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Metalllackierung

Vorbehandeln & Entlacken, Metalllackierung: 03.08.2012

Auf Vorbehandlung und Material achten

Nichtrostende Stähle zeichnen sich durch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit aus. Sollte aus optischen oder technischen Gründen eine Beschichtung zum Einsatz kommen, muss der Oberflächenvorbehandlung besondere Beachtung geschenkt werden, um eine gute Haftung zu gewährleisten. Zudem ist eine genaue Auswahl der Grundbeschichtung notwendig, um Korrosionsangriffe zu vermeiden.

Die Werkstoffauswahl von nichtrostenden Stählen als Konstruktionswerkstoff erfolgt hauptsächlich aufgrund der – eine korrekte Werkstoffauswahl, Konstruktion und fachgerechte Verarbeitung vorausgesetzt – sehr guten Korrosionseigenschaften. Beschichtungen an nichtrostenden Stählen sind aus Korrosionsschutzgründen üblicher Weise nicht vorgesehen, können aber aus optischen oder technischen Gründen zum Einsatz kommen. Bei einzelnen sehr speziellen Anwendungen werden nichtrostende Stähle aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften als Konstruktionswerkstoff verwendet. Hier kann nicht immer sichergestellt werden, dass auch die Legierungszusammensetzung auf die Anforderungen des Korrosionsschutzes abgestimmt wird. Dies ist z.B. bei speziellen Booten und Schiffen der Deutschen Marine der Fall: Die Schiffshülle und weitere Struktur- und Anbauteile bestehen aus amagnetischem, austenitischen nichtrostenden Stahl (Werkstoff-Nr. 1.3964). Hintergrund für die Werkstoffwahl sind Sicherheits- und Signaturgründe. Durch die amagnetischen Eigenschaften beeinflussen diese Schiffe das natürliche Magnetfeld nicht und können damit schlechter lokalisiert werden. Der Werkstoff ist allerdings nur bedingt korrosionsbeständig in Meerwasser und muss daher mit einer Beschichtung geschützt werden.

Die richtige Vorbehandlung

Wesentliche Unterschiede bei der Beschichtung von nichtrostenden Stählen und un- bzw. niedriglegierten Stählen bestehen in der Vorbehandlung. Für die Vorbehandlung – zum Entfernen von Verunreinigungen aus den Herstellungsprozessen und zum Aufrauen der Oberfläche – eignen sich z.B. Strahlverfahren. Um eine Kontamination auf der Oberfläche zu vermeiden, darf das Strahlen nichtrostender Stählen nur mit ferritfreiem Strahlgut erfolgen. Der Anteil von ferritischem Eisen im Strahlgut sollte 0,1% nicht überschreiten. Verwendete Werkzeuge wie Bürsten, Spachtel, Schaber sowie Schleifmittel müssen aus nichtrostendem Stahl oder nichtmetallischen Materialien hergestellt sein. Eine gleichzeitige Verwendung für ferritische Stähle und nichtrostende Stähle ist auszuschließen (Schwarz-Weiß-Trennung). Zum Entfernen von Anlauffarben eignen sich außerdem salzsäurefreie Beizprozesse. Dabei ist auf ein gründliches Spülen mit Frischwasser zu achten. Um eine ausreichende Haftfestigkeit der Grundbeschichtung sicherzustellen, sollte die durch mechanische Bearbeitung erzielte Rautiefe Rz etwa 30 bis 45 µm betragen und die Oberfläche möglichst feinkantig sein. Nicht zu beschichtende Flächen sollten nicht gestrahlt werden. Unzureichende Vorbehandlung und Rauheit können zu frühzeitigen Beschichtungsschäden und Spaltkorrosion führen. Für alle Beschichtungsarbeiten sollten qualitativ hochwertige Beschichtungsstoffe verwendet werden, da diese in der Regel auch die längste Schutzdauer sicherstellen. Durch hohe Lohnkosten und die oftmals beschränkte Zugänglichkeit von Oberflächen lohnen sich diese Systeme gegenüber günstigeren Stoffen, die in kürzeren Abständen erneut appliziert werden müssen.

Geeignete Beschichtungsstoffe

Als Grundbeschichtung für nichtrostende Stähle eignen sich 2K-Beschichtungen mit aktiven Korrosionsinhibitoren. Für Marineanwendungen hat sich sowohl im Unterwasser- als auch Überwasserbereich und für Decksaufbauten eine zinkstaubhaltige 2K-Epoxidharz- Beschichtung bewährt. Sie wird nach der Oberflächenvorbehandlung mittels Airless-Spritzen mit einer Trockenschichtdicke von 50 μm aufgetragen. Mittels eines anodisch wirkenden Korrosionsschutzpigments wie Zink kann das Risiko für Spaltkorrosion und Unterwanderung der Beschichtung minimiert werden. Dies gilt bereits für niedrigzinkhaltige Grundierungen (65-80% Zn). Für warmgehende Bauteile ist allerdings zu beachten, dass es bei der Verwendung von Zink in Verbindung mit nichtrostenden Stählen zu flüssigmetallinduzierter Spannungsrisskorrosion kommen kann. Folgebeschichtungen sind erforderlich, wenn Mindestschichtdicken gefordert werden, die von der Grundbeschichtung und der Deckbeschichtung allein nicht erfüllt werden können. Für die Folgebeschichtungen auf nichtrostendem Stahl gelten die gleichen Vorgaben und Bestimmungen wie für Beschichtungen von üblichem Kohlenstoffstahl.

