Slotoloy ZSN 20 Erfahrungswerte aus der Praxis · Technische Informationen: Zinn‐Zink Legierungsschichten Duktil Gute Schweißbarkeit Gute Leitfähigkeit Verminderung von Kontaktkorrosion

Zinn‐Zink Legierungsschichten in der praktischen Anwendung

Slotoloy ZSN 20Erfahrungswerte aus der Praxis

Dr. Heitmüller – Surface Technology Germany 2018

Technische Informationen:Zinn‐Zink Legierungsschichten

DuktilGute SchweißbarkeitGute LeitfähigkeitVerminderung von Kontaktkorrosion (Fe/Al)Passivierbar (auch Chromatierbar (veraltet))

Geringe Beständigkeit gegen Weissrost Blasenbildung bei höheren Temperaturen

Dr. Heitmüller Surface Technology Germany 2018 2

SLOTOLOY ZSN 20

Zinn‐Zink Legierungsschichten

• schwach saurer (pH 3,8 ‐ 5,0)• fluoridfreier Elektrolyt • matte bis halbglänzender Überzüge • optimale Arbeitstemperatur liegt bei 40 °C• die Stromausbeute beträgt ca. 80 %• weiter (variabler) Legierungsbereich• Beschichtung von Massenware in Trommel


70

75

80

85

90

95

100

43,43 64,93 81,04

Stromau

sbeu

te in

%

Legierung in % Sn

SA

Abhängigkeit der Stromausbeute von der Legierungszusammensetzung bei 1A/dm²



SLOTOLOY ZSN 20


Einsatzgebiet:Vermeidung von Al/Fe Kontaktkorrosion

(optimale Korrosionsbeständigkeit bei 70 ‐ 90 % Sn)

Schmelzpunkt für die eutektische Zink‐Zinn Legierung (91 % Sn, 9 % Zn) beträgt 197 °C,

daher beginnt auch für nicht‐eutektische Legierungen (z.B. 70 % Sn, 30 % Zn) bei 197 °C der Schmelzvorgang.

Mit Blasenbildung ist ab 150 °C zu rechnen.Dr. Heitmüller Surface Technology Germany 2018 5



VerfahrensablaufSlotoloy ZSN 20

Stahl‐Beschichtung

SpülenSpülen

AnodischeEntfettung

Neutralisierenverd. HCl

SLOTOLOYZSN 20

Aktivieren(verd. HNO3 o.

verd. HCl)

Passivieren

Trocknen

Flutentfetten

Beizen

Spülen

Spülen

Spülen

Spülen


Bereich OptimumAnsatzkonzentrat SLOTOLOY ZSN 21 300 ‐ 450 350 g/lZinn (je nach gewünschter Leg.) 1,0 ‐ 1,8 1,4 g/lZink 25 ‐ 40 33 g/lBorsäure 10 ‐ 50 30 g/lKaliumchlorid 40 ‐ 50 45 g/lZusatz SLOTOLOY ZSN 22 35 ‐ 50 40 ml/lZusatz SLOTOLOY ZSN 23 0 ‐ 2 1,5 ml/lZusatz SLOTOLY ZSN 26 0 ‐ 40 ‐‐ ml/lpH‐Wert 3,8 ‐ 5,0 4,0Temperaturbereich 35 ‐ 50 40 °Ckathodische Stromdichte 0,3 ‐ 0,7 0,5 A/dm²anodische Stromdichte < 1 A/dm²Abscheidegeschwindigkeit bei 40 °C 0,4 µm/min. bei 1 A/dm²

Slotoloy ZSN 20Konzentration und Arbeitsbereiche


Instandhaltung und WirkungsweiseZinn‐Zink Legierungsschichten

Zinn Steuerung der Legierung durch den Zinngehalt(in Abhängigkeit der gewünschten Legierung 1,0 – 1,8 g/l

Eine regelmäßige analytische Kontrolle ist erforderlich

Verwendung von Zinnkonzentraten zur Erhöhung bzw. Aufrechterhaltung des Zinngehaltes:Zinnkonzentrat FS enthält 100 g/kg bzw. 125 g/l Zinn, Zinnkonzentrat FS 20 enthält 200 g/kg bzw. 310 g/l Zinn.



Zink geringer Einfluss auf Legierung

Bei (gemäß Gebrauchsanweisung) neu angesetzten Trommelelektrolyten liegt ein Zinkgehalt von ca. 33 g/l vor.Eine regelmäßige analytische Überwachung des Zinkgehalts ist erforderlich. Eine Korrektur erfolgt mit Zinkchlorid.

