (SO 4 ) 3 .
- the first electrolyte solution E1 contains at least one organic complexing agent, for example a salt of formic acid, in particular potassium or sodium format.
- the ratio of the proportion by weight of the trivalent chromium compound to the proportion by weight of the complexing agents, in particular the formates, is preferably between 1: 1.1 and 1: 1.4 and particularly preferably 1: 1.25.
- the first electrolyte solution E1 contains a salt, in particular. an alkali metal sulfate, for example potassium or sodium sulfate.
- concentration of the trivalent chromium compound in the first electrolyte solution E1 is at least 10 g / l and particularly preferably 20 g / l or more.
- the temperature of the first electrolyte solution E1 is expediently the same in the two front electrolysis tanks 1a, 1b and is preferably between 25.degree. C. and 70.degree. However, different temperatures of the electrolyte solution can also be set in the two front electrolysis tanks 1a-1b. For example, the temperature of the electrolyte solution in the middle electrolysis tank 1b can be lower than in the front electrolysis tank 1a arranged upstream.
- the temperature of the electrolyte solution in the middle electrolysis tank 1b is preferably between 25 ° C and 37 ° C and in particular 35 ° C and the temperature of the first electrolyte solution E1 in the front electrolysis tank 1a is preferably between 40 ° C and 75 ° C and in particular at 55 ° C.
- the rear or last electrolysis tank 1c seen in the strip running direction v is filled with a second electrolyte solution E2, the composition of which differs from the first electrolyte solution E1 at least in that the second electrolyte solution E2 contains no organic constituents and in particular no complexing agents. Otherwise, the constituent parts of the second electrolyte solution E2 can correspond to the first electrolyte solution E1.
- the second electrolyte solution E2 also contains a trivalent chromium compound, preferably basic Cr (III) sulfate, Cr 2 (SO 4 ) 3, and at least one salt and one acid or base for setting a suitable pH value.
- the salt which, like the first electrolyte solution E1, is an alkali metal sulfate, for example Potassium or sodium sulfate, serves to increase the conductivity.
- the concentration of the trivalent chromium compound in the second electrolyte solution E2 is at least 10 g / l and particularly preferably 20 g / l or more.
- the temperature of the second electrolyte solution E2 in the rear electrolysis tank 1c is expediently between 25 ° C and 70 ° C and is preferably between 25 ° C and 40 ° C, and is in particular 35 ° C.
- the anode pairs AP arranged in the electrolysis tanks 1a-1c are supplied with electrical direct current in such a way that the electrolysis tanks 1a, 1b, 1c each have a sufficiently high current density to allow electrolytic deposition of a chromium-containing (in particular a Cr-III-containing) layer produce.
- the minimum current density required for this depends on the belt speed and is, for example, at a (minimum) belt speed of 100 m / min approx. 15 to 20 A / dm 2 .
- the minimum current density required for electrolytic deposition of a chromium-containing layer increases with higher belt speed.
- the metal belt M connected as a cathode and passed through the electrolysis tanks 1a-1c is in electrolytically effective contact with the first electrolyte solution E1 during an electrolysis period t1 in the two front electrolysis tanks 1a, 1b and subsequently during an electrolysis period t2 in the rear electrolysis tank 1c in electrolytically effective contact with the second electrolyte solution E2.
- the electrolysis time in each of the electrolysis tanks 1a, 1b, 1c is between 0.5 and 2.0 seconds.
- Belt speeds are preferably set so high that the electrolysis time in each electrolysis tank 1a, 1b, 1c is less than 2 seconds and in particular is between 0.6 seconds and 1.8 seconds.
- the total electrolysis time tG t1 + t2, in which the metal strip M is in electrolytically effective contact with the first and second electrolyte solutions E1, E2 across all electrolysis tanks 1a-1c, is accordingly between 1.8 and 5.4 seconds.
- the duration of the electrolysis in the individual electrolysis tanks 1a, 1b, 1c can be adjusted on the one hand by the belt speed and on the other hand by the dimensioning of the electrolysis tanks 1a-1c.
- a layer is deposited on at least one side of the metal strip M in the front electrolysis tank 1a and in the middle electrolysis tank 1b, which layer contains chromium and chromium oxide / Chromium hydroxide and chromium carbides and, if a sulfate-containing first electrolyte solution E1 is used, may contain chromium sulfates.
- a layer B1 or B2 is produced in each of the two electrolysis tanks 1a, 1b, the composition of the layers B1, B2, in particular with regard to the proportion of chromium oxide / chromium hydroxide, being able to differ if in the front electrolysis tank 1a and the middle electrolysis tank 1b different electrolysis parameters, especially. Different current densities and temperatures, are used.
- an upper layer B3 is deposited on at least one side of the metal strip M, which layer consists at least essentially of pure chromium oxide and / or chromium hydroxide.
- the proportion by weight of the chromium oxide / chromium hydroxide in the total weight of the upper layer B3 is expediently at least 90%, preferably more than 95%.
- FIG 3 a schematic sectional view of a metal strip M electrolytically coated using the method according to the invention is shown.
- a coating B is applied to one side of the metal strip M, which is composed of the individual layers B1, B2, B3.
- Each individual layer B1, B2, B3 is applied to the surface in one of the electrolysis tanks 1a, 1b, 1c.
- the two lower layers B1, B2 facing the surface of the metal strip M contain metallic chromium (chromium metal) and chromium oxides (CrOx) / chromium hydroxides as well as chromium carbides and possibly chromium sulfates as essential components, the composition of the individual layers B1, B2 in particular with regard to their respective weight percentages of chromium metal and chromium oxide / chromium hydroxide can be the same or different, depending on whether the same or different electrolysis parameters have been used in the two front electrolysis tanks 1a, 1b.
- the upper layer B2 facing away from the surface of the metal strip M essentially contains only chromium oxides (CrOx) and / or chromium hydroxides and in particular no chromium carbides and hardly any metallic chromium and hardly any chromium sulfates.
- the layer structure of the layers B1, B2, B3 deposited on the metal substrate can be demonstrated by GDOES spectra ( Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy ).
- a metallic chrome layer with a thickness of 10-15 nm is first deposited on the metal strip M in the two front electrolysis tanks 1a, 1b.
- the surface of this layer oxidizes and is mainly in the form of chromium oxide in the form of Cr 2 O 3 or as a mixed oxide hydroxide in the form of Cr 2 O 2 (OH) 2 .
- This oxide layer is a few nanometers thick.
- chromium-carbon and chromium sulfate compounds which are formed from the reduction of the organic complexing agent or the sulfate of the electrolyte solution, are formed evenly throughout the entire layer.
- Typical GDOES spectra of the layers B1, B2 deposited in the individual electrolysis tanks show a strong increase in the oxygen signal in the first nanometers of the layer, from which it can be concluded that the oxide layer is concentrated on the surface of the respective layer ( Figure 4 ).
- composition of the layers can be determined according to the EURO standard DIN EN 10202 (Cr-oxides photometric: (euro-norm) step 1: 40 ml NaOH (330g / L), reaction at 90 ° C for 10 minutes, oxidation with 10 ml 6 % H 2 O 2 , photometric @ 370 nm).
- the metal strip M provided with the coating B is rinsed, dried and oiled (for example with DOS).
- the metal strip M electrolytically coated with the coating B can then be provided with an organic coating.
- the organic layer is applied in a known manner, for example by painting or laminating a plastic film onto the surface of the coating B, that is to say onto the upper layer B3 made of chromium oxide / chromium hydroxide.
- the upper layer B3 made of chromium oxide / chromium hydroxide offers a good adhesive base for the organic material of the overlay.
- the organic coating can be, for example, an organic lacquer or polymer films made from thermoplastic polymers such as PET, PE, PP or mixtures thereof.
- the organic coating can be applied, for example, in a "coil coating" process or in a panel process, the coated metal strip being first divided into panels in the panel process, which are then coated with an organic lacquer or with a polymer film be coated.
- FIG 2 a second embodiment of a strip coating system with eight electrolysis tanks 1a-1h arranged one behind the other in the strip running direction v is shown.
- the electrolysis tanks 1a-1h are grouped into three groups, namely a front group with the first two electrolysis tanks 1a, 1b, a middle group with the subsequent electrolysis tanks 1c-1f in the direction of belt travel and a rear group with the last two electrolysis tanks 1g and 1h.
- the first electrolyte solution E1 which contains organic complexing agents, in particular formates, is located in the front group of electrolysis tanks 1a, 1b and in the middle group of electrolysis tanks 1c, 1d, 1e, 1f.
- the rear group of electrolysis tanks 1g, 1h is filled with the second electrolyte solution E2, which is free from organic substances and in particular free from complexing agents.
- the coatings B preferably have a total weight of the chromium of at least 40 mg / m 2 and particularly preferably from 70 mg / m 2 to 180 mg / m 2 .
- the coating B expediently has a total of chromium oxide with a weight of the chromium bound as chromium oxide or chromium hydroxide of at least 3 mg chromium per m 2 and in particular from 3 to 15 mg / m 2 .
- the amount by weight of the chromium bound as chromium oxide or chromium hydroxide, averaged over the entire amount of coating B, is preferably at least 5 and preferably more than 7 mg of chromium per m 2 .
- Good adhesion of organic paints or thermoplastic polymer materials on the surface of the coating B can be achieved with weight limits of the chromium oxide / chromium hydroxide of up to approx. 15 mg / m 2 .
- One the preferred range for the weight of the chromium oxide / chromium hydroxide in coating B is therefore between 5 and 15 mg / m 2 .
- the thickness or the weight of the individual layers B1, B2, B3 can be adjusted in the method according to the invention by means of the electrolysis times t1, t2. As soon as a sufficiently high current density is selected in the electrolysis tanks, the thickness or the weight of the deposited layers B1, B2, B3 does not depend on the current density but only on the electrolysis time t1, t2 (if the temperature of the electrolyte solution remains constant) the metal strip M is in electrolytically effective contact with the first or the second electrolyte solution E1, E2.
- the chromium oxide / chromium hydroxide proportion of the total weight of the coating B can therefore be set by the electrolysis time t2, in which the metal strip M in the rear electrolysis tank 1c or the rear group of electrolysis tanks 1g, 1h is in electrolytically effective contact with the second electrolyte solution E2 is located.
