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18.10.2018

Sonstige Beschichtungen

Sonstige Beschichtungen, Pulverbeschichten, Vorbehandeln & Entlacken, Metalllackierung: 16.03.2012

Metalloberflächen mit Cr(III)-haltiger Vorbehandlung optimal auf Pulverbeschichtung vorbereiten

Kühlschrankoberflächen werden bei Gorenje im Werk in Velenje, Slowenien, und in Valjevo, Serbien, mit "SurTec 609 ZetaCoat" vorbehandelt. Das Produkt der SurTec International GmbH auf Cr(III)-Basis bietet Anwendern laut Hersteller optimale Lackhaftung, sehr guten Korrosionsschutz und große Wirtschaftlichkeit.

Kühlschrankteile passieren die Vorbehandlungsanlage in Velenje: Nach der Konversionsbehandlung bilden sich sichtbare messingfarbene Schichten auf den Metalloberflächen. Quelle: Surtec

Kühlschrankteile passieren die Vorbehandlungsanlage in Velenje: Nach der Konversionsbehandlung bilden sich sichtbare messingfarbene Schichten auf den Metalloberflächen. Quelle: Surtec

Die Gorenje Gruppe mit Stammsitz in Velenje, Slowenien, und weltweit mehr als 11.000 Mitarbeitern setzt bei der Vorbehandlung auf ein Cr(III)-haltiges System, das auf der Metalloberfläche eine 20 - 40 nm dünne, kohärente
Oxidschicht bildet. Je nach Metalluntergrund sind diese Schichten meist messing- oder goldfarben und damit deutlich sichtbar. Die Gleichmäßigkeit der Schicht und ob eine Charge behandelt wurde, können so durch einfache Sichtkontrolle überprüft werden. Im Gegensatz zu Cr(VI)- sind Cr(III)-Verbindungen  toxikologisch unbedenklich und ELV, RoHS  und WEEE konform. Das "ZetaCoat"-Verfahren ist zudem phosphat- und nickelfrei und enthält keine kanzerogenen oder toxischen Verbindungen, wie Nitrit, Hydroxylamin oder Hydroxylammoniumsulfat. Die besondere Umweltverträglichkeit zeigt sich schon daran, dass das Produktkonzentrat kein Gefahrstoff und nicht kennzeichnungspflichtig ist. Im Gegensatz zu Zink- und Eisenphosphatierungen, kommt es bei der Cr(III)-haltigen  Konversionsbehandlung nur zu einer sehr geringen Schlammbildung. Die niedrige Einsatztemperatur von 25 - 35 °C wirkt sich positiv auf die Energiekosten aus.

