05.04.2013

Schwermetallfreie Vorbehandlung weiter auf dem Vormarsch - Optimaler Langzeitschutz im Feld

Frankfurt, April 2013. Bei der Herstellung von Landmaschinen müssen die Vorbehandlungstechnologien einen breiten Spagat schaffen: Auf der einen Seite sind extreme Robustheit und Langlebigkeit gefordert, während auf der anderen Seite Chassis, Traversen und Anbauteile aus wirtschaftlichen Gründen zum Teil nur eine ein- oder zweifache Beschichtung erhalten. Im Verkaufsraum müssen die Maschinen dennoch ihre Käufer mit einem ansprechenden Design und hoher Oberflächenqualität überzeugen. Gut aussehen ist dabei aber nicht alles. Vielmehr geht es in dieser Branche auch darum, die Corporate Design-Richtlinien jedes Herstellers exakt zu treffen. Eine hohe Farbtreue ist daher ebenfalls ein wichtiger Faktor.

Unterschiedliche Ausgangsmaterialien

Steigende Qualitätsansprüche und eine Normenvielfalt prägen die Land- und Baumaschinenindustrie. Hinzu kommen stark schwankende Ausgangsmaterialien. Anders als beispielsweise in der Automobilindustrie, wo die Stahl- und Zinkqualitäten fest definiert und Blechstärken annähernd konstant sind, müssen die Vorbehandlungstechnologien bei Land- und Baumaschinen auf dünnen ebenso wie extrem dicken Blechen, warm- oder kaltgewalztem Stahl oder aber verzunderten Stahl gleichbleibend gute Ergebnisse liefern. Dies erfordert eine hohe Flexibilität des Vorbehandlungsprozesses als auch an den folgenden Einbrennvorgang. Aufgrund der ungleichen Blechdicken kommt es zu unterschiedlichen Reaktionszeiten. Hier ist darauf zu achten, dass dünne Bleche, nicht zu lange im Ofen verbleiben, da es ansonsten zu einer Lackversprödung kommt.

Multimetallfähig und sicher

Da die Hersteller von Landmaschinen heute ebenfalls auf eine sinnvolle Gewichtsreduzierung achten, hat sich heute auch in diesem Bereich ein vielfältiger Materialmix entwickelt. Zwar werden Achsen, Traversen und stark beanspruchte Bauteile nach wie vor aus kaltgewalztem, elektrolytisch- oder feuerverzinktem Stahl gefertigt, doch wo immer es geht, halten heute Leichtbauwerkstoffe wie Aluminium oder Magnesiumlegierungen Einzug. Von daher zeichnet sich eine moderne Vorbehandlung dadurch aus, dass sie flexibel auf die unterschiedlichen Metallfrachten reagieren kann. Phosphatieranlagen bieten diese Flexibilität nur beschränkt. Zum Teil sind erhebliche Rüstzeiten notwendig. Die Oxsilan®-Technologie ist multimetallfähig. Innerhalb weniger Minuten sind die Bäder durch Zudosierung von Produkten und speziellen Silan-Additiven neu eingestellt. Alle gängigen Metalle wie Stahl, Edelstahl, Aluminium- oder Magnesiumlegierungen und Stahlguss können darin die Vorbehandlung im schnellen Wechsel durchlaufen.

Vergleichstests mit verschiedenen Metallsubstraten zeigen, dass mit Oxsilan® die gleiche Korrosionsschutzwirkung erreicht wird wie mit traditionellen Verfahren. Über 24 Monate der Witterung ausgesetzte Proben, die zudem regelmäßig mit Salzlösung besprüht wurden, zeigen keine Unterschiede. Die phosphatierte Probe des kaltgewalzten Stahlblechs weist sogar eher eine etwas stärkere Unterwanderung auf.

Schnelle, einfache Analytik

Die Chemie hinter der Oxsilan®-Technologie ist äußerst robust. Dennoch müssen auch hier die Bäder einer regelmäßigen Kontrolle unterzogen werden. Schließlich unterliegen die Badbedingungen durch das Auflösen von Metall, Verschleppung sowie den eigentlichen Substratverbrauch einer ständigen Änderung. Im Unterschied zur Phosphatierung sind hierfür jedoch keine zeitaufwändigen manuellen Titrationen erforderlich (freie Säure, Gesamtsäure oder Karl-Fischer). Die Analytik lässt sich fast vollständig mit einfachen Handmessgeräten direkt an der Anlage bewerkstelligen: Der elektrische Leitwert, der pH-Wert sowie die Fluoridbestimmung liefern bereits ein weitgehend aussagekräftiges Bild. Parallel kann wie bei der Phosphatierung auch die ICP-Analyse (Inductively Coupled Plasma) die Analytik aller Metall-Ionen abdecken. Die regelmäßige Kontrolle der Beschichtungsqualität lässt sich am schnellsten mittels Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) am vorbehandelten Substrat ermitteln. Entsprechende mobile RFA-Messgeräte liefern quasi online die Ergebnisse und erlauben so einen zeitnahen Eingriff sollten Qualitätseinbußen auftreten.

