Projekt 13687/01

Entwicklung und Erprobung eines umweltverträglichen Verfahrens zum Galvanisieren mit Zink

Projektdurchführung

Rösler Oberflächentechnik GmbH
Vorstadt 1
96190 Untermerzbach

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Das Vorhaben zur umweltfreundlichen galvanischen Verzinkung soll zu einer ganzheitlichen Lösung führen. Die wesentlichen Merkmale bestehen darin, dass der Umweltschutz produktionsintegriert stattfindet, dass beim Verzinken kein Abwasser mehr anfällt, dass die Oberfläche des Zinküberzuges kein Chromat enthält, dass beim Verzinken weniger Wasserstoff entsteht, dass der Zinkniederschlag ein besseres Eigenschaftsprofil aufweist, und dass diese Arbeitsweise im Vergleich zum konventionellen Verzinken geringere Kosten verursacht.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Verzinkungsprozess umfasst folgende Prozessschritte:
- Verzinken in einem anorganischen Elektrolyten als geschlossenes System,
- Kugelpolieren der verzinkten Werkstücke in einer passivierenden Lösung,
- Nachtauchen der Werkstücke in einer reduzierenden Lösung (optional),
- Hydrophobieren der kugelpolierten Oberfläche (optional).
Im Rahmen des Projektes sind eine Verzinkungstechnik auf der Basis rein anorganischer Elektrolyte, der Kugelpolierprozess in einer passivierenden Lösung, ein reduzierender Nachtauchprozess und die Hydrophobierung zu entwickeln, zu erproben und unter Praxisbedingungen zu optimieren.
Hierzu werden folgende Maßnahmen durchgeführt:
- Elektrochemische und galvanotechische Untersuchungen von Elektrolyten
- Untersuchung von Zinkniederschlägen
- Vergleichende Korrosionsprüfungen zu Zinkniederschlägen
- Versuche im technischen Maßstab zum Verzinken verschiedener Teile
- Versuchsbegleitende Korrosionsprüfungen
- Kostenrechnungen.


Ergebnisse und Diskussion

Die Ermittlung verschiedener Elektrolytsysteme zeigt, dass die Galvanisierung mit schwach sauren anorganischem Chloridelektrolyten in bezug auf das Projektziel des produktionsintegrierten Umweltschutzes die besten Voraussetzungen bietet.
Basis ist ein anorganischer Elektrolyt mit folgender Charakteristik:
ZnCl2 30 - 40 g/l
KCl 120 - 160 g/l
MgCl2 20 - 40 g/l
H3BO3 20 - 30 g/l
pH- Wert 4,2 - 5,2
Versuchsreihen im Labormaßstab bestätigen:
· die Bildung kugelpolierfähiger Schichten durch die Verzinkung mit Schichtdicken von 20 - 35 µm,
· die Verfeinerung der Schichten durch anschließendes Kugelpolieren bezüglich des äußeren Erscheinungsbildes und die Verbesserung der Oberflächengüte
· die Verbesserung des Korrosionsschutzes durch das Kugelpolieren nach dem Verzinkungsprozess auf der Basis interner Korrosionstests.
Nach Abschluss interner Tests erfolgten Versuche im halbtechnischen Maßstab unter Einbeziehung des Tests auf Korrosionseigenschaften nach DIN 50017 (Schwitzwasserwechseltest).
Der Korrosionstest mit dem Ziel, bisherigen Korrosionsschutz von mehreren hundert Stunden deutlich zu überschreiten, konnte im Dauerversuch nicht bestanden werden.
Gesamtbewertung:
Der Ansatz, mit anorganischen Elektrolyten die Kreislaufführung von galvanischen Behältern abwasserfrei zu gestalten, ist richtig. Allerdings konnten die eingesetzten Elektrolyten hinsichtlich ihrer Festigkeit bzw. ihrer Oberflächenstruktur entgegen erster positiver Versuchsergebnisse nicht überzeugen.
Die optischen Eigenschaften der aufgebrachten Schichten waren durch Kugelpolieren so zu verbessern, dass ein Einsatz zunächst möglich schien.
Allerdings war die Schichtdicke nach den folgenden Untersuchungen zu unregelmäßig. Die Verbesserungen am Elektrolyten zu einer gleichmäßigeren Beschichtung und damit zu einem gleichmäßigeren Oberflächenbild zu gelangen, führten dazu, dass wieder organische Materialien in das Galvanisiersystem eingebracht werden mussten.
Die allgemeine Weiterentwicklung im Bereich der galvanischen Oberflächenbeschichtung zeigt, dass die Wiederverwendung galvanischer Bäder, der im Prinzip abwasserlose Betrieb, auch bei Einsatz organischer Behandlungsmittel realisierbar ist entgegen den zum Zeitpunkt des Projektbeginns vorherrschenden Daten. Der Umweltaspekt des durchgeführten Vorhabens wurde durch die technische Weiterentwicklung im Bereich der Galvanik daher erheblich minimiert.
Ein möglicher Fortschritt im Bereich des Korrosionsschutzes konnte ebenfalls nicht realisiert werden.
Aus diesem Grund wurde der Abbruch des Projekts mit Abschluss der internen Laborarbeiten auf der Basis der stark geänderten äußeren Rahmenbedingungen beschlossen.


Fazit

Die Beendigung des Projekts auf der Basis der bislang gewonnenen Erkenntnisse erscheint gerechtfertigt, da der 2-Stufen-Prozess (Galvanik + Kugelpolieren) nicht den erforderlichen Vorteil hinsichtlich Qualität, Korrosionsschutz und Gesamtverfahren erbringt. Die Fortentwicklung der allgemeinen Galvanik gestattet entgegen den Ausgangsbedingungen die nunmehr weitreichende wassersparende Prozessführung auch bei Einsatz organischer Hilfsmittel.