- This electrolysis duration t2 is in turn dependent on the dimensioning of the rear electrolysis tank 1c or 1g, 1h and the belt speed.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Beschichtung (B) beschichteten Metallbands (M), wobei die Beschichtung (B) Chrommetall und Chromoxid enthält und elektrolytisch aus einer Elektrolytlösung, welche eine dreiwertige Chromverbindung sowie wenigstens ein Salz zur Erhöhung der Leitfähigkeit und wenigstens eine Säure oder eine Base zur Einstellung eines gewünschten pH-Werts enthält, auf das Metallband (M) aufgebracht wird, indem das Metallband (M) während einer Elektrolysedauer elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der Elektrolytlösung (E) gebracht wird, wobei das Metallband (M) mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit (v) in einer Bandlaufrichtung nacheinander durch mehrere in Bandlaufrichtung hintereinander angeordnete Elektrolysetanks (1a, 1b, 1c; 1a bis 1h) geleitet wird, wobei zumindest der in Bandlaufrichtung gesehen erste Elektrolysetank (1c; 1h) oder eine vordere Gruppe von Elektrolysetanks (1a, 1b) mit einer ersten Elektrolytlösung (E1) befüllt ist und der in Bandlaufrichtung gesehen letzte Elektrolysetank (1c; 1h) oder eine hintere Gruppe von Elektrolysetanks (1g, 1h) mit einer zweiten Elektrolytlösung (E2) befüllt ist, wobei die zweite Elektrolytlösung (E2) außer der dreiwertigen Chromverbindung sowie dem wenigstens einen Salz und der wenigstens einen Säure oder Base keine weiteren Bestandteile enthält und insbesondere frei von organischen Komplexbildnern und frei von Pufferungsmitteln ist.The invention relates to a method for producing a metal strip (M) coated with a coating (B), the coating (B) containing chromium metal and chromium oxide and electrolytically from an electrolyte solution containing a trivalent chromium compound and at least one salt to increase conductivity and at least contains an acid or a base for setting a desired pH value, is applied to the metal strip (M) by bringing the metal strip (M) into contact with the electrolyte solution (E) in an electrolytically effective manner during an electrolysis period, the metal strip (M ) is passed through several electrolysis tanks (1a, 1b, 1c; 1a to 1h) arranged one behind the other in the direction of tape travel at a predetermined tape speed (v), at least the first electrolysis tank (1c; 1h) or a front group as seen in the tape travel direction of electrolysis tanks (1a, 1b) filled with a first electrolyte solution (E1) i st and the last electrolysis tank (1c; 1h) or a rear group of electrolysis tanks (1g, 1h) is filled with a second electrolyte solution (E2), the second electrolyte solution (E2) not containing any other components apart from the trivalent chromium compound and the at least one salt and the at least one acid or base and in particular is free from organic complexing agents and free from buffering agents.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Beschichtung beschichteten Metallbands nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Elektrolysesystem zum elektrolytischen Abscheiden einer chrom- und chromoxidhaltigen Beschichtung auf der Oberfläche eines Metallbands.The invention relates to a method for producing a metal strip coated with a coating according to the preamble of claim 1, as well as an electrolysis system for the electrolytic deposition of a coating containing chromium and chromium oxide on the surface of a metal strip.
Zur Herstellung von Verpackungen sind aus dem Stand der Technik elektrolytisch mit einer Beschichtung aus Chrom und Chromoxid beschichtete Stahlbleche bekannt, welche als zinnfreies Stahlblech ("Tin Free Steel", TFS) oder als "Electrolytic Chromium Coated Steel (ECCS)" bezeichnet werden und eine Alternative zu Weißblechen darstellen. Diese zinnfreien Stahlbleche zeichnen sich besonders durch ein gutes Haftvermögen für Lacke oder organische Schutzbeschichtungen (wie bspw. Polymerbeschichtungen aus PP oder PET) aus. Trotz der geringen Dicke der Beschichtung aus Chrom und Chromoxid, die in der Regel weniger als 20 nm beträgt, weisen diese chrombeschichteten Stahlbleche eine gute Korrosionsbeständigkeit sowie eine gute Verarbeitbarkeit in Umformverfahren zur Herstellung von Verpackungen, bspw. in Tiefzieh- und Abstreckziehverfahren, auf.For the production of packaging, steel sheets which are electrolytically coated with a coating of chromium and chromium oxide are known from the prior art, which are referred to as tin-free steel sheet ("Tin Free Steel", TFS) or as "Electrolytic Chromium Coated Steel (ECCS)" and a Represent an alternative to tinplate. These tin-free steel sheets are particularly characterized by good adhesion for paints or organic protective coatings (such as, for example, polymer coatings made of PP or PET). Despite the low thickness of the coating of chromium and chromium oxide, which is usually less than 20 nm, these chromium-coated steel sheets have good corrosion resistance and good processability in forming processes for the production of packaging, e.g. in deep-drawing and ironing processes.
Zur Beschichtung des Stahlsubstrats mit einer metallisches Chrom und Chromoxid enthaltenden Beschichtung sind aus dem Stand der Technik elektrolytische Beschichtungsverfahren bekannt, mit denen die Beschichtung in einer Bandbeschichtungsanlage auf ein bandförmiges Stahlblech unter Verwendung eines Chrom-VI-haltigen Elektrolyten appliziert wird. Diese Beschichtungsverfahren weisen allerdings aufgrund der umwelt- und gesundheitsgefährdenden Eigenschaften der im Elektrolyseverfahren verwendeten Chrom-VI-haltigen Elektrolyten erhebliche Nachteile auf und müssen in absehbarer Zeit durch alternative Beschichtungsverfahren ersetzt werden, da die Verwendung von Chrom-VI-haltigen Materialien zukünftig verboten sein wird.For coating the steel substrate with a coating containing metallic chromium and chromium oxide, electrolytic coating processes are known from the prior art, with which the coating is applied in a strip coating system to a strip-shaped steel sheet using an electrolyte containing chromium VI. However, due to the properties of the chromium VI-containing electrolytes used in the electrolysis process, which are harmful to the environment and health, these coating processes have considerable disadvantages and will have to be replaced by alternative coating processes in the foreseeable future, as the use of chromium VI-containing materials will be prohibited in the future.
Aus diesem Grund wurden im Stand der Technik bereits elektrolytische Beschichtungsverfahren entwickelt, die auf den Einsatz von Chrom-VI-haltigen Elektrolyten verzichten können. So ist bspw. aus der
Dabei wurde beobachtet, dass die elektrolytisch abgeschiedene Beschichtung außer den Bestandteilen Chrommetall und Chromoxid auch noch Chromsulfate und Chromcarbide enthalten kann und dass die Anteile dieser Bestandteile an der Gesamtgewichtsauflage der Beschichtung ganz wesentlich von den in den Elektrolysetanks eingestellten Stromdichten abhängt. Es wurde fest gestellt, dass sich in Abhängigkeit der Stromdichte drei Bereiche (Regime I, Regime II und Regime III) ausbilden, wobei in einem ersten Bereich mit niedriger Stromdichte bis zu einer ersten Stromdichteschwelle (Regime I) noch keine chromhaltige Abscheidung auf dem Stahlsubstrat erfolgt, in einem zweiten Bereich mit mittlerer Stromdichte (Regime II) ein linearer Zusammenhang zwischen der Stromdichte und der Gewichtsauflage der abgeschiedenen Beschichtung besteht und bei Stromdichten oberhalb einer zweiten Stromdichteschwelle (Regime III) eine teilweise Zersetzung der applizierten Beschichtung erfolgt, so dass die Gewichtsauflage des Chrom der applizierten Beschichtung in diesem Bereich bei ansteigender Stromdichte zunächst abfällt und sich dann bei höheren Stromdichten auf einen gleichbleibenden Wert einstellt. Dabei wird in dem Bereich mit mittlerer Stromdichte (Regime II) im Wesentlichen metallisches Chrom mit einem Gewichtsanteil von bis zu 80% (bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung) auf dem Stahlsubstrat abgeschieden und oberhalb der zweiten Stromdichteschwelle (Regime III) enthält die Beschichtung einen höheren Anteil an Chromoxid, der in dem Bereich der höheren Stromdichten zwischen ¼ und ein 1/3 der Gesamtgewichtsauflage der Beschichtung ausmacht. Die Werte der Stromdichteschwellen, die die Bereiche (Regime I bis III) voneinander abgrenzen, sind dabei abhängig von der Bandgeschwindigkeit, mit der das Stahlblech durch die Elektrolytlösung bewegt wird.It was observed that the electrodeposited coating can also contain chromium sulfates and chromium carbides in addition to the components chromium metal and chromium oxide and that the proportion of these components in the total weight of the coating depends to a large extent on the current densities set in the electrolysis tanks. It was found that, depending on the current density, three areas (regime I, regime II and regime III) develop, whereby in a first area with a low current density up to a first current density threshold (regime I) there is no chromium-containing deposition on the steel substrate , in a second area with medium current density (regime II) there is a linear relationship between the current density and the weight of the deposited coating and, with current densities above a second current density threshold (regime III), the applied coating is partially decomposed, so that the weight of the chromium of the applied coating in this area initially drops with increasing current density and then adjusts to a constant value with higher current densities. In the area with medium current density (regime II), metallic chromium with a weight fraction of up to 80% (based on the total weight of the coating) is deposited on the steel substrate and above the second current density threshold (regime III) the coating contains a higher one Proportion of chromium oxide, which makes up between ¼ and 1/3 of the total weight of the coating in the area of higher current densities. The values of the current density thresholds, which the areas (Regime I to III) They are dependent on the belt speed with which the steel sheet is moved through the electrolyte solution.
In der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines möglichst effizienten, kostengünstigen und energiesparenden Verfahrens zur Herstellung eines Metallbands mit einer Chromoxid enthaltenden Beschichtung auf Basis einer Elektrolytlösung mit einer dreiwertigen Chromverbindung. Dabei soll in jedem Fall die Verwendung von Chrom-VI-haltigen Substanzen, auch als Zwischenprodukte des Elektrolyseverfahrens, vermieden werden, um die gesetzlichen Vorgaben bezüglich des Verbots von Chrom-VI-haltigen Substanzen vollständig erfüllen zu können. Weiterhin soll das gemäß dem Verfahren beschichtete Metallband eine möglichst hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen und eine gute Haftgrundlage für organische Auflagen, wie z.B. für organische Lacke und für Polymerbeschichtungen, insbesondere für Polymerfolien bspw. aus PET, PE oder PP, bilden.The object of the present invention is to provide a method that is as efficient, cost-effective and energy-saving as possible for producing a metal strip with a coating containing chromium oxide and based on an electrolyte solution with a trivalent chromium compound. In any case, the use of chromium VI-containing substances, including as intermediate products of the electrolysis process, should be avoided in order to be able to fully comply with the legal requirements regarding the ban on chromium VI-containing substances. Furthermore, the metal strip coated according to the method should have the highest possible corrosion resistance and a good adhesive base for organic coatings, e.g. for organic paints and for polymer coatings, in particular for polymer films, e.g. made of PET, PE or PP.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Elektrolysesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie durch ein Metallband gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und des Elektrolysesystems sind den Unteransprüchen zu entnehmen.This object is achieved by a method with the features of claim 1 and by an electrolysis system with the features of claim 14 and by a metal strip according to claim 15. Preferred embodiments of the method and the electrolysis system can be found in the dependent claims.