KCl Gehalt steuert die LeitfähigkeitMangel bewirkt eine Erhöhung der BadspannungErgänzung erfolgt nach Analyse bzw. Erhöhung der Spannung in Schritten von 10 g/l bis auf max. 50 g/l Kaliumchlorid


66,572,2 78,8 85,1 90,8 96,6

90101

109,3119,3 124,5

136,6

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50

Leitfäh

igkeit (m

S/cm

)

Leitsalz KCL g/l

20°C

40°C

LeitfähigkeitZinn‐Zink Legierungsschichten



Borsäure Pufferung des pH‐Wertes

Gehalt liegt zwischen 10 ‐ 50 g/l und ideal bei 30 g/l. Regelmäßige analytische Kontrolle ist erforderlich.

pH‐Wert 3,8 ‐ 5,0 (Optimum 4,0)

Ist pH‐Wert zu niedrig (mit verdünnter Kalilauge korrigieren), kann es zu Ausfällungen kommen. Ist der pH‐Wert zu hoch (mit verdünnter Salzsäure korrigieren), wird die Abscheidung zu zinkreicheren Legierungen verschoben.


Legierung in Abhängigkeit vom pH‐Wert

0102030405060708090

100

3,5 4 5

Sn‐Legierungs‐An

teil in %

pH‐Wert

mit Borsäure

ohne Borsäure




ASK SLOTOLOY ZSN 21 Komplexierung

wird überwiegend durch Ausschleppung verbrauchtBei zu hohen Konzentrationen neigt der Elektrolyt zum Auskristallisieren und die Verbrauchskosten durch stärkere Ausschleppungsverluste steigen

SLOTOLOY ZSN 22 gleichmäßige feinkörnige, seidenmatte Abscheidung sowie Stabilisierung der LegierungEine regelmäßige analytische Kontrolle ist erforderlich.



SLOTOLOY ZSN 23 starker Einfluss auf LegierungKonzentrationen von 0,5 ‐ 2,0 ml/l liefern gleichmäßige, halbglänzende Zinn‐Zink Überzüge; ein Mangel führt zu matten Abscheidungen, der Zinnanteil in der Schicht steigt

Abbau durch Standzeiten und hohe Temperaturen(bei Arbeitsbeginn 1,0 ml/l SLOTOLOY ZSN 23 zugeben)kontinuierlich bzw. automatisch nach Durchsatz dosieren



SLOTOLOY ZSN 26 Klärung des Elektrolyten

Bei Zugabe von Kaliumchlorid, Anstieg der Metallkonzentrationim Bad oder durch Temperaturerhöhung kann es zur Eintrübungdes Bades kommen. Zugabe von SLOTOLOY ZSN 26 in Schrittenvon 5 ml/l drängt Eintrübung zurück. Das Bad ist wieder klar.



Anoden LegierungsanodenAlternativ Zink‐ bzw. Zinnanoden mit getrennten StromkreisenPotentialdifferenz: Zinn zementiert auf Zinkanoden aus (Belagvon Zeit zu Zeit entfernen)A‐Beutel ratsam (Anodenschlamm vermeiden),aber: bei unzureichender Durchlässigkeit bildet sich weißer aufBelag den Zinnanoden, dann Anodenbeutel mit gröberemGewebe einsetzen, bzw. die Anodenbeutel entfernen. InRuhepausen die Zinkanoden aus Elektrolyten entnehmen.

Achtung: Einsatz von unlöslichen Anoden, z.B. platinierte Titananoden, führt zur Bildung von Chlorgas!


ArbeitstemperaturZinn‐Zink Legierungsschichten

Temperaturbereich 35 ‐ 50 °C. (Optimum 40 ± 2 °C)

Bei steigender Temperatur verstärkter Zinneinbau,Anstieg der anwendbaren kathodischen StromdichteVerbesserung der kathodische Stromausbeute

Verbrauch an SLOTOLOY ZSN 23 nimmt mit steigender Temperatur deutlich zu.


Temperatureinfluss auf Legierungszusammensetzung

40

50

60

70

80

90

100

35 40 45

Legierun

gsan

teil Sn(%

)

Temperatur in °C

0,5 A/dm²0,75 A/dm²1 A/dm²



Fehlerbeseitigung im SLOTOLOY ZSN 20


Fehler Mögliche Ursache BeseitigungStarkeSchaumbildung

starker Lufteintrag im Bad Zugabe EntschäumerKonzentration von Zusatz SLOTOLOY ZSN 22 zu hoch

Dosierung stoppen

Kath. Stromausbeute niedrig Gesamtstrom reduzieren

Kath. Stromdichte zu hochstarker weißer Belag auf Zinnanoden

Elektrolytaustausch an den Anoden zu gering

gröberes Anodengewebe; Rücklösung (Ruhephasen)

