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Vorbehandeln & Entlacken

Vorbehandeln & Entlacken: 08.08.2017

Abgeplatzt!

Fette und Öle in Vorbehandlungsbädern beeinträchtigen die Haftfestigkeit des Pulverlacks

Die Gründe für eine fehlerhafte Vorbehandlung sind immer dieselben: Vorbehandlung kostet Geld und Zeit und außerdem sind die Bauteile ja schon sauber. Ernst-Hermann Timmermann, Geschäftsführer der Deutschen Forschungsgesellschaft für Oberflächenbehandlung e.V., beschreibt anhand eines Beispiels, wie ein Vorbehandlungsproblem zu einem Beschichtungsfehler führte.

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Bild 2: Untersuchungen der Beschichtungsunterseite zeigten, dass sich die Eisenphosphatierung an der Beschichtung statt auf der Stahloberfläche befindet (Messpunkt 1). Quelle (zwei Abbildungen, Tabelle): DFO

Bei einem Pulverbeschichtungsbetrieb kommt es bei einer Routineprüfung mit dem Dornbiegeprüfgerät zu einer kompletten Delamination im Beanspruchungsbereich (Bild 1). Die Gründe hierfür sind zunächst unklar. Eine erste Idee, dass die Beschichtung nicht richtig ausgehärtet ist, musste verworfen werden, nachdem festgestellt wurde, dass die Beschichtung richtig ausgehärtet war. Danach folgten weitergehende Untersuchungen an der Unterseite der abgelösten Beschichtung. Diese wurden mit Hilfe der Rasterelektronenmikroskopie und der Röntgenmikroanalyse durchgeführt. Hier konnte die Eisenphosphatierung nachgewiesen werden, die eigentlich auf der Stahloberfläche hätte sein müssen (Bild 2, Tabelle). Auf der Stahloberfläche dagegen ließ sich keine Phosphatierung mehr nachweisen. Dort fanden sich jedoch Rückstände von Fetten und Ölen. Bei einer Überprüfung der Vorbehandlungsbäder konnten eben diese Fette und Öle in allen Bädern einschließlich der Spülen nachgewiesen werden.

Lange Badstandzeiten

Schnell wurde klar, dass die eigentliche Ursache im Vorbehandlungsprozess zu suchen war. In der Vorbehandlungsanlage hatte man schlicht "vergessen" Ölabscheider einzubauen bzw. die Bäder ausreichend oft zu wechseln.

Bild 1: Bei einer Routineprüfung mit dem Dornbiegeprüfgerät platzte der Lack vom Werkstück ab.

Bild 1: Bei einer Routineprüfung mit dem Dornbiegeprüfgerät platzte der Lack vom Werkstück ab.

Tabelle: Übersicht über die Stoffe, die an der Unterseite der Beschichtung nachgewiesen wurden.

Tabelle: Übersicht über die Stoffe, die an der Unterseite der Beschichtung nachgewiesen wurden.

Zum Zeitpunkt der Untersuchungen hatte das Reinigungs- und Phosphatierbad schon eine Standzeit von einem guten Jahr. Das sah man nach Abschalten der Badumwälzung. Dort bildete sich innerhalb kürzester Zeit ein ca. 5 cm dicker Ölfilm.

Maßnahmen

Die Lösung bestand aus unterschiedlichen Maßnahmen. Zunächst wurde ein externer Ölabscheider,  in den verschmutztes Wasser über einen Bypass geleitet wurde, in den Prozess eingebaut. In dieser Reinigungsstufe erfolgte parallel noch die Abscheidung von Metallpartikeln und Schmutz. Der Vorbehandlungsprozess wurde auf einen Chemielieferanten umgestellt, der mit anderen Tensiden arbeitet. Die Maßnahmen lösten das Vorbehandlungsproblem und sorgten für eine lange Standzeit des Bades.

UNTERSUCHUNGSVERFAHREN

Die Dornbiegeprüfung nach DIN EN ISO 1519:2011-04 ist ein Prüfverfahren, um die Elastizität einer Beschichtung bei einer langsamen Verformung zu untersuchen. Abhängig vom Durchmesser des Dorns wird die Beanspruchung beim Biegevorgang mit sinkendem Dorndurchmesser immer stärker. Normalerweise kommt es dann beim Ausfall zur Rissbildung in der Beschichtung. Das Verfahren eignet sich auch bei Problemen mit der Haftfestigkeit. In diesem Fall kommt es zu einer vollständigen Delamination der Beschichtung.

Das Rasterelektronenmikroskop (REM) nutzt zur Bilderzeugung Elektronen. Der nutzbare Vergrößerungsbereich liegt etwa zwischen 5- und 100.000-facher Vergrößerung. Das erreichbare Auflösungsvermögen ist im Vergleich zum Lichtmikroskop etwa um den Faktor 100 besser. Der besondere Vorteil des REM liegt in seiner hohen Schärfentiefe. Mit dem Rasterelektronenmikroskop können in Ergänzung zur Lichtmikroskopie sehr gut topografische Defekte untersucht und charakterisiert werden. Zur Klärung der "Chemie" von Fehlstellen, wird im Anschluss an die REM-Untersuchung, die sogenannte Energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX) eingesetzt. Damit können einzelne chemische Elemente nachgewiesen werden. Die EDX ist ein Analyseverfahren im Mikrobereich, das überwiegend zur schnellen Elementübersichtsanalyse im oberflächennahen Bereich von Festkörpern eingesetzt wird. Die Informationen zur untersuchten Probe erhält man, abhängig von den Messbedingungen und dem Probenmaterial, aus einer Materialtiefe von ca. 1 bis 3 µm. Mit diesem Verfahren kann eine qualitative und mittels spezieller Auswertung auch eine quantitative Elementanalyse erfolgen. Über Defekte hinweg können Elementverteilungsbilder erstellt werden.

Deutsche Forschungsgesell­schaft für Oberflächen­behandlung (DFO) e.V., Neuss, Ernst-Hermann Timmermann, Tel. +49 2131 40811-22, timmermann@dfo-service.de, www.dfo-service.de

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