In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird eine Beschichtung, die Chrommetall und Chromoxid/Chromhydroxid enthält, elektrolytisch aus einer Elektrolytlösung, die eine dreiwertige Chromverbindung sowie wenigstens ein Salz zur Erhöhung der Leitfähigkeit und wenigstens eine Säure oder eine Base zur Einstellung eines gewünschten pH-Werts enthält, auf ein Metallband, insbesondere ein Stahlband, aufgebracht, indem das Metallband elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der Elektrolytlösung gebracht wird, wobei das Metallband nacheinander mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit in einer Bandlaufrichtung durch mehrere in Bandlaufrichtung hintereinander angeordnete Elektrolysetanks geleitet wird, wobei zumindest der in Bandlaufrichtung gesehen erste Elektrolysetank oder eine vordere Gruppe von Elektrolysetanks mit einer ersten Elektrolytlösung befüllt ist und der in Bandlaufrichtung gesehen letzte Elektrolysetank oder eine hintere Gruppe von Elektrolysetanks mit einer zweiten Elektrolytlösung befüllt ist, wobei die zweite Elektrolytlösung außer einer dreiwertigen Chromverbindung sowie wenigstens einem Salz und wenigstens einer Säure oder Base keine weiteren Bestandteile enthält und insbesondere frei von organischen Komplexbildnern und frei von Pufferungsmitteln ist. Dabei werden keine Chrom-VI-haltigen Substanzen verwendet, auch nicht als Zwischenprodukte, so dass das Verfahren gänzlich frei von Chrom-VI-haltigen Substanzen und damit bei der Verfahrensdurchführung umwelt- und gesundheitsschonend ist.In the method according to the invention, a coating which contains chromium metal and chromium oxide / chromium hydroxide is electrolytically produced from an electrolyte solution which contains a trivalent chromium compound and at least one salt to increase conductivity and at least one acid or base to set a desired pH , applied to a metal strip, in particular a steel strip, in that the metal strip is brought into contact with the electrolyte solution in an electrolytically effective manner, the metal strip being guided successively at a predetermined strip speed in a strip running direction through several electrolysis tanks arranged one behind the other in the strip running direction, at least the one in the strip running direction seen first electrolysis tank or a front group of electrolysis tanks is filled with a first electrolyte solution and the last electrolysis tank or a rear group of electrolysis tanks with a second electrolyte solution when viewed in the direction of belt travel is filled, wherein the second electrolyte solution, apart from a trivalent chromium compound and at least one salt and at least one acid or base, contains no further components and in particular is free from organic complexing agents and free from buffering agents. No chromium VI-containing substances are used, not even as intermediate products, so that the process is completely free of chromium VI-containing substances and is therefore environmentally and health-friendly when carrying out the process.
Es hat sich dabei in überraschender Weise gezeigt, dass es auch ohne die Verwendung von organischen Komplexbildnern, wie Formiate, als Bestandteil der Elektrolytlösung möglich ist, eine chromhaltige Schicht auf der Oberfläche des Metallbands elektrolytisch abzuscheiden, wobei die unter Verwendung einer Elektrolytlösung ohne organische Komplexbildner abgeschiedene Schicht zumindest im Wesentlichen nur aus Chromoxid und/oder Chromhydroxid besteht. Es hat sich ferner gezeigt, dass eine die Oberfläche der Beschichtung bildende Schicht aus reinem Chromoxid/Chromhydroxid in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit und die Haftwirkung organischer Auflagen wie Lacke oder Polymerschichten vorteilhaft ist. Deshalb ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass in dem in Bandlaufrichtung gesehen letzten Elektrolysetank oder in der hinteren Gruppe von Elektrolysetanks eine zweite Elektrolytlösung enthalten ist, welche keine organischen Komplexbildner enthält. Dadurch kann an der Oberfläche der Beschichtung eine zumindest im Wesentlichen aus reinem Chromoxid und/oder Chromhydroxid bestehende Schicht erzeugt werden. Die darunter liegenden Schichten der Beschichtung, die in dem oder den in Bandlaufrichtung vorgelagerten Elektrolysetank(s) abgeschieden werden, enthalten dagegen neben einem Chromoxid-/Chromhydroxidanteil auch einen Anteil an metallischem Chrom, weil in den vorgelagerten Elektrolysetanks eine erste Elektrolytlösung enthalten ist, die (organische) Komplexbildner, insbesondere Formiate wie Natrium- oder Kaliumformiat, enthält. Die elektrolytisch auf der Oberfläche des Metallbands aufgebrachte Beschichtung setzt sich also aus mehreren übereinanderliegenden Schichten zusammen, wobei die untere(n) Schicht(en) eine Mischung aus Chrommetall und Chromoxid und/oder Chromhydroxid, und ggf. weiteren Chromverbindungen wie Chromcarbide, enthält bzw. enthalten und die oberste Schicht, welche die Oberfläche der Beschichtung ausbildet, zumindest im Wesentlichen aus reinem Chromoxid und/oder Chromhydroxid besteht. Die Gewichtsauflage der einzelnen Schichten kann dabei insbesondere durch die Elektrolysezeiten in den einzelnen Elektrolysetanks gesteuert und auf gewünschte Werte eingestellt werden.It has surprisingly been shown that it is possible to electrolytically deposit a chromium-containing layer on the surface of the metal strip even without the use of organic complexing agents, such as formates, as a component of the electrolyte solution, the deposited using an electrolyte solution without organic complexing agents Layer consists at least essentially only of chromium oxide and / or chromium hydroxide. It has also been shown that a layer of pure chromium oxide / chromium hydroxide forming the surface of the coating is advantageous with regard to the corrosion resistance and the adhesive effect of organic coatings such as paints or polymer layers. It is therefore provided in the method according to the invention that a second electrolyte solution, which does not contain any organic complexing agents, is contained in the last electrolysis tank seen in the strip running direction or in the rear group of electrolysis tanks. As a result, a layer consisting at least essentially of pure chromium oxide and / or chromium hydroxide can be produced on the surface of the coating. The underlying layers of the coating contained in the or The electrolysis tank (s) upstream in the direction of travel of the strip, on the other hand, contain not only a chromium oxide / chromium hydroxide component but also a proportion of metallic chromium, because the upstream electrolysis tank contains a first electrolyte solution, the (organic) complexing agents, in particular formates such as sodium or potassium formate , contains. The coating applied electrolytically to the surface of the metal strip is thus composed of several superimposed layers, the lower layer (s) containing or containing a mixture of chromium metal and chromium oxide and / or chromium hydroxide, and possibly other chromium compounds such as chromium carbides. and the top layer, which forms the surface of the coating, consists at least essentially of pure chromium oxide and / or chromium hydroxide. The weight of the individual layers can be controlled in particular by the electrolysis times in the individual electrolysis tanks and set to desired values.
Wenn von Chromoxid gesprochen wird, sind dabei alle Oxidformen des Chrom (CrOx), einschließlich Chromhydroxide, insbesondere Chrom(III)-Hydroxid und Chrom(III)-oxidHydrat, sowie Mischungen davon gemeint. Bevorzugt sind dabei die Verbindungen von Chrom und Sauerstoff, in denen das Chrom in dreiwertiger Form vorliegt, insbesondere als Dichromtrioxid (Cr2O3). Die Beschichtung enthält damit (neben metallischem Chrom) bevorzugt ausschließlich dreiwertige Chromverbindungen und insbesondere nur dreiwertige Chromoxide und/oder Chromhydroxide.When chromium oxide is spoken of, all oxide forms of chromium (CrOx), including chromium hydroxides, in particular chromium (III) hydroxide and chromium (III) oxide hydrate, as well as mixtures thereof are meant. The compounds of chromium and oxygen in which the chromium is present in trivalent form, in particular as dichromium trioxide (Cr 2 O 3 ), are preferred. The coating thus contains (in addition to metallic chromium) preferably exclusively trivalent chromium compounds and in particular only trivalent chromium oxides and / or chromium hydroxides.
Die oberste Schicht der Beschichtung, die in dem letzten Elektrolysetank oder in der hinteren Gruppe von Elektrolysetanks aufgebracht wird, weist bevorzugt einen Gewichtsanteil von Chromoxiden, einschl. Chromhydroxiden, von mehr als 90%, besonders bevorzugt von mehr als 95 % auf. Dies gewährleistet eine gute Haftgrundlage mit einem guten Haftvermögen für organische Auflagen wie Lacke oder Polymerschichten aus thermoplastischen Kunststoffen wie PET oder PP.The top layer of the coating, which is applied in the last electrolysis tank or in the rear group of electrolysis tanks, preferably has a proportion by weight of chromium oxides, including chromium hydroxides, of more than 90%, particularly preferably more than 95%. This ensures a good adhesive base with good adhesion for organic coatings such as paints or polymer layers made of thermoplastics such as PET or PP.
