Haider, K. (2011). Einfluss der Elektrokristallisation auf die Oberflächentopografie von elektrolytisch verzinktem Stahlband [Dissertation, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/159907
Die galvanische Beschichtung von Stahl dient dem Schutz vor Korrosion und somit der Gebrauchsdauer von beschichteten Stahlwerkstoffen. In der Automobilindustrie werden die verwendeten Stahlbleche vorwiegend mit einer Zinkschicht versehen. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften von Zink als Opferanode, wird in diesem Anwendungsbereich vorwiegend die elektrochemische Abscheidung als Veredelungsschritt angewandt. Ein gängiges Verfahren stellt die Abscheidung in einer kontinuierlich arbeitenden Bandbeschichtungsanlage aus einem schwefelsauren Elektrolyten dar. Die Rauheit dieser abgeschiedenen Schichten ist ein besonders wichtiger Parameter, da einerseits die nachfolgende Umformung und andererseits die Lackierbarkeit davon beeinflusst werden. Idealerweise sollte die abgeschiedene Schicht die Topographie des Stahls exakt nachbilden. Jedoch treten bei großindustrieller Verfahrensweise erhebliche Schwankungen des Rauheitswertes zwischen Zinkschicht und Stahlsubstrat auf. Im Rahmen dieser Dissertation wurde der Einfluss bzw. der Zusammenhang verschiedener Spurenelemente im Elektrolyten auf die resultierende Rauheit der Zinkschicht untersucht. Die Auswahl der untersuchten Elemente beruhte auf der Vermutung, dass zeitweilig auftretende Einschleppungen von Verunreinigungen aus einer Vorbehandlungslösung mit den beobachteten Rauheitsänderungen in Zusammenhang stünden. Ein primärer Einfluss von Verunreinigungen auf das Abscheidungsverhalten von Zn wurde vor allem im Potentialbereich der Unterpotentialabscheidung von Zn und der - parallel ablaufenden - beginnenden Wasserstoffentwicklung vermutet. Die Auswertung zyklovoltammetrischer Untersuchungen im UPD-Bereich von Zn zeigte einen deutlichen Einfluss einzelner Elemente (Sb, Sn, Ge) auf den Gesamtstrom, welcher im Wesentlichen der Summe der Teilströme der Unterpotentialabscheidung von Zn und der Entladung von Protonen (Beginn der Wasserstoffentwicklung aus saurer Lösung) entspricht. In Abscheidungsversuchen konnte überdies ein signifikanter Einfluss einzelner Verunreinigungen auf die Rauheit der Schicht in Abhängigkeit von deren Konzentration im Elektrolyten festgestellt werden. Allerdings führte das Auflösen von Zinkgranalien in der Elektrolytlösung - einer prozessnahen Methode zur Nachdosierung von Zink - in nahezu allen Fällen zu einer Trendumkehr bzw. zu einem Bruch in den zunächst beobachteten Zusammenhängen. Jedenfalls hatte der zeitweilige Kontakt von Zn-Granalien mit dem Elektrolyten in den meisten Fällen ebenfalls einen bedeutenden Einfluss auf die Rauheit der abgeschiedenen Schichten. Es wurde daher vermutet, dass dieses Verhalten auf Zementationsreaktionen zwischen Granalien und den (beigefügten) Spurenelementen zurückgeführt werden konnte. Letztlich konnte anhand von Elektrolytanalysen nachgewiesen werden, dass einzelne Elemente (Pb, Fe), deren Einfluss sowohl auf den Verlauf der Stromdichte-Potentialkurven, als auch auf die Rauigkeit bereits festgestellt worden war, bei längerem Elektrolytkontakt der Zinkgranalien teilweise bis nahezu vollständig aus dem Elektrolyt entfernt wurden. Damit konnte letztlich eine plausible Erklärung für das atypische Verhalten von Elektrolyten nach Kontakt mit Zink im Zuge der Nachdosierung und damit auch für die in der Produktion beobachteten Rauheitsschwankungen gefunden werden. Die durchgeführten systematischen Studien beinhalteten Zinkabscheidungen unter Verwendung einer Durchflusszelle, zyklovoltammetrische Untersuchungen an verschiedenen Elektroden, Rasterelektronenmikroskopie (REM), energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und Focused-Ion-Beam-Mikroskopie (FIB).
Galvanizing of steel substrates is commonly carried out in order to prevent corrosion, thereby prolonging the service life of the coated part. Due to its beneficial property to act as a sacrificial anode, zinc deposition is regularly performed in the automobil industry as a refining process. The electrodeposition of zinc from acidic sulphate baths is fairly popular in this market segment. The surface roughness of the deposited coating is a critical factor with respect to subsequently executed processing steps such as forming and varnishing. Preferably the deposited zinc coating should exactly mimic the steel surface topography. However, significant fluctuations of the surface roughness frequently occur during industrial processing. The main objective of this thesis was to investigate the influence of certain impurities in the electrolyte on the surface roughness of the deposited zinc. From CV-experiments a significant correlation between the currents in the UPD-region of Zn (in which upd of Zn and the simultaneous hydrogen evolution occurs) and single impurities as Sb, Sn or Ge could be determined, which may have an influence on the growth of the layer and its surface roughness. In most cases dissolution of zinc granules into the electrolyte has a significant impact on the deposits. The present work showed that certain impurities could be reduced even to the metal form on the surface of these granules, thereby being removed from the electrolyte. For this purpose several simulations were carried out using a flow-through cell. Additionally, electrochemical studies (such as cyclic voltammetric measurements), Scanning Electron Microscopy (REM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) and Focused Ion Beam investigations (FIB) were performed in order to determine the surface structure of the deposited zinc.
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