Technisch, wirtschaftlich und ökologisch mit Vorteilen

Der Oxsilan®-Prozess ist frei von gefährlichen Schwermetallen wie Nickel oder Chrom. Folglich entfallen die aufwändige Reinigung von Bädern sowie die teure Beseitigung giftiger Phosphatschlämme. Da der Prozess unter milden Bedingungen läuft, werden die behandelten Metalle kaum angegriffen. Maximal 0,2 g nicht umweltgefährdender Schlamm fallen pro Quadratmeter behandelter Fläche an. Bei Prozesstemperaturen zwischen 25 und 30 °C ist in der Regel keine Badheizung erforderlich. Daher lassen sich Energiekosten in spürbarer Größenordnung senken. Oxsilan®-Prozesse benötigen meist weniger Spülvorgänge als die Phosphatierung. Durch intelligente Spülwasserführung ist es daher möglich, um bis zu 70 % weniger Wasser zu verbrauchen. Das wirkt sich entsprechend günstig auf die Abwasseraufbereitungs und -entsorgungskosten aus.

Chemie macht flexibel

Den Grundstoff der Oxsilan®-Technologie bilden Silane, die sich durch Hydrolyse zu Polysiloxanen verbinden. Im Beschichtungsprozess reagieren die Silanolgruppen z.B. mit den Metallhydroxiden auf der Metalloberfläche und werden dort chemisch gebunden. Bei der anschließenden Wärmebehandlung oder der Kathodischen Tauchlackierungen (KTL) vernetzen die Polysiloxane und wachsen zu einer dünnen Schicht heran. Bereits 100 nm dünne Oxsilan®-Schichten bewirken dabei einen vergleichbaren Korrosionsschutz, wie die rund zehn Mal dickeren Schichten der Zinkphosphatierung. Per Saldo ergibt das einen niedrigeren Materialverbrauch, kürzere Vorbehandlungszeiten und damit eine höhere Produktivität. Das belegt die Praxis, in der die Durchsätze der Oxsilan®-Anlagen jene der Phosphatierung um etwa 30 % bis 65 % übertreffen. Da die Silane untereinander ein dichtes Netzwerk bilden und chemisch an das Metall gebunden werden, erhöhen sie die Passivierung der Oberfläche und erschweren auf diese Weise die Korrosion. Darüber hinaus können sie mit funktionellen Gruppen des Lacks eine Verbindung eingehen und sorgen so für einen festen Verbund Metall - Oxsilan®-Schicht – Lack.

Durch den Einbau funktioneller Gruppen lassen sich die Silane gezielt auf jeden Lack hin optimieren. Für die häufig eingesetzten Epoxy-, Polyester- oder Acrylharzlacke haben sich zum Beispiel die aminmodifizierte Silane sehr gut bewährt.

Mehr durch Weniger

An Geländefahrzeuge, Baumaschinen, Industrielle Maschinen und Landwirtschaftliche Fahrzeuge werden hohe Anforderungen gestellt: Sie müssen robusten, teils widrigen Bedingungen standhalten und über Jahre funktionstüchtig bleiben. Hohe Qualität und ein ansprechendes Design über viele Jahre hinweg werden somit zu einem immer wichtigeren Kaufkriterium. Die Praxis zeigt, dass die Vorbehandlung mit Oxsilan® auch unter den sehr harten Bedingungen in der Landwirtschaft in vollem Umfang überzeugt. Das Verfahren bietet langanhaltenden Korrosionsschutz und exzellente Lackhaftung und zeichnet sich durch mehr Sicherheit, Wirtschaftlichkeit, Flexibilität und Umweltfreundlichkeit aus.

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Artikel: Schwertmetallfreie Vorbehandlung

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Über Chemetall

Chemetall, ein Unternehmen der Rockwood Holdings, Inc. (NYSE: ROC), ist ein führender globaler Lieferant von Spezialchemikalien mit Schwerpunkt auf Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen. Die Firma Chemetall hat ihren Hauptsitz in Frankfurt am Main und umfasst rund 40 Gesellschaften und 22 Produktionsstandorte weltweit. Mit 1.900 Beschäftigten erzielt die Gruppe einen Umsatz von ca. 537 Mio. Euro (2011). Weitere Informationen unter www.chemetall.com