Multimetallfähiges Verfahren

Die Vorbehandlungsmethode ist sowohl für Spritz- als auch für Tauchverfahren geeignet. Das Verfahren ist multimetallfähig und kann auf vielen Metalloberflächen, wie kalt gewalzter Stahl, feuerverzinkter  oder elektrolytisch verzinkter Stahl, aber auch Aluminium angewendet werden. Bei Gorenje am Standort Velenje wird das "ZetaCoat"-Verfahren zur Vorbehandlung von Kühlschrankoberflächen eingesetzt. Die bestehende Durchlauf-Spritzanlage, die auch schon vorher mit einem phosphatfreien Verfahren arbeitete, konnte dabei weitgehend für das Cr(III)-haltige Verfahren übernommen werden. Das Unternehmen musste für die Umstellung keine weiteren Investitionskosten aufbringen.
Die Vorbehandlungsanlage befindet sich in einem komplett geschlossenen U-förmigen Tunnel mit zwei parallel verlaufenden Ketten. In der Anlage in Velenje werden bis zu 95% Stahl und bis zu 5% elektrolytisch verzinkter Stahl verarbeitet. Die Anlage arbeitet dabei mit einer Bandgeschwindigkeit von 5 m/min und einem Durchsatz von 600 m2/h. Die vorbehandelten Metallteile werden sofort nach der Trocknung mit Polyesterpulver beschichtet. Anfang 2011 wurde im Werk Valjevo die Umstellung auf "ZetaCoat" vorgenommen. Die speziell für die "neue phosphatfreie Technologie" konzipierte Anlage ist ein vollständig geschlossener Spritztunnel und das Verfahren unterscheidet sich von dem in Velenje durch den Einsatz anderer Produkte ("SurTec 168 S"/ "SurTec 085", 1,1/0,2 Vol.-%) bei der alkalischen Entfettung und einer geringeren Anzahl von Spülschritten. Als Prozesswasser ist in Valjevo kostengünstigeres Brunnenwasser mit einer Leitfähigkeit von ca. 400 µS/cm im Einsatz. Umkehrosmose wandelt das Brunnenwasser zum Teil in VE-Wasser mit einer Leitfähigkeit von ca. 20 µS/cm um, das so für die letzten Spülschritte zur Verfügung steht. Bei dieser Anlage werden vor der Konversionsbehandlung lediglich drei Spülstationen und nach der "ZetaCoat"-Behandlung zwei Spülschritte verwendet. Prinzipiell wären für den "ZetaCoat"-Prozess nur zwei Spülen vor der Konversionsbehandlung und eine VE-Wasser-Spüle danach notwendig; dann jedoch bei einem höheren Frischwasserbedarf.

Hohe Prozessstabililtät, keine Flugrostprobleme

Vorwiegend Stahlbleche durchlaufen die Anlage mit einer Förderleistung von 4,5 m/min, kleinteilige Werkstücke in Körben mit 2,8 m/min.  Auch hier werden die Werkstücke direkt im Anschluss an die Vorbehandlung und nach Trocknung mit Polyesterpulver und einer Schichtdicke von 60 - 120 µm  beschichtet. Die Umstellung auf das Cr(III)-haltige Vorbehandlungssystem hat sich in beiden Werken gelohnt. Hohe Prozessstabilität, keine Flugrostprobleme selbst bei kurzen Anlagenstopps und hochwertige Oberflächen mit guten Haftungseigenschaften und hoher Korrosionsbeständigkeit überzeugen die Anwender in Valjevo und Velenje. Bei Korrosionstests übertrafen die mit "ZetaCoat" beschichteten Proben mit weniger als 1 mm Unterwanderung nach 500 h Exposition im neutralen Salzsprühnebel gemäß DIN EN ISO 9227 sogar die geforderten Ergebnisse (3 mm nach 240 h) deutlich. Zudem wird das "ZetaCoat"-Verfahren durch die einfache Handhabung der Komponenten und die unkomplizierte Überwachung der Prozesslösungen durch Konzentrations-, pH- und Leitfähigkeitsmessungen vom Personal bei Gorenje gut angenommen. Mittlerweile ist die Cr(III)-haltige Konversionsbehandlung bei vielen Anwendern in Europa erfolgreich im Einsatz.

TECHNISCHE DETAILS

Die Vorbehandlungsanlage bei Gorenje am Standort Velenje befindet sich in einem komplett geschlossenen U-förmigen Tunnel mit zwei parallel verlaufenden Ketten und besteht aus folgenden Stationen:

Alkalische Entfettung:

  • 1 (10 m3): alkalischer Builder "SurTec 141" / hochkonzentriertes Spritztensid "SurTec 086", 2,0 / 0,2 Vol.-%, 60 °C, 90 s, 1 bar
  • 2 (13m3): alkalischer Builder "SurTec 141" / hochkonzentriertes Spritztensid "SurTec 086", 2,0 / 0,2 Vol.-%, 60 °C, 102 s, 1 bar

Spülen:

  • Vorspüle (750 l): 45 °C, 5 s, 1 bar
  • Spüle (4,5 m3): 35 °C, 37 s, 1 bar
  • Spüle (4,5 m3): 35 °C, 37 s, 1 bar
  • Sprühkranz: 25°C, 5 s, 1 bar
  • Sprühkranz: VE/Stadtwassergemisch (Leitfähigkeit 100 - 200 µS/cm), 25 °C, 5 s, 1 bar