Zur elektrolytischen Abscheidung der Schichten wird das Metallband, bei dem es sich bspw. um ein (zunächst unbeschichtetes) Stahlband (Schwarzblechband) oder um ein verzinntes Stahlband (Weißblechband) handeln kann, in dem ersten Elektrolysetank oder in der vorderen Gruppe von Elektrolysetank während einer ersten Elektrolysedauer t1 in Kontakt mit der ersten Elektrolytlösung und danach in dem zweiten Elektrolysetank oder in der hinteren Gruppe von Elektrolysetanks während einer zweiten Elektrolysedauer t2 in Kontakt mit der zweiten Elektrolytlösung gebracht. Die gesamte Elektrolysedauer tG = t1 + t2 liegt dabei bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 5,0 Sekunden und besonders bevorzugt zwischen 1,0 und 1,5 Sekunden. Hierbei wird das Metallband mit einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit nacheinander durch die in Bandlaufrichtung hintereinander angeordneten Elektrolysetanks geleitet, wobei die Bandgeschwindigkeit mindestens 100 m/min beträgt und bevorzugt zwischen 200 m/min und 750 m/min liegt. Durch die hohen Bandgeschwindigkeiten kann eine hohe Effizienz des Verfahrens gewährleistet werden.For the electrolytic deposition of the layers, the metal strip, which can be, for example, a (initially uncoated) steel strip (black plate strip) or a tin-plated steel strip (tinplate strip), is placed in the first electrolysis tank or in the front group of electrolysis tanks during a first Electrolysis time t1 in contact with the first electrolyte solution and then in the second electrolysis tank or in the rear group of electrolysis tanks during a second electrolysis time t2 in contact with the second electrolyte solution brought. The total electrolysis time tG = t1 + t2 is preferably in the range from 0.5 to 5.0 seconds and particularly preferably between 1.0 and 1.5 seconds. Here, the metal strip is guided successively through the electrolysis tanks arranged one behind the other in the strip running direction, the strip speed being at least 100 m / min and preferably between 200 m / min and 750 m / min. Due to the high belt speeds, a high efficiency of the process can be guaranteed.
Bei den bevorzugten Bandgeschwindigkeiten ist die erste Elektrolysedauer, in der das Metallband elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der ersten Elektrolytlösung steht, kleiner als 2,0 Sekunden und auch die zweite Elektrolysedauer, in der das Metallband elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der zweiten Elektrolytlösung steht, ist bevorzugt kleiner als 2,0 Sekunden.At the preferred belt speeds, the first electrolysis period in which the metal belt is in effective electrolytic contact with the first electrolyte solution is less than 2.0 seconds and the second electrolysis period in which the metal belt is in effective electrolytic contact with the second electrolyte solution is also preferably less than 2.0 seconds.
Zweckmäßig werden die Elektrolysedauern in dem letzten Elektrolysetank oder der hinteren Gruppe von Elektrolysetanks über die Bandgeschwindigkeit so eingestellt, dass die aus der zweiten Elektrolytlösung aufgebrachte Schicht aus Chromoxid eine gesamte Gewichtsauflage des Chromoxids von wenigstens 3 mg/m2 und bevorzugt von 7 mg/m2 bis 10 mg/m2 aufweist. Diese Gewichtsauflagen des Chromoxids gewährleisten eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit und bieten eine gute Haftgrundlage für organische Auflagen wie Lacke oder thermoplastische Kunststofffilme. Zur Erzielung einer für Verpackungsanwendungen ausreichenden Korrosionsbeständigkeit ist eine Gewichtsauflage des Chromoxids in der obersten Schicht von wenigstens 5 mg/m2, bevorzugt von mehr als 7 mg/m2 zu bevorzugen.The electrolysis times in the last electrolysis tank or the rear group of electrolysis tanks are expediently set via the belt speed so that the layer of chromium oxide applied from the second electrolyte solution has a total weight of the chromium oxide of at least 3 mg / m 2 and preferably 7 mg / m 2 to 10 mg / m 2 . These chromium oxide weights ensure adequate corrosion resistance and provide a good adhesive base for organic coatings such as paints or thermoplastic films. To achieve sufficient corrosion resistance for packaging applications, a weight of the chromium oxide in the top layer of at least 5 mg / m 2 , preferably more than 7 mg / m 2 , is preferred.
Zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und zur Ausbildung einer Barriere gegen schwefelhaltige Materialen, insbesondere gegen sulfid- oder sulfithaltige Füllgüter von Verpackungen, kann deshalb nach dem elektrolytischen Aufbringen der Beschichtung problemlos eine gut auf der oberen Chromoxid-Schicht der Beschichtung haftende Auflage aus einem organischen Material, insbesondere einem Lack oder einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere einer Polymerfolie aus PET, PE, PP oder einer Mischung davon, auf die Oberfläche der Beschichtung (also auf die obere Schicht aus Chromoxid/ Chromhydroxid) aufgebracht werden.To improve the corrosion resistance and to create a barrier against sulfur-containing materials, in particular against contents of packaging containing sulphide or sulphite, after the electrolytic application of the coating, a layer made of an organic material, in particular a lacquer or a thermoplastic plastic, in particular a polymer film made of PET, PE, PP or a mixture thereof, can be applied to the surface of the coating (i.e. to the upper layer made of chromium oxide / chromium hydroxide).
Um ein gänzlich von Chrom-VI-haltigen Substanzen freies Verfahren zu gewährleisten, wird zweckmäßig bei der elektrolytischen Abscheidung der Beschichtung eine geeignete Anode ausgewählt und in den Elektrolysetanks angeordnet, welche eine Oxidation von Chrom(III) aus der dreiwertigen Chromverbindung der Elektrolytlösung zu Chrom(VI) unterbindet. Hierfür haben sich insbesondere Anoden mit einer Außenfläche oder einer Beschichtung aus einem Metalloxid, insbesondere Iridiumoxid, oder aus einem Mischmetalloxid, insbesondere aus Iridium-Tantal-Oxid, als geeignet erwiesen. Bevorzugt enthält die Anode weder Edelstahl noch Platin. Durch Verwendung solcher Anoden lassen sich Beschichtungen auf dem Schwarz- oder Weißblech abscheiden, welche ausschließlich dreiwertige Chromoxide und/oder Chromhydroxide enthalten, insbesondere Cr2O3 und/oder Cr(OH)3.In order to ensure a process that is completely free of substances containing chromium VI, a suitable anode is expediently selected for the electrolytic deposition of the coating and placed in the electrolysis tanks, which oxidizes chromium (III) from the trivalent chromium compound of the electrolyte solution to chromium ( VI) prevents. In particular, anodes with an outer surface or a coating made of a metal oxide, in particular iridium oxide, or of a mixed metal oxide, in particular of iridium-tantalum oxide, have proven to be suitable for this. The anode preferably contains neither stainless steel nor platinum. By using such anodes, coatings can be deposited on the black or tin plate which contain exclusively trivalent chromium oxides and / or chromium hydroxides, in particular Cr 2 O 3 and / or Cr (OH) 3 .
Wie in jedem galvanischen Prozess liegt auch bei der galvanischen Verchromung aus einem Chrom(III)-Elektrolyten neben der kathodischen Reduktion zeitgleich mindestens eine anodische Oxidation vor. Bei der galvanischen Verchromung aus einem Chrom(III)-Elektrolyten besteht die anodische Oxidation zum einen aus der Oxidation von Cr(III) zu Cr(VI) und zum anderen aus der Oxidation von Wasser zu Sauerstoff. Beide Potentiale liegen in der elektrochemischen Spannungsreihe eng zusammen:
- (1) Chrom (Cr) Cr6+ + 3 e- ⇄ Cr3+ +1,33 V
- (2) Sauerstoff (O) O2 + 4 H+ + 4 e- ⇄ 2 H2O +1,23 V
- (1) Chromium (Cr) Cr 6+ + 3 e - ⇄ Cr 3+ +1.33 V
- (2) Oxygen (O) O 2 + 4 H + + 4 e - ⇄ 2 H 2 O +1.23 V
Als Basis für die Potentiale dient die Messung im dazugehörigen Daniell - Element. Das Potential der Redoxgleichung hängt dabei vom verwendeten Anodenmaterial ab. Die Wahl des Anodenmaterials bestimmt deshalb maßgeblich, ob Reaktion (1) unterdrückt wird und ausschließlich Reaktion (2) stattfindet. Um die Bildung von Cr6+ in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verhindern, können zur Unterdrückung der Reaktion 1 bspw. Anoden auf Basis von Metalloxiden, insb. Iridiumoxid, oder von Mischmetalloxiden eingesetzt werden, wie z.B. Mischmetalloxide, die hauptsächlich aus Mehrschichtlagen von Tantaloxid und Iridiumoxid bestehen. Die Anoden können dabei eine Außenfläche oder eine äußere Beschichtung aus einem Mischmetalloxid aufweisen. Insbesondere haben sich Anoden mit einem Kern aus Titan und einer äußeren Beschichtung aus einem Tantaloxid- Iridiumoxid als geeignet erwiesen. Bei Verwendung solcher Anoden konnte durch Polarographie- Messungen (Quecksilber-Tropf-Elektrode) nachgewiesen werden, dass kein Cr(VI) entsteht.The measurement in the associated Daniell element serves as the basis for the potentials. The potential of the redox equation depends on the anode material used. The choice of the anode material therefore largely determines whether reaction (1) is suppressed and only reaction (2) takes place. In order to prevent the formation of Cr 6+ in the method according to the invention, anodes based on metal oxides, especially iridium oxide, or mixed metal oxides, such as mixed metal oxides, which mainly consist of multilayered layers of tantalum oxide and iridium oxide , can be used to suppress reaction 1 consist. The anodes can have an outer surface or an outer coating made of a mixed metal oxide. In particular, anodes with a core made of titanium and an outer coating made of a tantalum oxide-iridium oxide have proven to be suitable. When using such anodes, polarographic measurements (mercury drip electrode) showed that no Cr (VI) was produced.
Bei Verwendung von Anoden aus Edelstahl wird die Oxidation von Cr(III) zu Cr(VI) (Reaktion 1) nicht (ausreichend) unterdrückt. Vergleichsmessungen mit Edelstahlanoden zeigen schon nach einer Gesamtbeschichtungszeit von wenigen Sekunden eine deutlich nachweisbare Cr(VI) - Konzentration. Edelstahl als Anodenmaterial unterdrückt daher zumindest nicht vollständig die Oxidation von Cr(III) zu Cr(VI). Dies führt zu einer Anreichung von Cr(VI) im Cr(III) Elektrolyten und damit zu einem anderen Abscheidungsmechanismus. Daher werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt Anoden eingesetzt, die frei von Edelstahl sind. Dadurch kann gewährleistet werden, dass während der Elektrolyse kein Cr-(VI) entsteht und dass die abgeschiedene Beschichtung ausschließlich Cr(III)-Verbindungen bzw. metallisches Chrom enthält. Weiterhin kann dadurch auf eine Nachbehandlung, z.B. mit Thiosulfat, verzichtet werden, welche ansonsten bei der Verwendung von Edelstahlanoden zur Reduktion von abgeschiedenem Cr(VI) zu Cr(III) nötigt wäre.When using anodes made of stainless steel, the oxidation of Cr (III) to Cr (VI) (reaction 1) is not (sufficiently) suppressed. Comparative measurements with stainless steel anodes show a clearly detectable Cr (VI) concentration after a total coating time of just a few seconds. Stainless steel as an anode material therefore does not at least completely suppress the oxidation of Cr (III) to Cr (VI). This leads to an accumulation of Cr (VI) in the Cr (III) electrolyte and thus to a different deposition mechanism. Therefore, in the method according to the invention, preference is given to using anodes which are free of stainless steel. This ensures that no Cr (VI) is produced during the electrolysis and that the deposited coating only contains Cr (III) compounds or metallic chromium. Furthermore, a post-treatment, e.g. with thiosulfate, which would otherwise be necessary when using stainless steel anodes to reduce deposited Cr (VI) to Cr (III).
