Apr 24 2015

Innovative Lösungen beim Korrosionsschutz

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Nach einer Übersicht des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart, steht die Lackiertechnik vor einem enormen Innovationsschub. Gründe für diese Entwicklung sind einerseits der Rationalisierungsdruck, andererseits die Umweltverordnungen.

 

Das IPA sieht folgende Felder, in denen Neuerungen bevorstehen: der Ersatz von Chrom VI, eine Alternative zur Zinkphosphatierung, der Wasserlackeinsatz auch bei hohem Korrosionsschutz, Pulverlacke für neue Anwendungen, Verarbeitung von Nanomaterialien sowie hocheffiziente elektrostatische Lackierverfahren.

Ein schwieriger Fall ist die Zinkphosphatierung, die nicht nur seit Jahrzehnten zum Einsatz kommt, sondern auch wegen ihres exzellenten Korrosionsschutzes weltweit verbreitet ist. Sie wird unter anderem bei Automobilkarosserien eingesetzt. Hier ist seit mehr als 30 Jahren die Zinkphosphatierung als Oberflächenbehandlung von Stahl in Verbindung mit der Kathodischen Tauchlackierung (KTL) Stand der Technik. Die Vorbehandlung mit integrierter Phosphatierung erfolgt dabei in einem so genannten Trikationenbad, in dem außer den Phosphationen auch Zink-, Mangan- und Nickelionen enthalten sind.

Studien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) zur Umweltverträglichkeit und Toxizität haben aber im Ergebnis dazu geführt, dass Nickel als umweltgefährlich und giftig erkannt worden ist. Die EU hat daraus Konsequenzen gezogen und Nickelsalze seit Dezember 2010 als kanzerogen, mutagen und reprotoxisch eingestuft. Davon betroffen ist auch das chemische Verfahren der Trikation-Phosphatierung, was den Druck erhöht, Alternativen zu finden. Das gilt umso mehr, weil im Zuge der Gewichtsreduzierung im Automobilbau zunehmend auch Leichtmetalle und ihre Legierungen, also etwa Aluminiumwerkstoffe, zum Einsatz kommen. Da freie Aluminiumionen die Bildung der Phosphatschicht verhindern, müssen sie durch hohe Zusätze von Fluoriden ausgefällt werden. Das führt jedoch zu einer verstärkten Schlammbildung und bringt aufwändige Anpassungen der Anlagen mit sich. Aus dem Schlamm- und Abwasseranfall resultieren eine hohe Umweltbelastung und nicht zuletzt zusätzliche Kosten.

Vor diesem Hintergrund haben verschiedene Unternehmen alternative Verfahren entwickelt. So hat die SurTec Deutschland im Bereich der phosphatfreien Metallvorbehandlungen gleich zwei Lösungen im Portfolio, mit denen Reinigen und Konversionsschicht gemeinsam in einem Schritt (SurTec 637 CC) oder separat (SurTec 609 GV) erfolgen. „Beide Prozesse eignen sich zur Behandlung von Stahl, Aluminium, verzinkten Oberflächen und Zinkdruckguss, basieren auf Chrom III und sind frei von Phosphaten, Zink, Nickel, Mangan und flüchtigen organischen Substanzen“, erklärt Sascha Olbrich von der Anwendungstechnik und Metallvorbehandlung der SurTec Deutschland GmbH. SurTec 637 CC kommt vorwiegend bei Lohnbeschichtern mit großem Teilespektrum und einfacher Anlagenkonzeption zum Einsatz und wird als Alternative zur Eisenphosphatierung, aber auch zur Zinkphosphatierung angewandt. Das Verfahren verringert die Prozesskosten signifikant, vor allem da sich im Vergleich zur Phosphatierung deutlich weniger Schlamm bildet, der entsorgt werden muss, und sich die Abwassermenge erheblich reduziert. Zudem ermöglicht der Prozess Lohnbeschichtern die Bearbeitung eines deutlich größeren Auftragsspektrums in existierenden Anlagen, was sich auch bei den Kosten positiv niederschlägt.

Striktere Vorschriften fördern Alternativen zur Phosphatierung

SurTec 609 GV kann in allen Phosphatieranlagen mit wenigstens fünf Bädern verwendet werden. Das Verfahren wird als qualitativ gleichwertige Alternative zur Zinkphosphatierung eingesetzt. Hierbei sind sowohl der Ersatz der normalen Zinkphosphatierung als auch einer Trikationenphosphatierung möglich. Die Prozesskosten sinken signifikant, da sich im Vergleich zur Phosphatierung deutlich weniger Schlamm bildet. „Beide Technologien sind im Markt sehr gut etabliert. Weltweit setzen mehr als 250 Beschichter SurTec-Alternativen zur Phosphatierung ein“, sagt Olbrich. Vor allem verbreitet sind Alternativen zur Phosphatierung bereits heute im Bereich der weißen Ware, in der Möbelindustrie, im Gehäusebau, in der Landmaschinen- und Spezialfahrzeugindustrie sowie bei Automobilzulieferern. Besonders der strikter werdende Gesundheits- und Umweltschutz begünstigt den Einsatz dieser Technologien, sodass damit zu rechnen ist, dass sich die Alternativen zur Phosphatierung im Bereich Vorbehandlung vor dem Lackieren kontinuierlich weiter ausbreiten und immer mehr die klassischen Phosphatierverfahren ablösen werden.

Eine umweltfreundliche und multimetallfähige Vorbehandlungstechnologie hat auch die Firma Chemetall entwickelt. Das innovative Verfahren hat sowohl in der Automobil- als auch in der Hausgeräteindustrie großen Anklang gefunden. Nach Herstellerangaben führt die Dünnschicht-Technologie Oxsilan zu erheblichen Vorteilen, darunter niedrigere Prozesskosten, höhere Produktivität und exzellente Qualität. Den Grundstoff der Oxsilan-Technologie bilden Silane (Silizium-Wasserstoff-Verbindungen), die sich durch Hydrolyse zu Polysiloxanen verbinden. Im Beschichtungsprozess reagieren die Silanolgruppen beispielsweise mit den Metallhydroxiden auf der Metalloberfläche und werden dort chemisch gebunden. Durch Wärmebehandlung oder eine nachfolgende KTL vernetzen die Polysiloxane und wachsen zu einer dünnen Schicht heran. Schichtdicken von nur etwa 100 Nanometern (ein Nanometer entspricht einem Milliardstel Millimeter) reichen bereits aus, um den gleichen Korrosionsschutz zu erzielen wie mit den rund zehnmal stärkeren Zinkphopshatschichten. Das reduziert den Materialeinsatz, verkürzt die Vorbehandlungszeiten und erhöht die Produktivität: Steigerungen zwischen 30 und 65 Prozent konnten in der Praxis erzielt werden. Inzwischen haben verschiedene Automobilhersteller und viele Beschichter auf das Verfahren umgestellt. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass bestehende Vorbehandlungsanlagen ohne nennenswerte Umrüstungsmaßnahmen weiter genutzt werden können.

Die Metallvorbehandlung gehört zu den wichtigsten Prozessen beim Korrosionsschutz. Die nötigen Innovationen und Weiterentwicklungen, die durch immer schärfere Vorgaben des Umweltschutzes gefordert sind, dürften in diesem Bereich auch zukünftig zu interessanten Präsentationen und lebhaften Diskussionen führen.

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