Mischkonstruktionen vermeiden

Werden nichtrostende Stähle in Verbindung mit unlegierten Stählen verbaut, spricht man von Mischkonstruktionen. Bei diesen Konstruktionen besteht die Gefahr von Bimetallkorrosion. Hierbei stellen die Kohlenstoffstähle den Bereich der Metallauflösung (Anode) dar und an der Oberfläche des nichtrostenden Stahls läuft die Sauerstoffreduktion (Kathode) ab. Bei intakten Beschichtungen auf dem Kohlenstoffstahl stellt diese Konstruktion kein Problem dar. Kommt es allerdings zu Beschädigungen in der Beschichtung oder liegen Schwachstellen wie "Pin Holes" oder Bereiche mit mangelnder Haftung vor, lösen sich diese lokal verstärkt auf und die Beschichtung wird ausgehend von

Loch- & Spaltkorrosion

Lochkorrosion wird an passiven nichtrostenden Stählen vornehmlich durch Chloride (Cl-) in wässrigen Lösungen initiiert. Diese werden im ersten Schritt örtlich verstärkt in Bereichen sulfidischer und oxidischer Matrixeinschlüsse adsorbiert. Im weiteren Verlauf beeinflussen die Chloride die Passivschichtstabilität wodurch es lokal zu signifikanter Metallauflösung und letztendlich zu Lochkorrosion kommt. Spaltkorrosion an nichtrostenden Stählen ist als Lochkorrosion in Spalten zu verstehen. Auch bei dieser Korrosionsart müssen Chloride im Medium vorhanden sein. Spalte können konstruktionsbedingt, z.B. Flansche oder Schraubverbindungen, sowie durch Ablagerung, Schmutz oder nicht fachgerecht applizierte Beschichtungen entstehen. Kritische Spaltbreiten liegen im Bereich bis 1 mm. Durch unterschiedliche Elektrolytzustände zwischen frei zugänglichen Oberflächen und dem Spalt laufen die kathodischen und anodischen Teilreaktionen örtlich getrennt voneinander ab. Im an Sauerstoff verarmten Spaltbereich läuft vornehmlich die Metallauflösung ab, da für diese die Anwesenheit von Sauerstoff nicht notwendig ist. An der Werkstoffoberfläche können die im Spalt entstehenden freien Elektronen verbraucht werden. Man spricht in diesem Fall auch von einem Belüftungselement. Durch eine Hydrolyse-Reaktion sinkt der pH-Wert im Spalt wodurch die Korrosionsgeschwindigkeit deutlich beschleunigt wird.

dieser Stelle zerstört. Da bei Beschichtungen grundsätzlich mit Fehlstellen gerechnet werden muss, empfiehlt es sich nicht nur die anodischen Bereiche (unlegierter Stahl) sondern auch die kathodischen Bereiche (nichtrostender Stahl) zu beschichten. Durch Reduzierung der verfügbaren Kathodenfläche wird die Gefahr von Lokalkorrosion unterhalb der Beschichtungsschäden minimiert. 

links: Beschichtung auf 1.3964 mit definierter Ritzverletzung bis zum Grundmaterial, nach einjähriger Auslagerung in Meerwasser keine Korrosion/Unterwanderung erkennbar; rechts: Beschichtung durch Beizen entfernt; Beschichtungsaufbau: 40 μm hochzinkhaltige 2K-Epoxy-Grundbeschichtung, 250 μm 2K-Epoxy-Barriereschicht, 50 μm 2K-Epoxy-Beschichtung modifiziert (Sealer), 150 μm Antifouling-Beschichtung.

links: Beschichtung auf 1.3964 mit definierter Ritzverletzung bis zum Grundmaterial, nach einjähriger Auslagerung in Meerwasser keine Korrosion/Unterwanderung erkennbar; rechts: Beschichtung durch Beizen entfernt; Beschichtungsaufbau: 40 μm hochzinkhaltige 2K-Epoxy-Grundbeschichtung, 250 μm 2K-Epoxy-Barriereschicht, 50 μm 2K-Epoxy-Beschichtung modifiziert (Sealer), 150 μm Antifouling-Beschichtung.

links: Beschichtung auf 1.3964 mit definierter Ritzverletzung bis zum Grundmaterial, nach einjähriger Auslagerung in Meerwasser Korrosion und Unterwanderung deutlich erkennbar; rechts: zur besseren Auswertbarkeit Beschichtung durch Beizen entfernt Beschichtungsaufbau: 250 μm 2K-Epoxy-Barriereschicht, 50 μm 2K-Epoxy-Beschichtung modifiziert (Sealer), 150 μm Antifouling-Beschichtung.  Quelle (zwei Fotos): Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe

links: Beschichtung auf 1.3964 mit definierter Ritzverletzung bis zum Grundmaterial, nach einjähriger Auslagerung in Meerwasser Korrosion und Unterwanderung deutlich erkennbar; rechts: zur besseren Auswertbarkeit Beschichtung durch Beizen entfernt Beschichtungsaufbau: 250 μm 2K-Epoxy-Barriereschicht, 50 μm 2K-Epoxy-Beschichtung modifiziert (Sealer), 150 μm Antifouling-Beschichtung. Quelle (zwei Fotos): Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe

Wehrwissenschaftliches Institut für Werk- und Betriebsstoffe, Erding, Gerd Eich, Tel. +49 8122 9590-3668, gerdeich@bwb.org, www.bwb.org

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