Mangel an Ansatzkonzentrat SLOTOLOY ZSN 21

analysieren und auf Sollwert einstellen

anodische Stromdichte zu hoch

Stromreduzierung , vermehrter Einsatz von Zinnanoden (Anzahl hoch)




Fehler Mögliche Ursache Beseitigungfalsche Legierungs‐zusammensetzung

falsches Metall‐Verhältnis im Bad

Zn‐ und Sn‐Gehalt analysieren/einstellen

Temperatur zu hoch bzw. zu niedrig

Temperatur kontrollieren und einstellen

Trommel dreht zu schnell Umdrehungen reduzierenMangel an Zusatz SLOTOLOY ZSN 23

Zugabe von 1 ‐ 1,5 ml/l Zusatz SLOTOLOY ZSN 23

kathodische Stromdichte zu niedrig

Gesamtstrom erhöhen bzw. Trommelfüllung reduzieren

pH‐Wert zu hoch oder zu niedrig

pH‐Wert kontrollieren und einstellen





Komplexometrische Titration zur Zinkbestimmung

Iodometrische Titration zur Zinnbestimmung



Fehler Mögliche Ursache Beseitigungmatte Abscheidung über den gesamten Stromdichtebereich

Temperatur zu hoch Temperatur kontrollieren und einstellen

Mangel an ZusatzSLOTOLOY ZSN 23

Zugabe von 1 ‐ 1,5 ml/l Zusatz SLOTOLOY ZSN 23

flockiger Niederschlag im Bad

Mangel an Ansatzkonzentrat SLOTOLOY ZSN 21

Konzentration von Ansatzkonzentrat SLOTOLOY ZSN 21 analysieren und auf Sollwert einstellen




Fehler Mögliche Ursache Beseitigungschlechtes Passivierverhalten

LegierungsverhältnisZinn‐Zink nicht optimal

Legierung bestimmen und ggf. korrigieren (optimale Ergebnisse liegen bei 75 ‐ 65 % Zinn)

unzureichende Aktivierung Aktivieren in 0,5 %‐igerHNO3 (Raumtemperatur; 30 sec.)


Passivierung von Zinn/Zink Schichten aus Slotoloy ZSN 20

Sn/Zn mit GelbchromatierungSlotopas SL 10


Sn/Zn ohne Passivierung

Sn/Zn mit Passivierung ZNT 21


Kontaktkorrosionsversuche ‐Korrosionsprüfung DIN 50 021 SS

Versuchsbeginn nach 1756 Stunden

Beschichtete Stahlschraube in Aluminiumblech SnZn(Fe)/Al



0 2 4 10 10

30 30

40 40

50 50

75 75

0 5

35

50

80

85

95 95 95 95 95

80

100

100

100

100

100

100

100

100

100

100

0102030405060708090100

24 48 72 96 120 144 216 376 544 748 1012 1756 2400

% W

eissrost

Prüfdauer in h

Beurteilung des Weißrosts in %

SL 10

ZN T 20

ohne PassivierungLegierung: 69 ‐ 73% Sn/31 – 27 % ZnSchicht: 8,5 – 10,5 µm


Korrosionsprüfung DIN 50 021 SS


Passivierte Polanschlüsse


Stromdichte 1 A/dm²61 % Sn

feinkristalline, seidenmatte Abscheidung


Passivierte Polanschlüsse


Materialkontrastaufnahme:Dunkle Bildpunkte stellen die

Zinkkristalle dar

Gleiche Probe wie Bild vorher


gleichmäßige, feinkristalline Abscheidung



Darstellung Schichtaufbau im Stickstoffbruch

Stickstoffbruch ‐MaterialkontrastDarstellung der Probe im Materialkontrast

genaue Zuordnung der Kristalle zu Sn oder Zn nicht möglich, da wegen der rauen Bruchfläche teilweise Schattenbildung vorliegt.



Stickstoffbruch ‐Materialkontrast

Gleiche Probe, stärkere VergrößerungErkennbar keine Mischkristallbildung, sondern Zinn und Zink werden nebeneinander abgeschieden



Zusammenfassung


matte bis halbglänzender Überzüge Gute Schweißbarkeit

Verminderung von Kontaktkorrosion (Fe/Al)Passivierbar

Guter Korrosionsschutz (RR)variabler Legierungsbereich

bei 70 ‐ 90 % Sn optimale KorrosionsbeständigkeitBeschichtung von Massenware in TrommelGeringe Beständigkeit gegen Weissrost

Blasenbildung bei höheren Temperaturen


Documents

Slotoloy ZSN 20 Erfahrungswerte aus der Praxis · Technische Informationen: Zinn‐Zink Legierungsschichten Duktil Gute Schweißbarkeit Gute Leitfähigkeit Verminderung von Kontaktkorrosion