26.02.2016
Ein optimaler Vorbehandlungsprozess sorgt für langlebigen Korrosionsschutz und sehr gute Lackhaftung. Ist dies nicht gegeben, wird die Ursache der daraus resultierenden Lackstörungen oder der entstandenen Korrosion schnell mit einer mangelnden Konversionsbeschichtung in Verbindung gebracht. Die Schritte vor der Konversion hingegen werden oftmals nicht in Frage gestellt und damit nicht ausreichend bei der Prozessoptimierung berücksichtigt. Ein großer Fehler, wie die Praxis bestätigt. Denn viele Qualitätsprobleme entstehen bereits während des Reinigungs- und Beizprozesses und in der anschließenden Spülzone (siehe Tab.1 - 3). Dabei könnte mit einem geeigneten Reinigungsverfahren und einfachen Anwendungsmaßnahmen der Vorbehandlungsprozess und somit die Qualität des Endprodukts signifikant verbessert werden.
Verschiedene Reinigungsverfahren für unterschiedliche Anforderungen
Eine Reinigung ist ein notwendiger Schritt für jede weitere Oberflächenbehandlung. Sie entfernt sowohl organische Verunreinigungen, wie beispielsweise Umformöle und Schmiermittel, als auch anorganische Kontaminationen wie Salzrückstände oder Partikel. Gleichzeitig bereitet sie die Oberfläche für die nachfolgenden Behandlungen vor und kann darüber hinaus spezielle Anforderungen erfüllen, wie einen temporären Korrosionsschutz. Eine Reinigung sollte kosteneffizient sowie einfach in Anwendung und Handhabung sein. In den meisten Fällen greifen Unternehmen auf alkalische Produkte zurück, die aufgrund von Tensiden und „Gerüst“ (anorganische Salze) für eine sehr gute Reinigungsleistung sorgen. Daneben gibt es Neutralreiniger. Sie basieren auf Aminen, kommen in der Regel ohne Gerüst aus und verfügen bereits über eine inhibierende Wirkung. Als drittes Verfahren stehen saure phosphathaltige Reiniger zur Verfügung. Diese eignen sich vor allem für kurze Vorbehandlungsstrecken, da zwischen Reinigung und Konversion kein Spülbad erforderlich ist. Als führendes Unternehmen der Oberflächentechnik bietet Chemetall ein breites Portfolio an Gardoclean® Reinigungstechnologien und Gardacid® Beizprodukten an.
Reinigung
Ziel der Reinigung ist es, die Oberflächenenergie und damit verbunden die Wasserbenetzbarkeit zu erhöhen, um im Anschluß eine homogene Konversionsbeschichtung und Lackierung zu ermöglichen. Doch während des Prozesses kann es zu verschiedenen Störungen kommen. So ist es zunächst wichtig, die Oberfläche komplett von organischen Rückständen zu befreien, denn die Wasserbenetzbarkeit reagiert sehr empfindlich auf Ölrückstände. Eine schlechte Entfettung führt zu Oberflächenstörungen (z.B. Kraterbildung) nach der Lackierung, Korrosion und schlechter Lackhaftung. Eine Erhöhung der Temperatur, der Reinigerkonzentration, eine Verstärkung der Badmechanik oder eine Verlängerung der Behandlungszeit können Abhilfe schaffen. Schwer entfernbare Anhaftung wie Schmauchspuren können mit Neutralbeizen oder sauren Beizen entfernt werden; Verglasungen nur mit sauren Beizen. Lokalkorrosion kann Stippen erzeugen, welche sich auf der Lackoberfläche abzeichnen. Dieses Oberflächenstörung wird oftmals durch Abschleifen der Oberfläche behoben. Ein aufwendiger manueller Prozess, der durch die Zugabe von Inhibitoren oder die Erhöhung des pH-Wertes bereits in dem Reinigungsbad verhindert hätte werden können. In sauren Reinigern mit hoher Eisenlast kann Flugrost entstehen, welcher in Form von Fe(III)oxid auf der Substratoberfläche abgeschieden wird. Das Fe(III)oxid bildet amorphe Schichten und sorgt ebenfalls für eine schlechte Lackhaftung.
Die Aufgabe der Beize
In der Beizzone werden Substrate entzundert oder von schwer entfernbaren Anhaftungen gereinigt. Dazu stehen auf dem Markt starke Mineralsäuren wie zum Beispiel Schwefelsäure, Salzsäure oder Phosphorsäure zur Verfügung. Die Kombination zwischen Reinigungs- und Beizprozessen ist wichtig. So zeigen Ergebnisse auf Aluminiumsubstraten, nach einer stark alkalischen Reinigung und schwachem Beizen, einen ungleichmäßigen Beizabtrag und eine schlechte Haftung. Mit einer mild alkalischen Reinigung und starkem Beizen hingegen werden ein höherer und gleichmäßiger Abtrag und damit eine gute Haftung erzielt. Ein Überbeizen in Form von zu starker Beize, zu langer Beizzeit oder zu hoher Beizrate kann im Falle von Gussteilen zum Beispiel Lunker freilegen. Dann werden Lackstörungen und Lokalkorrosion zum Problem. Beim Unter- oder Überbeizen können bereits einfache Maßnahmen im Prozessbad, wie die Regulierung der Beizzeit oder Temperatur, die Qualität verbessern.