Da bereits in dem ersten Elektrolysetank oder in der vorderen Gruppe von Elektrolysetanks und ggf. in einem mittleren Elektrolysetank oder in einer mittleren Gruppe von Elektrolysetanks ein gewisser Gewichtsanteil der Gesamtauflage der abgeschiedenen Beschichtung, der typisch bei ca. 9 bis 25 % liegt, auf das Chromoxid, einschl. Chromhydroxide entfällt, bilden sich bereits in dem ersten Elektrolysetank oder in der vorderen Gruppe von Elektrolysetanks und in dem mittleren Elektrolysetank oder in der mittleren Gruppe von Elektrolysetanks Chromoxidkristalle auf der Oberfläche des Metallbands aus. Diese Chromoxidkristalle wirken in dem letzten Elektrolysetank und/oder in der hinteren Gruppe von Elektrolysetanks als Keimzelle für das Anwachsen weiterer Oxidkristalle, weshalb die Effizienz der Abscheidung von Chromoxid bzw. der Anteil des Chromoxids an der Gesamtauflage der Beschichtung in dem letzten Elektrolysetank oder in der hinteren Gruppe von Elektrolysetanks verbessert wird. Somit kann auf effiziente Weise eine genügend hohe Gewichtsauflage von Chromoxid, einschl. Chromhydroxid von bevorzugt mehr als 5 mg/m2 an der Oberfläche der Beschichtung erzeugt werden.Since already in the first electrolysis tank or in the front group of electrolysis tanks and possibly in a middle electrolysis tank or in a middle group of electrolysis tanks a certain weight proportion of the total application of the deposited coating, which is typically around 9 to 25%, is on the chromium oxide , including chromium hydroxide is omitted, chromium oxide crystals are already formed on the surface of the metal strip in the first electrolysis tank or in the front group of electrolysis tanks and in the middle electrolysis tank or in the middle group of electrolysis tanks. These chromium oxide crystals act in the last electrolysis tank and / or in the rear group of electrolysis tanks as a nucleus for the growth of further oxide crystals, which is why the efficiency of the deposition of chromium oxide or the proportion of chromium oxide in the total application of the coating in the last electrolysis tank or in the rear Group of electrolysis tanks is improved. In this way, a sufficiently high weight of chromium oxide, including chromium hydroxide, of preferably more than 5 mg / m 2 can be produced on the surface of the coating in an efficient manner.
Bevorzugt wird die Bandgeschwindigkeit des Metallbands so gewählt, dass die Elektrolysedauer (tE), in der das Metallband elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der Elektrolytlösung steht, in jedem der Elektrolysetanks kleiner als 2,0 Sekunden ist und insbesondere zwischen 0,5 und 1,9 Sekunden liegt und bevorzugt kleiner als 1,0 Sekunden ist und insbesondere zwischen 0,6 Sekunden und 0,9 Sekunden liegt. Dies gewährleistet einerseits eine höhere Effizienz des Verfahrens und andererseits die Abscheidung einer Beschichtung mit einer ausreichenden Gesamt-Gewichtsauflage des Chroms in der Beschichtung von bevorzugt wenigstens 40 mg/m2 und insbesondere von 70 mg/m2 bis 180 mg/m2. Der in der Beschichtung enthaltene Gewichtsanteil des Chromoxids an der gesamten Gewichtsauflage der Beschichtung liegt dabei bevorzugt bei mehr als 10%, besonders bevorzugt bei mehr als 20% und insbesondere zwischen 25 und 50%.The belt speed of the metal belt is preferably chosen so that the electrolysis time (t E ), in which the metal belt is in effective electrolytic contact with the electrolyte solution, is less than 2.0 seconds in each of the electrolysis tanks and in particular between 0.5 and 1, 9 seconds and is preferably less than 1.0 seconds and in particular between 0.6 seconds and 0.9 seconds. This ensures on the one hand a higher efficiency of the process and on the other hand the deposition of a coating with a sufficient total weight of the chromium in the coating of preferably at least 40 mg / m 2 and in particular from 70 mg / m 2 to 180 mg / m 2 . The proportion by weight of chromium oxide contained in the coating in relation to the total weight of the coating is preferably more than 10%, particularly preferably more than 20% and in particular between 25 and 50%.
Die gesamte Elektrolysedauer (tE), in der das Metallband elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der Elektrolytlösung (E) steht, ist - aufsummiert über alle Elektrolysetanks hinweg - bevorzugt kleiner als 16 Sekunden und liegt insbesondere zwischen 3 und 16 Sekunden. Die gesamte Elektrolysedauer ist besonders bevorzugt kleiner als 8 Sekunden und liegt insbesondere zwischen 4 Sekunden und 7 Sekunden.The total electrolysis time (t E ) in which the metal strip is in electrolytically effective contact with the electrolyte solution (E) is - added up over all electrolysis tanks - preferably less than 16 seconds and is in particular between 3 and 16 seconds. The total electrolysis time is particularly preferably less than 8 seconds and is in particular between 4 seconds and 7 seconds.
Durch die Anordnung der Elektrolysetanks, durch die das Metallband in Bandlaufrichtung durchgeführt wird, erfolgt eine schichtweise Abscheidung der Beschichtung, wobei in jedem der Elektrolysetanks, je nach gewählter Stromdichte im jeweiligen Elektrolysetank und in Abhängigkeit der Zusammensetzung der Elektrolytlösung eine Schicht mit unterschiedlicher Zusammensetzung, insbesondere mit einem unterschiedlichen Chromoxid-Anteil in der jeweiligen Schicht, erzeugt wird. So kann bspw. in dem ersten Elektrolysetank oder in der vorderen Gruppe von Elektrolysetanks eine Chrommetall und Chromoxid/ Chromhydroxid enthaltende Schicht mit einem Gewichtsanteil des Chromoxid, einschl. Chromhydroxid, von weniger als 15%, insbesondere von 6 bis 10 % auf der Oberfläche des Metallbands abgeschieden werden und in dem letzten Elektrolysetank oder in der hinteren Gruppe von Elektrolysetanks eine Schicht, die zumindest im Wesentlichen aus reinem Chromoxid und/oder Chromhydroxid besteht.Due to the arrangement of the electrolysis tanks through which the metal strip is passed in the direction of travel of the strip, the coating is deposited in layers, whereby in each of the electrolysis tanks, depending on the selected current density in the respective electrolysis tank and depending on the composition of the electrolyte solution, a layer with a different composition, in particular with a different chromium oxide content in the respective layer is generated. For example, in the first electrolysis tank or in the front group of electrolysis tanks, a layer containing chromium metal and chromium oxide / chromium hydroxide with a proportion by weight of chromium oxide, including chromium hydroxide, of less than 15%, in particular from 6 to 10%, on the surface of the metal strip are deposited and in the last electrolysis tank or in the rear group of electrolysis tanks a layer which consists at least essentially of pure chromium oxide and / or chromium hydroxide.
Die erste und die zweite Elektrolytlösung weist jeweils bevorzugt eine Temperatur im Bereich von 20°C bis 65°C und bevorzugt im Bereich von 30°C bis 55°C und besonders bevorzugt zwischen 35°C und 45°C auf. Bei diesen Temperaturen ist die elektrolytische Abscheidung der Schichten sehr effizient. Wenn von der Temperatur der Elektrolytlösung bzw. von der Temperatur in einem Elektrolysetank gesprochen wird, ist jeweils die mittlere Temperatur gemeint, die sich gemittelt über das gesamte Volumen eines Elektrolysetanks ergibt. In der Regel liegt in den Elektrolysetanks ein Temperaturgradient mit einem Temperaturanstieg von oben nach unten vor.The first and second electrolyte solutions each preferably have a temperature in the range from 20 ° C to 65 ° C and preferably in the range from 30 ° C to 55 ° C and particularly preferably between 35 ° C and 45 ° C. At these temperatures the electrolytic deposition of the layers is very efficient. When the temperature of the electrolyte solution or the temperature in an electrolysis tank is spoken of, what is meant is the mean temperature which is averaged over the entire volume of an electrolysis tank. As a rule, there is a temperature gradient in the electrolysis tanks with a temperature increase from top to bottom.
Sowohl die erste Elektrolytlösung als auch die zweite Elektrolytlösung enthält bevorzugt neben der dreiwertigen Chromverbindung wenigstens ein die Leitfähigkeit erhöhendes Salz und wenigstens eine Säure oder Base zur Einstellung eines geeigneten pH-Werts. Sowohl die erste Elektrolytlösung als auch die zweite Elektrolytlösung ist bevorzugt frei von Chloridionen und frei von Pufferungsmitteln, insbesondere frei von einem Borsäure-Puffer.Both the first electrolyte solution and the second electrolyte solution preferably contain, in addition to the trivalent chromium compound, at least one salt which increases the conductivity and at least one acid or base for setting a suitable pH value. Both the first electrolyte solution and the second electrolyte solution are preferably free from chloride ions and free from buffering agents, in particular free from a boric acid buffer.
