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04.12.2020

Metalllackierung

Metalllackierung, Mess- & Prüftechnik: 01.10.2013

Oberflächen nachhaltig schützen

Die Formulierung von Grundierungen mit nanoskaligen Korrosionsschutzpigmenten und die Anwendung praxisnaher Testmethoden, wie dem neuen VDA-Wechseltest für zyklische Korrosionsprüfungen, sollten es zukünftig ermöglichen, die Standzeiten von Schutzbeschichtungen wesentlich zu verlängern.

Die Abbildung zeigt die schematische Modellvorstellung (1, oben) und die erhaltenen REM-Querschnitte (2, unten) des konventionellen (a, links) und des nanoskaligen (b, rechts) Korrosionsschutzpigments in einer Grundbeschichtung.Quelle: Fraunhofer IPA

Die Abbildung zeigt die schematische Modellvorstellung (1, oben) und die erhaltenen REM-Querschnitte (2, unten) des konventionellen (a, links) und des nanoskaligen (b, rechts) Korrosionsschutzpigments in einer Grundbeschichtung.Quelle: Fraunhofer IPA

Aufgrund der enormen wirtschaftlichen Bedeutung des Korrosionsschutzes in den Industrienationen besteht weltweit der dringende Bedarf nach praxisnahen wirksamen Konzepten, welche einen nachhaltigen Schutz ermöglichen, jedoch die Umwelt und Ressourcen schonen. Die angeführten Aspekte treffen z.B. insbesondere für Stahlbauten bei der Deutschen Bahn zu. Bei Epoxidharz/Polyurethan-Systemen auf Brücken geht man bei der Deutschen Bahn üblicherweise von einer Standzeit der Korrosionsschutzbeschichtung von 25 Jahren bis zu einer Teilerneuerungsmaßnahme aus. Nach weiteren 20 Jahren, d.h. insgesamt nach 45 Jahren, wird in der Regel eine Vollerneuerung durchgeführt. Je nach Belastung können auch zu einem früheren Zeitpunkt Ausbesserungsmaßnahmen für Schadstellen erforderlich werden, wobei dann der komplette Mehrschichtaufbau, bestehend aus einer Epoxidharzbeschichtung, einer optionalen Zwischenbeschichtung und einer Decklackschicht, mit einer Gesamtschichtdicke von 320 µm, über der Defektstelle aufzubringen ist. Im Bereich der Deutschen Bahn werden zum Korrosionsschutz standardgemäß Zinkphosphate mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von mehreren Mikrometern in Epoxidbeschichtungen eingesetzt. Standard-Korrosionsschutzpigmente in Grundierungen können unter bestimmten Bedingungen durch effektivere Nanokorrosionsschutzpigmente auf der Basis von Zinkphosphaten ersetzt werden. In Verbindung mit aktuellen Testmethoden, wie dem neuen VDA-Wechseltest VDA 233-102, welche praxisnah unterschiedliche Belastungen simulieren, können Schutzbeschichtungen mit wesentlich verlängerten Standzeiten ermöglicht werden.

INFO
Mit dem neuen VDA-Wechseltest kann die Korrosionsausprägung an Multi-Metall-Substraten in guter Übereinstimmung mit der Freibewitterung und deutlich verkürzten Zeiten bestimmt werden. Der zunehmende Einsatz von verzinktem Stahl und Aluminiumwerkstoffen aus Gründen des Korrosionsschutzes verlangt eine ebenso zuverlässige wie zeitgeraffte Laborprüftechnik für den Korrosionsschutz. Am Fraunhofer IPA wird der neue VDA-Test mit einer automatisierten Prüfanlage durchgeführt.

Neuartige Testmethoden

Das Fraunhofer IPA beschäftigt sich seit einigen Jahren intensiv sowohl materialseitig mit der Verbesserung des Korrosionsschutzes, als auch mit neuartigen Testmethoden, welche eine praxisgerechte Belastung der Beschichtungen ermöglichen. Die mit den einzelnen Belastungen aufgetretenen Schädigungen werden nachträglich charakterisiert und die hierdurch gewonnenen Erfahrungen in zukünftige Schutzkonzepte integriert. Um einen möglichst effizienten Korrosionsschutz durch aktive Korrosionsschutzpigmente zu erreichen, muss sowohl die Freisetzung von aktiven Spezies, als auch deren Transport zur zu schützenden Metalloberfläche betrachtet werden.
In der vorliegenden Studie des Fraunhofer IPA wurden konventionell erhältliche Korrosionsschutzpigmente auf Basis von Phosphaten durch Vermahlung in nanoskalige Äquivalente überführt, um den Einfluss der Partikelgröße auf die Effizienz und den Mechanismus des Korrosionsschutzes auf Stahl zu untersuchen. Mithilfe von REM-Querschnittsanalysen konnte nun, wie in der Abbildung dargestellt ist, bewiesen werden, dass die kleineren Partikel sich dichter an die Stahloberfläche annähern. Thermozyklische Kurzzeittests, kombiniert mit elektrochemischen Methoden, wie auch Freibewitterungen auf Helgoland, bestätigten, dass sich nanoskalige Korrosionsschutzpigmente in Grundierungen vorteilhaft auf einen effizienten Korrosionsschutz von Metallen auswirken. Die Ergebnisse lassen insgesamt den Schluss zu, dass die effizienteren Korrosionsschutzeigenschaften nanoskaliger Pigmente im Wesentlichen auf eine bessere Verfügbarkeit von aktiven Spezies in der Nähe der Metalloberfläche und auf ein schnelleres und effektiveres Release-on-Demand-Verhalten zurückgeführt werden können. Mit modernen zyklischen Korrosionsprüfungen, wie dem neuen VDA-Wechseltest, kann darüber hinausgehend eine zeitgeraffte Laborprüfung durchgeführt werden, die sich an wichtigen realen Belastungsszenarien orientiert. Damit lassen sich zuverlässige Erkenntnisse über die Schutzwirkung und Schutzdauer der Beschichtung im Vorfeld des Praxiseinsatzes gewinnen.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, Dr. Michael Hilt, Tel. +49 711 970-3820, michael.hilt@ipa.fraunhofer.de, Dr. Marc Entenmann, Tel. +49 711 970-3854, marc.entenmann@ipa.fraunhofer.de, Dr. Ulrich Christ, Tel. +49 711 970-3861, ulrich.christ@ipa.fraunhofer.de, www.ipa.fraunhofer.de

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