Spülzone
Eine schlechte Lackhaftung und -optik als auch ein geringer Korrosionsschutz können auch in der Spülzone verursacht werden. Bei zu niedrigem pH-Wert (≤ 8) oder zu niedriger Salzfracht (Leitfähigkeit ≤ 50 μS) kann es zu Flugrost oder Spülbadkorrosion kommen. Auch Abläufer aus stark belasteten Spülen stellen ein Problem dar. Oftmals sind diese erst nach der Konversionsbehandlung oder nach der Lackierung in Form einer heterogenen Filmbildung erkennbar. Mehr Spülwasser oder die Einrichtung eines Überlaufs können das Problem beheben. Antrocknungen verhalten sich ähnlich wie Abläufer. Eine Antrocknung von Beizresten kann beispielsweise Salzreste auf der Oberfläche hinterlassen, die zu Haftungsproblemen und Korrosion führen können. In diesem Fall kann die Reduzierung der Reinigungstemperatur und damit auch der Verdunstung eine Antrocknung minimieren. Alternativ können die Überhebzeiten reduziert werden.
Fehlerfreie Vorbehandlung
In einem qualitativ hochwertigen Vorbehandlungsprozess ist es wichtig, das Augenmerk auf die einzelnen Verfahrensschritte zu legen. Dazu gehören die Konversionsbeschichtung mit einer traditionellen Zinkphosphatierung oder andere Verfahren, wie zum Beispiel die umweltfreundliche Dünnfilmtechnologie Oxsilan®, genauso wie die vorangegangenen Prozesse. Die Praxis zeigt, dass der Reinigungsprozess oft vernachlässigt wird. Dabei wirkt sich die Qualität dieses Verfahrensschrittes direkt auf die Qualität des Endprodukts aus. Eine ungenügende Reinigungsleistung kann zu kostspieligen Fehlern und Qualitätsproblemen führen, die in der Regel erst im Anschluss an den nachgelagerten Prozessschritten sichtbar werden. Zur Vermeidung von Lackhaftungs- oder Korrosionsproblemen helfen einfache Maßnahmen in der Reinigungszone. Dann läuft der Prozess stabil.
Dieser Fachartikel erschien am 26.02.2016 im JOT Magazin.
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Grafiken Fachartikel JOT Magazin, Februar 2016
Über Albemarle
Die Albemarle Corporation mit Sitz in Baton Rouge, Louisiana, USA, ist ein führendes Unternehmen für Spezialchemikalien mit Spitzenpositionen auf attraktiven Endmärkten auf der ganzen Welt. Für seine breitgefächerte Kundenbasis auf diversen Märkten entwickelt, produziert und vermarktet Albemarle technologisch innovative und hochwertige Produkte, darunter Lithium und Lithiumverbindungen beispielsweise für Lithium‐Ionen‐Batterien, flammhemmende Stoffe, Katalysatoren und Chemikalien für die Oberflächenbehandlung für ein breites Spektrum von Anwendungen, darunter Verbraucherelektronik, Metallverarbeitung, Kunststoffe, konventionelle und alternative Transportfahrzeuge, Arzneimittel, Landwirtschaft, Bauwesen und kundenspezifische Dienstleistungen im Bereich Chemie. Albemarle richtet seinen Fokus auf die Bereitstellung differenzierter, leistungsorientierter Technologien, die innovative Lösungen für die Kunden des Unternehmens bieten. Das Unternehmen sieht globale Nachhaltigkeit als unternehmerische Verpflichtung an und fördert umweltfreundliche Praktiken und Lösungen in seinen vier Geschäftsbereichen: Lithium, Katalysatoren, Veredelungschemikalien und Oberflächenbehandlung. Albemarle beschäftigt ca. 6.900 Mitarbeiter und liefert an Kunden in rund 100 Ländern. Albemarle veröffentlicht regelmäßig Informationen auf www.albemarle.com, unter anderem Mitteilungen über Veranstaltungen, Neuigkeiten, Finanzergebnisse, Präsentationen und Webcasts für Investoren, Überleitungen gemäß US-Regulation G, SEC-Unterlagen und weitere Information im Hinblick auf das Unternehmen, seine Aktivitäten und die entsprechenden Märkte.
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