Die dreiwertige Chromverbindung der ersten Elektrolytlösung und/oder der zweiten Elektrolytlösung ist bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, die basisches Cr(III)-Sulfat (Cr2(SO4)3), Cr(III)-Nitrat (Cr(NO3)3), Cr(III)-Oxalat (CrC2O4), Cr(III)-Acetat (C12H36ClCr3O22), Cr(III)-Formiat (Cr(OOCH)3) oder eine Mischung davon umfasst. Die Konzentration der dreiwertigen Chromverbindung in der ersten Elektrolytlösung und/oder in der zweiten Elektrolytlösung liegt dabei bevorzugt bei wenigstens 10g/l und besonders bevorzugt bei mehr als 15 g/l und insbesondere bei 20 g/l, oder mehr.The trivalent chromium compound of the first electrolyte solution and / or the second electrolyte solution is preferably selected from the group consisting of basic Cr (III) sulfate (Cr 2 (SO 4 ) 3 ), Cr (III) nitrate (Cr (NO 3 ) 3 ), Cr (III) oxalate (CrC 2 O 4 ), Cr (III) acetate (C 12 H 36 ClCr 3 O 22 ), Cr (III) formate (Cr (OOCH) 3 ) or a mixture thereof . The concentration of the trivalent chromium compound in the first electrolyte solution and / or in the second electrolyte solution is preferably at least 10 g / l and particularly preferably more than 15 g / l and in particular 20 g / l or more.
Zur Erhöhung der Leitfähigkeit enthält sowohl die erste Elektrolytlösung als auch die zweite Elektrolytlösung wenigstens ein Salz, welches bevorzugt ein Alkalimetallsulfat, insbesondere Kalium- oder Natriumsulfat, ist.To increase the conductivity, both the first electrolyte solution and the second electrolyte solution contain at least one salt, which is preferably an alkali metal sulfate, in particular potassium or sodium sulfate.
Eine sehr effiziente Abscheidung einer Chrom und/oder Chromoxid enthaltenden Schicht wird erzielt, wenn der pH-Wert (gemessen bei einer Temperatur von 20°C) der ersten Elektrolytlösung und/oder der zweiten Elektrolytlösung in einem Bereich von 2,3 bis 5,0 und bevorzugt zwischen 2,5 und 2,9 liegt. Der gewünschte pH-Wert kann durch Zugabe einer Säure oder Base zur ersten bzw. zur zweiten Elektrolytlösung eingestellt werden. Bei Verwendung von basischem Cr(III)-Sulfat als dreiwertige Chromverbindung eignet sich besonders Schwefelsäure oder eine Schwefelsäure enthaltende Säuremischung zur Einstellung des gewünschten pH-Werts.A very efficient deposition of a chromium and / or chromium oxide-containing layer is achieved if the pH (measured at a temperature of 20 ° C.) of the first electrolyte solution and / or the second electrolyte solution is in a range from 2.3 to 5.0 and is preferably between 2.5 and 2.9. The desired pH can be adjusted by adding an acid or base to the first or second electrolyte solution. If basic Cr (III) sulfate is used as the trivalent chromium compound, sulfuric acid or an acid mixture containing sulfuric acid is particularly suitable for setting the desired pH.
Die Zusammensetzung der ersten Elektrolytlösung und der zweiten Elektrolytlösung unterscheidet sich dahingehend, dass die erste Elektrolytlösung organische Komplexbildner, insbesondere in Form von Formiaten, bevorzugt in Form von Kalium- oder Natriumformiat, enthält, wohingegen die zweite Elektrolytlösung bevorzugt frei von Komplexbildnern ist und insbesondere keine organischen Komplexbildner wie Formiate enthält.The composition of the first electrolyte solution and the second electrolyte solution differs in that the first electrolyte solution contains organic complexing agents, in particular in the form of formates, preferably in the form of potassium or sodium formate, whereas the second electrolyte solution is preferably free of complexing agents and in particular no organic Contains complexing agents such as formates.
Besonders bevorzugte Zusammensetzungen der ersten und der zweiten Elektrolytlösung umfassen jeweils basisches Cr(III)-Sulfat (Cr2(SO4)3) als dreiwertige Chromverbindung. Die Konzentration der dreiwertigen Chromverbindung in der ersten und der zweiten Elektrolytlösung beträgt dabei wenigstens 10g/l und bevorzugt mehr als 15 g/l und liegt insbesondere bei 20 g/l oder mehr.Particularly preferred compositions of the first and the second electrolyte solution each comprise basic Cr (III) sulfate (Cr 2 (SO 4 ) 3 ) as a trivalent chromium compound. The concentration of the trivalent chromium compound in the first and the second electrolyte solution is at least 10 g / l and preferably more than 15 g / l and is in particular 20 g / l or more.
Weitere Bestandteile der ersten Elektrolytlösung sind ein Salz zur Erhöhung der Leitfähigkeit, sowie organische Komplexbildner, insbesondere die Salze der Ameisensäure, wie Kaliumformat oder Natriumformat. Bevorzugt liegt dabei das Verhältnis des Gewichtsanteils der dreiwertigen Chromverbindung zum Gewichtsanteil der Komplexbildner, insbesondere der Formiate, zwischen 1:1,1 und 1:1,4 und bevorzugt zwischen 1:1,2 und 1:1,3 und insbesondere bei 1:1,25.Further components of the first electrolyte solution are a salt to increase conductivity, as well as organic complexing agents, in particular the salts of formic acid, such as potassium format or sodium format. The ratio of the proportion by weight of the trivalent chromium compound to the proportion by weight of the complexing agents, in particular the formates, is preferably between 1: 1.1 and 1: 1.4 and preferably between 1: 1.2 and 1: 1.3 and in particular 1: 1.25.
Die zweite Elektrolytlösung enthält neben der dreiwertigen, chromhaltigen Substanz, dem wenigstens ein Salz zur Erhöhung der Leitfähigkeit und wenigstens einer Säure oder Base zur Einstellung des pH-Werts bevorzugt keine weiteren Komponenten. Dies gewährseistet eine einfacher und kostengünstige Herstellung der zweiten Elektrolytlösung.In addition to the trivalent, chromium-containing substance, the at least one salt to increase conductivity and at least one acid or base to adjust the pH, the second electrolyte solution preferably contains no further components. This ensures a simple and inexpensive production of the second electrolyte solution.
Zur Herstellung der zweiten Elektrolytlösung kann die dreiwertige Chromverbindung, die zunächst weitgehend von organischen Rückständen befreit worden ist, sowie das wenigstens eine Salz und die wenigstens eine Säure oder eine Base zur Einstellung eines gewünschten pH-Werts in Wasser gelöst werden. Da die zweite Elektrolytlösung keine Komplexbildner enthält, sollte die so erhaltene Lösung zweckmäßig zur Komplexbildung mindestens 5 Tage, bevorzugt 7 Tage, (an Luftsauerstoff) stehen gelassen werden. Danach keine eine Feineinstellung des gewünschten pH-Werts durch Zugabe einer Säure oder Base vorgenommen werden.To produce the second electrolyte solution, the trivalent chromium compound, which has initially been largely freed from organic residues, as well as the at least one salt and the at least one acid or base can be dissolved in water to set a desired pH. Since the second electrolyte solution does not contain any complexing agents, the solution thus obtained should expediently be left to stand for complex formation for at least 5 days, preferably 7 days (in atmospheric oxygen). Thereafter, no fine adjustment of the desired pH value can be made by adding an acid or base.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Metallbänder, insbesondere Stahlbänder mit einer elektrolytisch abgeschiedenen Beschichtung, welche Chrom und Chromoxid/Chromhydroxid enthält hergestellt werden, wobei sich die Beschichtung aus einer der Oberfläche des Metallbands zugewandten ersten Schicht und einer darauf aufliegenden zweiten Schicht zusammensetzt und die erste Schicht metallisches Chrom enthält und die zweite Schicht zumindest im Wesentlichen nur aus Chromoxid und/oder Chromhydroxid, bevorzugt nur aus dreiwertigen Chromoxiden und/oder Chromhydroxiden besteht und bevorzugt einen Gewichtsanteil von Chromoxid und/oder Chromhydroxid von mehr als 90%, besonders bevorzugt von mehr als 95 % aufweist.With the method according to the invention, metal strips, in particular steel strips, can be produced with an electrolytically deposited coating which contains chromium and chromium oxide / chromium hydroxide, the coating being composed of a first layer facing the surface of the metal strip and a second layer lying thereon and the first layer being metallic Contains chromium and the second layer consists at least essentially only of chromium oxide and / or chromium hydroxide, preferably only of trivalent chromium oxides and / or chromium hydroxides and preferably has a proportion by weight of chromium oxide and / or chromium hydroxide of more than 90%, particularly preferably of more than 95%.