Konversionsbehandlung mit "SurTec 609" ZetaCoat (4,5 m3):

  • 25°C, 37 s, 1 bar, pH 4,8, Leitfähigkeit 700 - 1400 µS/cm 

Spülen:

  • Spüle (4,5 m3): VE/Stadtwassergemisch, 25 °C, 37 s, 1 bar, pH 6,0, Leitfähigkeit 100-200 µS/cm
  • Spüle (4,5 m3): VE-Wasser, 25 °C, 37 s, 1 bar, pH 6,8, Leitfähigkeit 30 µS/cm
  • Sprühkranz: VE-Wasser, 25 °C, 5 s, 1 bar, Leitfähigkeit 26 µS/cm
4 FRAGEN AN...

Peter Volk, Leitung Entwicklung Metallvorbehandlung:

Peter Volk

Peter Volk

Welche Gründe gab es, dass Gorenje die Vorbehandlung von Metallteilen auf das "ZetaCoat"-Verfahren umstellte?

Zwei wesentliche Gründe gaben den Ausschlag. Erstens war es besonders wichtig, die Beschichtungsqualität und die Prozesssicherheit zu verbessern. Wir konnten beweisen, dass "ZetaCoat" ein sehr robuster Prozess ist, der in einem sehr breiten Parameter- und Konzentrationsbereich arbeitet und dabei exzellente Lackhaftung und Korrosionsschutz bietet. Diese Erkenntnis wurde durch entsprechende Versuche in der Produktionsanlage gewonnen, bei der die verschiedenen Parameter künstlich verändert wurden. Und zweitens konnten wir im regulären Betrieb zeigen, dass sich die Wirkstoffe im Bad gleichmäßig verbrauchen und keine signifikanten Prozessschwankungen auftreten – weder in der Leistungsfähigkeit der beschichteten Oberfläche, noch beim täglichen bzw. oberflächenbezogenen Verbrauch des "ZetaCoat"-Konzentrates.

Welcher Aufwand war für die Verfahrensumstellung bei Gorenje notwendig? 

Anlagenseitig war keine Änderung notwendig. Das Prozess-becken musste nur mit der 1,5 Vol.-%igen "ZetaCoat"-Lösung angesetzt und die Produktion gestartet werden. Sonst war lediglich, wie bei jeder Verfahrensänderung, eine kurze Schulung des Personals auf die spezifischen Prozesskontrollen bzw. Analysenmethoden notwendig.

Können Sie schon konkrete Zahlen nennen, was Gorenje mit der Umstellung erreicht hat?

Der Chemieverbrauch konnte von 12 - 14 ml/m2 auf 8 - 10 ml/m2 gesenkt werden.Schwankungen im Verbrauch pro Tag oder pro Woche, konnten durch die Umstellung auf "ZetaCoat" verringert werden. Insgesamt läuft der Prozess stabiler und das bei gleichbleibender Qualität. Positiv an dem Verfahren ist auch, dass sich die Prozesslösung über die einfache Konzentrationsbestimmung der Wirkstoffe sowie die pH-Wert-Bestimmung sehr gut überwachen lässt.

Wo sehen sie noch Potenziale in der Vorbehandlung?

Hinsichtlich der Sichtbarkeit der Schichten gibt es sicher noch Entwicklungspotenzial. Auch bei der Verbesserung und Vereinfachung der Prozesskontrolle sehen wir weiterhin Optimierungsbedarf. Hier sind wir mit der photometrischen Analysenmethode zur Konzentrationsbestimmung schon auf einem sehr guten Weg, wollen diese aber noch anwenderfreundlicher gestalten.

SurTec International GmbH, Bensheim, Peter Volk, Tel. +49 6251 171-760, pv@surtec, www.SurTec.com

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