Solche Metallbänder gemäß der Erfindung zeichnen sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit sowie ein gutes Haftvermögen für organische Auflagen wie Lacke oder Polymerschichten aus. Bevorzugt enthält die Beschichtung dabei zumindest im Wesentlichen (d.h. bis auf unvermeidbare Verunreinigungen) nur Verbindungen aus Chrom und Sauerstoff, in denen das Chrom in dreiwertiger Form vorliegt, insbesondere als Cr2O3 und/oder Cr(OH)3.Such metal strips according to the invention are distinguished by a high level of corrosion resistance and good adhesion for organic coatings such as paints or polymer layers. The coating preferably contains at least essentially only compounds of chromium and oxygen in which the chromium is in trivalent form, in particular as Cr 2 O 3 and / or Cr (OH) 3, apart from unavoidable impurities.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert, wobei diese Ausführungsbeispiele die Erfindung lediglich beispielhaft erläutern und in Bezug auf den durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereich nicht beschränken. Die Zeichnungen zeigen:
- Figur 1:
- schematische Darstellung einer Bandbeschichtungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform mit drei in Bandlaufrichtung v hintereinander angeordneten Elektrolysetanks;
- Figur 2:
- schematische Darstellung einer Bandbeschichtungsanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform mit acht in Bandlaufrichtung v hintereinander angeordneten Elektrolysetanks;
- Figur 3:
- Schnittdarstellung eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in der ersten Ausführungsform beschichteten Metallbands;
- Figur 4:
- GDOES-Spektrum einer elektrolytisch unter Verwendung einer Elektrolytlösung mit einem einer dreiwertigen Chromsubstanz (basisches Cr-(III)-Sulfat) und einem organischen Komplexierungsmittel (Natriumformiat) auf einem Stahlband abgeschiedenen Schicht, welche Chrommetall, Chromoxid und Chrom-Carbide enthält, wobei das Chromoxid hauptsächlich an der Oberfläche der Schicht liegt;
- Figure 1:
- schematic representation of a coil coating system for carrying out the method according to the invention in a first embodiment with three electrolysis tanks arranged one behind the other in the direction of travel v;
- Figure 2:
- schematic representation of a coil coating system for carrying out the method according to the invention in a second embodiment with eight electrolysis tanks arranged one behind the other in the direction of travel v of the coil;
- Figure 3:
- Sectional view of a metal strip coated with the method according to the invention in the first embodiment;
- Figure 4:
- GDOES spectrum of a layer deposited electrolytically using an electrolyte solution with a trivalent chromium substance (basic Cr (III) sulfate) and an organic complexing agent (sodium formate) on a steel strip, which layer contains chromium metal, chromium oxide and chromium carbides, the chromium oxide is mainly on the surface of the layer;
In
Innerhalb jedes Elektrolysetanks 1a-1c ist jeweils unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Elektrolytlösung E mindestens ein Anodenpaar AP angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind in jedem Elektrolysetank 1a-1c zwei in Bandlaufrichtung hintereinander angeordnete Anodenpaare AP vorgesehen. Das Metallband M wird dabei zwischen den gegenüberliegenden Anoden eines Anodenpaars AP hindurchgeführt. In dem Ausführungsbeispiel von
Bei dem Metallband M kann es sich um ein zunächst unbeschichtetes Stahlband (Schwarzblechband) oder auch um ein verzinntes Stahlband (Weißblechband) handeln. Zur Vorbereitung des Elektrolyseverfahrens wird das Metallband M zunächst entfettet, gespült, gebeizt und nochmals gespült und in dieser vorbehandelten Form nacheinander durch die Elektrolysetanks 1a -1c geleitet, wobei das Metallband M als Kathode geschaltet wird, indem über die Stromrollen S elektrischer Strom zugeführt wird. Die Bandgeschwindigkeit, mit der das Metallband M durch die Elektrolysetanks 1a-1c geleitet wird, beträgt mindestens 100 m/min und kann bis zu 900 m/min betragen.The metal strip M can be an initially uncoated steel strip (black plate strip) or also a tinned steel strip (tin plate strip). To prepare for the electrolysis process, the metal strip M is first degreased, rinsed, pickled and rinsed again and, in this pretreated form, passed one after the other through the
Die in Bandlaufrichtung v gesehen vorderen Elektrolysetanks 1a und 1b sind jeweils mit derselben Elektrolytlösung E1 befüllt. Diese erste Elektrolytlösung E1 enthält eine dreiwertige Chromverbindung, bevorzugt basisches Cr(III)-Sulfat, Cr2(SO4)3. Neben der dreiwertigen Chromverbindung enthält die erste Elektrolytlösung E1 wenigstens einen organischen Komplexbildner, beispielsweise ein Salz der Ameisensäure, insbesondere Kalium- oder Natriumformat. Das Verhältnis des Gewichtsanteils der dreiwertigen Chromverbindung zum Gewichtsanteil der Komplexbildner, insbesondere der Formiate, liegt dabei bevorzugt zwischen 1:1,1 und 1:1,4 und besonders bevorzugt bei 1:1,25. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit enthält die erste Elektrolytlösung E1 ein Salz, insbesondere. ein Alkalimetallsulfat, beispielsweise Kalium- oder Natriumsulfat. Die Konzentration der dreiwertigen Chromverbindung in der ersten Elektrolytlösung E1 liegt dabei bei wenigstens 10g/l und besonders bevorzugt bei 20g/l oder mehr. Der pH-Wert der erste Elektrolytlösung E1 wird durch Zugabe einer Säure, beispielsweise Schwefelsäure, auf einen bevorzugten Wert zwischen 2,0 und 3,0 und insbesondere auf pH=2,7 eingestellt.The
Die Temperatur der ersten Elektrolytlösung E1 ist zweckmäßig in den beiden vorderen Elektrolysetanks 1a, 1b gleich hoch und liegt bevorzugt zwischen 25°C und 70°C. Es können jedoch in den beiden vorderen Elektrolysetanks 1a-1b auch unterschiedliche Temperaturen der Elektrolytlösung eingestellt werden. So kann beispielsweise die Temperatur der Elektrolytlösung in dem mittleren Elektrolysetank 1b niedriger sein als in dem stromaufwärtig angeordneten vorderen Elektrolysetank 1a. Dabei liegt die Temperatur der Elektrolytlösung in dem mittleren Elektrolysetank 1b bevorzugt zwischen 25°C und 37°C und insbesondere bei 35°C und die Temperatur der ersten Elektrolytlösung E1 in dem vorderen Elektrolysetank 1a liegt bevorzugt zwischen 40°C und 75°C und insbesondere bei 55°C. Durch die niedrigere Temperatur der ersten Elektrolytlösung E1 wird in dem mittleren Elektrolysetank 1b die Abscheidung einer Chrom- / Chromoxid/Chromhydoxid-Schicht mit einem höheren Anteil von Chromoxid/ Chromhydoxid gefördert.The temperature of the first electrolyte solution E1 is expediently the same in the two
Der in Bandlaufrichtung v gesehen hintere bzw. letzte Elektrolysetank 1c ist mit einer zweiten Elektrolytlösung E2 befüllt, deren Komposition sich von der ersten Elektrolytlösung E1 zumindest dahingehend unterscheidet, dass die zweite Elektrolytlösung E2 keine organischen Bestandteile und insbesondere keine Komplexbildner enthält. Ansonsten können die Bestndteile der zweiten Elektrolytlösung E2 der ersten Elektrolytlösung E1 entsprechen. Insbesondere enthält die zweite Elektrolytlösung E2 ebenfalls eine dreiwertige Chromverbindung, bevorzugt basisches Cr(III)-Sulfat, Cr2(SO4)3, sowie wenigstens ein ein Salz und eine Säure oder Base zur Einstellung eines geeigneten pH-Werts. Das Salz, bei dem es sich wie bei der ersten Elektrolytlösung E1 um ein Alkalimetallsulfat, beispielsweise Kalium- oder Natriumsulfat, handeln kann, dient zur Erhöhung der Leitfähigkeit Die Konzentration der dreiwertigen Chromverbindung in der zweiten Elektrolytlösung E2 liegt bei wenigstens 10g/l und besonders bevorzugt bei 20g/l oder mehr. Der pH-Wert der zweiten Elektrolytlösung E2 wird durch Zugabe der Säure oder Base, beispielsweise Schwefelsäure, auf einen bevorzugten Wert zwischen 2,0 und 5,0 und insbesondere auf pH = 4,0 eingestellt.The rear or
Die Temperatur der zweiten Elektrolytlösung E2 in dem hinteren Elektrolysetanks 1c ist zweckmäßig zwischen 25°C und 70°C und liegt bevorzugt zwischen 25°C und 40°C, und beträgt insbesondere 35°C.The temperature of the second electrolyte solution E2 in the
Die in den Elektrolysetanks 1a-1c angeordneten Anodenpaare AP werden so mit elektrischem Gleichstrom beaufschlagt, dass in den Elektrolysetanks 1a, 1b, 1c jeweils eine ausreichend hohe Stromdichte vorliegt, um eine elektrolytische Abscheidung einer chromhaltigen (insbesondere einer Cr-III-haltigen) Schicht zu erzeugen. Die hierfür notwendige Mindest-Stromdichte ist dabei abhängig von der Bandgeschwindigkeit und beträgt bspw. bei einer (minimalen) Bandgeschwindigkeit von 100 m/min ca. 15 bis 20 A/dm2. Mit höherer Bandgeschwindigkeit steigt die für eine elektrolytische Abscheidung einer chromhaltigen Schicht erforderliche Mindest-Stromdichte an.The anode pairs AP arranged in the
Je nach Bandgeschwindigkeit steht das als Kathode geschaltete und durch die Elektrolysetanks 1a-1c geleitete Metallband M während einer Elektrolysedauer t1 in den beiden vorderen Elektrolysetanks 1a, 1b elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der ersten Elektrolytlösung E1 und anaschließend während einer Elektrolysedauer t2 in dem hinteren Elektrolysetank 1c in elektrolytisch wirksamen Kontakt mit der zweiten Elektrolytlösung E2. Bei Bandgeschwindigkeiten zwischen 100 und 700 m/min liegt die Elektrolysedauer in jedem der Elektrolysetanks 1a, 1b, 1c zwischen 0,5 und 2,0 Sekunden. Bevorzugt werden so hohe Bandgeschwindigkeiten eingestellt, dass die Elektrolysedauer in jedem Elektrolysetank 1a, 1b, 1c kleiner als 2 Sekunden ist und insbesondere zwischen 0,6 Sekunden und 1,8 Sekunden liegt. Die gesamte Elektrolysedauer tG = t1 + t2, in der das Metallband M über alle Elektrolysetanks 1a-1c hinweg elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der ersten und der zweiten Elektrolytlösung E1, E2 steht, beträgt entsprechend zwischen 1,8 und 5,4 Sekunden. Die Elektrolysedauer in den einzelnen Elektrolysetanks 1a, 1b, 1c kann dabei einerseits durch die Bandgeschwindigkeit und andererseits durch die Dimensionierung der Elektrolysetanks 1a-1c angepasst werden.Depending on the belt speed, the metal belt M connected as a cathode and passed through the
Bei Einstellung einer Stromdichte in den jeweiligen Elektrolysetanks 1a-1c, die größer als die Mindest-Stromdichte ist, wird auf wenigstens einer Seite des Metallbands M in dem vorderen Elektrolysetank 1a und in dem mittleren Elektrolysetanks 1b jeweils eine Schicht abgeschieden, die Chrom und Chromoxid/ Chromhydoxid sowie Chromcarbide und bei Verwendung einer sulfathaltigen ersten Elektrolytlösung E1 ggf. Chromsulfate enthält. In jedem der beiden Elektrolysetanks 1a, 1b wird dabei eine Schicht B1 bzw. B2 erzeugt, wobei sich die Zusammensetzung der Schichten B1, B2, insbesondere in Bezug auf den Anteil von Chromoxid/ Chromhydroxid, unterscheiden kann, wenn in dem vorderen Elektrolysetank 1a und dem mittleren Elektrolysetanks 1b unterschiedliche Elektrolyseparameter, insb. unterschiedliche Stromdichten und Temperaturen, eingesetzt werden.If a current density is set in the
In dem hinteren Elektrolysetank 1c wird auf wenigstens einer Seite des Metallbands M eine obere Schicht B3 abgeschieden, die zumindest im Wesentlichen aus reinem Chromoxid und/oder Chromhydroxid besteht. Der Gewichtsanteil des Chromoxids/ Chromhydroxids an der Gesamtgewichtsauflage der oberen Schicht B3 liegt dabei zweckmäßig bei mindestens 90%, bevorzugt bei mehr als 95%.In the
In
Die beiden unteren, der Oberfläche des Metallbands M zugewandten Schichten B1, B2 enthalten als wesentliche Bestandteile metallisches Chrom (Chrommetall) sowie Chromoxide (CrOx) / Chromhydroxide sowie Chromcarbide und ggf. Chromsulfate, wobei die Zusammensetzung der einzelnen Schichten B1, B2 insbesondere in Bezug auf ihren jeweiligen Gewichtsanteil von Chrommetall und Chromoxid/ Chromhydroxid, gleich oder unterschiedliche sein kann, je nachdem ob in den beiden vorderen Elektrolysetanks 1a, 1b dieselben oder unterschiedliche Elektrolyseparameter verwendet worden sind. Die der Oberfläche des Metallbands M abgewandte obere Schicht B2 enthält im Wesentlichen nur Chromoxide (CrOx) und/oder Chromhydroxide und insbesondere keine Chromcarbide und kaum metallisches Chrom und kaum Chromsulfate.The two lower layers B1, B2 facing the surface of the metal strip M contain metallic chromium (chromium metal) and chromium oxides (CrOx) / chromium hydroxides as well as chromium carbides and possibly chromium sulfates as essential components, the composition of the individual layers B1, B2 in particular with regard to their respective weight percentages of chromium metal and chromium oxide / chromium hydroxide can be the same or different, depending on whether the same or different electrolysis parameters have been used in the two
Der Schichtaufbau der auf dem Metallsubstrat abgeschiedenen Schichten B1, B2, B3 lässt sich durch GDOES- Spektren (Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy) nachweisen. Auf dem Metallband M scheidet sich zunächst in den beiden vorderen Elektrolysetanks 1a, 1b eine metallische Chromschicht mit einer Dicke von 10-15 nm ab. Die Oberfläche dieser Schicht oxidiert und liegt hauptsächlich als Chromoxid in der Form Cr2O3 oder als MischOxid-Hydroxid in der Form Cr2O2(OH)2 vor. Diese Oxidschicht ist wenige Nanometer dick. Zusätzlich bilden sich, durch die komplette Schicht gleichmäßig eingebaut, Chrom-Kohlenstoff und Chromsulfat-Verbindungen, welche aus der Reduktion des organischen Komplexbildners bzw. dem Sulfat der Elektrolytlösung gebildet werden. Typische GDOES-Spektren der in den einzelnen Elektrolysetanks abgeschiedenen Schichten B1, B2 zeigen in den ersten Nanometern der Schicht einen starken Anstieg des Sauerstoffsignals, woraus sich erschließen lässt, dass die Oxidschicht an der Oberfläche der jeweiligen Schicht konzentriert ist (
Die Zusammensetzung der Schichten kann nach der EURO-Norm DIN EN 10202 (Cr-oxides photometric: (euro-norm) step 1: 40 ml NaOH (330g/L), reaction at 90 °C for 10 minutes, oxidation with 10 ml 6% H2O2, photometric @ 370 nm) ermittelt werden.The composition of the layers can be determined according to the EURO standard DIN EN 10202 (Cr-oxides photometric: (euro-norm) step 1: 40 ml NaOH (330g / L), reaction at 90 ° C for 10 minutes, oxidation with 10 ml 6 % H 2 O 2 , photometric @ 370 nm).
Nach der elektrolytischen Beschichtung wird das mit der Beschichtung B versehene Metallband M gespült, getrocknet und eingeölt (beispielsweise mit DOS). Danach kann das elektrolytisch mit der Beschichtung B beschichtete Metallband M mit einer organischen Auflage versehen werden. Die organische Auflage wird dabei in bekannter Weise bspw. durch Lackieren oder Auflaminieren einer Kunststofffolie auf die Oberfläche der Beschichtung B, also auf die obere Schicht B3 aus Chromoxid/ Chromhydroxid, appliziert. Die obere Schicht B3 aus Chromoxid/ Chromhydroxid bietet dabei eine gute Haftgrundlage für das organische Material der Auflage. Bei der organischen Auflage kann es sich beispielsweise um einen organischen Lack oder um Polymerfilme aus thermoplastische Polymeren wie PET, PE, PP oder Mischungen davon handeln. Die organische Auflage kann bspw. in einem "Coil-Coating"-Verfahren oder in einem Tafel-Verfahren appliziert werden, wobei das beschichtete Metallband in dem Tafel-Verfahren zunächst in Tafeln zerteilt wird, die anschließend mit einem organischen Lack lackiert oder mit einem Polymerfilm beschichtet werden.After the electrolytic coating, the metal strip M provided with the coating B is rinsed, dried and oiled (for example with DOS). The metal strip M electrolytically coated with the coating B can then be provided with an organic coating. The organic layer is applied in a known manner, for example by painting or laminating a plastic film onto the surface of the coating B, that is to say onto the upper layer B3 made of chromium oxide / chromium hydroxide. The upper layer B3 made of chromium oxide / chromium hydroxide offers a good adhesive base for the organic material of the overlay. The organic coating can be, for example, an organic lacquer or polymer films made from thermoplastic polymers such as PET, PE, PP or mixtures thereof. The organic coating can be applied, for example, in a "coil coating" process or in a panel process, the coated metal strip being first divided into panels in the panel process, which are then coated with an organic lacquer or with a polymer film be coated.
In
In der vorderen Gruppe von Elektrolysetanks 1a, 1b und in der mittleren Gruppe von Elektrolysetanks 1c, 1d, 1e, 1f befindet sich jeweils die erste Elektrolytlösung E1, die organische Komplexbildner, insbesondere Formiate, enthält. Die hintere Gruppe von Elektrolysetanks 1g, 1h ist mit der zweiten Elektrolytlösung E2 befüllt, die frei von organischen Substanzen und insbesondere frei von Komplexbildnern ist.The first electrolyte solution E1, which contains organic complexing agents, in particular formates, is located in the front group of
Mit der in
Zur Erzielung einer ausreichenden Korrosionsbeständigkeit für Verpackungsanwendungen weisen die Beschichtungen B bevorzugt eine gesamte Gewichtsauflage des Chroms von wenigstens 40 mg/m2 und besonders bevorzugt von 70 mg/m2 bis 180 mg/m2 auf. Der im Chromoxid/ Chromhydroxid enthaltenen Anteil der gesamten Gewichtsauflage des Chroms liegt dabei, gemittelt über die gesamte Auflage der Beschichtung B, bei wenigstens 15% und bevorzugt zwischen 20% und 40%. Zweckmäßig weist die Beschichtung B insgesamt einen Chromoxid-Anteil mit einer Gewichtsauflage des als Chromoxid bzw. Chromhydroxid gebundenen Chroms von wenigstens 3 mg Chrom pro m2 und insbesondere von 3 bis 15 mg/m2 auf. Bevorzugt beträgt die Gewichtsauflage des als Chromoxid bzw. Chromhydroxid gebundenen Chroms, gemittelt über die gesamte Auflage der Beschichtung B, wenigstens 5 und bevorzugt mehr als 7 mg Chrom pro m2. Eine gute Haftung von organischen Lacken oder thermoplastischen Polymermaterialien auf der Oberfläche der Beschichtung B kann bei Gewichtsauflagen des Chromoxids/ Chromhydroxids bis ca. 15 mg/m2 erzielt werden. Ein bevorzugter Bereich für die Gewichtsauflage des Chromoxids/ Chromhydroxids in der Beschichtung B liegt daher zwischen 5 und 15 mg/ m2.To achieve sufficient corrosion resistance for packaging applications, the coatings B preferably have a total weight of the chromium of at least 40 mg / m 2 and particularly preferably from 70 mg / m 2 to 180 mg / m 2 . The proportion of the total amount by weight of the chromium contained in the chromium oxide / chromium hydroxide, averaged over the entire amount of coating B, is at least 15% and preferably between 20% and 40%. The coating B expediently has a total of chromium oxide with a weight of the chromium bound as chromium oxide or chromium hydroxide of at least 3 mg chromium per m 2 and in particular from 3 to 15 mg / m 2 . The amount by weight of the chromium bound as chromium oxide or chromium hydroxide, averaged over the entire amount of coating B, is preferably at least 5 and preferably more than 7 mg of chromium per m 2 . Good adhesion of organic paints or thermoplastic polymer materials on the surface of the coating B can be achieved with weight limits of the chromium oxide / chromium hydroxide of up to approx. 15 mg / m 2 . One the preferred range for the weight of the chromium oxide / chromium hydroxide in coating B is therefore between 5 and 15 mg / m 2 .
Die Dicke bzw. die Gewichtsauflage der einzelnen Schichten B1, B2, B3 lässt sich in dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die Elektrolysezeiten t1, t2 einstellen. Sobald eine ausreichend hohe Stromdichte in den Elektrolysetanks gewählt wird, hängt die Dicke bzw. die Gewichtsauflage der abgeschiedenen Schichten B1, B2, B3 nicht von der Stromdichte sondern (bei gleichbleibender Temperatur der Elektrolytlösung) nur noch von der Elektrolysezeit t1, t2 ab, in der sich das Metallband M elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der ersten bzw. der zweiten Elektrolytlösung E1, E2 befindet.The thickness or the weight of the individual layers B1, B2, B3 can be adjusted in the method according to the invention by means of the electrolysis times t1, t2. As soon as a sufficiently high current density is selected in the electrolysis tanks, the thickness or the weight of the deposited layers B1, B2, B3 does not depend on the current density but only on the electrolysis time t1, t2 (if the temperature of the electrolyte solution remains constant) the metal strip M is in electrolytically effective contact with the first or the second electrolyte solution E1, E2.
Der Chromoxid/ Chromhydroxid-Anteil an der gesamten Gewichtsauflage der Beschichtung B kann daher durch die Elektrolysedauer t2 eingestellt werden, in der sich das Metallband M in dem hinteren Elektrolysetank 1c oder der hinteren Gruppe von Elektrolysetanks 1g, 1h elektrolytisch wirksam in Kontakt mit der zweiten Elektrolytlösung E2 befindet. Diese Elektrolysedauer t2 ist wiederum von der Dimensionierung der hinteren Elektrolysetank 1c bzw. 1g, 1h sowie der Bandgeschwindigkeit abhängig.The chromium oxide / chromium hydroxide proportion of the total weight of the coating B can therefore be set by the electrolysis time t2, in which the metal strip M in the
Claims (15)
Applications Claiming Priority (1)
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