Neue Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Edelstahl

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1 Neue Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Edelstahl Edelstahl veredeln Siegfried Pießlinger-Schweiger POLIGRAT GmbH Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 1 von 43

2 Inhalt 1. Grundlagen 2. Korrosionsbeständigkeit 3. Biobeize und -passivierung 4. Reinigung, Instandhaltung, Sanierung 5. Zusammenfassung und Schlussfolgerung Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 2 von 43

3 6 Kriterien für Entwicklungen 1. Verbesserung von Technik und Funktion 2. Kosteneinsparung 3. Erweiterung des Anwendungspotenzials 4. Umweltverträglichkeit 5. Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung 6. Sicherheit Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 3 von 43

4 1. Grundlagen Neue Wege zum alten Ziel Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 4 von 43

5 Das Ziel: Von Legierung und Gefüge unabhängig optimierbare Korrosionsbeständigkeit durch nachträgliche Oberflächenbehandlung. Die gegenwärtige Situation: Der Kunde will Der Lieferant bietet Korrosionsbeständigkeit sowie Funktionalität, Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit. Legierung und Gefüge. Für die Korrosionsbeständigkeit leistet er explizit keine Gewähr. Das Dilemma: Die Korrosionsbeständigkeit wird als Sekundäreigenschaft von Legierung und Gefüge und somit als gegeben und unveränderbar wahrgenommen. Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 5 von 43

6 Wie funktioniert Edelstahl? Edelstahl ist ein Verbundwerkstoff bestehend aus metallischer Basis und oxidischer Deckschicht (Passivschicht) ähnlich, wie Aluminium und Titan. Die metallische Basis besteht aus Legierung und Gefüge. Sie bestimmt mechanische und elektrische Eigenschaften Sie liefert die Metalle zur Bildung der Passivschicht Die Passivschicht besteht im Wesentlichen aus Oxiden von Chrom und Eisen. Sie enthält auch metallisches Chrom und Eisen, ggf. Nickel und Molybdän. Ihre Dicke beträgt ca nm Sie ist ein Halbleiter (Elektronenleiter), bei Al und Ti ein Nichtleiter Sie allein liefert die Korrosionsbeständigkeit Wie funktionieren Passivschichten wirklich? Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 6 von 43

7 2. Korrosionsbeständigkeit Keine Wirkung ohne Ursache Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 7 von 43

8 Bekannte Fakten Korrosionsbeständig ist nur die Passivschicht. Verletzungen der Passivschicht führen lokal zu Korrosion an der metallischen Basis (Lochfraß, Spannungsrisskorrosion, Fremdkorrosion, Spaltkorrosion, Kontaktkorrosion etc.) Die Passivschicht entsteht durch natürliche Oxidation von Chrom und Eisen aus dem Basismetall mit Sauerstoff aus der Umgebung. Das Chrom/Eisen- Verhältnis liegt, je nach Legierung und Oberflächenzustand, bei 0,8 bis 2,0. Chromoxid erhöht, Eisenoxid verringert die Korrosionsbeständigkeit. Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 8 von 43

9 2 Verfahren zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit Bei Al- und Ti-Oxiden als Nichtleiter genügt die Erhöhung der Schichtdicke durch Anodisieren, die Passivschichten auf Edelstahl unterliegen dagegen den Gesetzen der Halbleiterphysik. Ein Weg: Erhöhung der Konzentration von Chromoxid gegenüber Eisenoxid in der Passivschicht. 1. Stand der Technik: Verringerung der Eisenkonzentration im Basismetall durch Erhöhung der Zuglegierung von Chrom und ggf. Nickel. Bewertung: Indirektes Verfahren, hoher Materialeinsatz, mäßige Wirkung 2. Neues Verfahren: 1. Selektive Verringerung der Eisenkonzentration in bestehenden Passivschichten ohne Einfluss auf das Basismetall (POLINOX Protect) 2. Optimierung der Struktur der Passivschicht (POLINOX Protect TC) Bewertung: Direktes Verfahren, geringerer Materialeinsatz, stärkere Wirkung Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 9 von 43

10 POLINOX Protect (1) POLINOX Protect ist eine wässrige, organische, biologisch abbaubare, ungiftige Flüssigkeit ohne Mineralsäuren. POLINOX Protect wird stromlos durch Tauchen, Sprühen oder Wischen angewandt. Die Behandlungszeit beträgt 3-4 Stunden. POLINOX Protect enthält im Wesentlichen eine spezielle Kombination von Chelatund Komplexbildnern. POLINOXProtect entfernt Eisenoxide und freies Eisen aus bestehenden Passivschichten und erhöht das Cr/Fe-Verhältnis auf Werte von 6-8. POLINOX Protect verbessert deutlich die Beständigkeit gegen alle Formen der Korrosion. Die Beständigkeit gegen thermische Verfärbung steigt um ca. 150 C. Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 10 von 43

11 POLINOX Protect (2) Die Behandlung kann auf jedem Finish erfolgen. POLINOX Protect greift den Basiswerkstoff nicht an. Bei Cr-Gehalten unter 15% müssen Temperatur und Konzentration angepasst werden. Die Temperaturen liegen bei 20 C 80 C. Höhere Temperaturen verbessern die Wirkung. Die Behandlungsdauer beträgt 3-4 Stunden. Voraussetzung zur Anwendung ist die Existenz einer Passivschicht. Die Konzentration von Eisen in POLINOX Protect bleibt deutlich unter den gesetzlichen Grenzwerten bei einem ph-wert von ca. 4. Andere Schwermetalle sind nicht enthalten. Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 11 von 43

12 POLINOX Protect TC POLINOX Protect TC besteht aus einer Tauchbehandlung mit POLINOX Protect, gefolgt von einer gezielten Wärmebehandlung. Die Dauer der Wärmebehandlung beträgt 5-10 Minuten bei 140 C C, je nach Legierung und Gefüge. POLINOX Protect TC optimiert die Struktur der Passivschicht. POLINOX Protect TC bildet eine zusätzliche Deckschicht auf der Chromoxidschicht. POLINOX Protect TC verbessert nochmals erheblich die Korrosionsbeständigkeit. Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 12 von 43

13 Struktur der Passivschicht - im Ausgangszustand Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 13 von 43

14 Struktur der Passivschicht - behandelt mit POLINOX Protect Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 14 von 43

15 Struktur der Passivschicht - behandelt mit POLINOX Protect TC Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 15 von 43

16 Chrom-Eisen Verhältnis bei Werkstoff abhängig von der Oberflächenbehandlung Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 16 von 43

17 Vergleich des Lochfraßpotenzials auf Edelstahl Oberfläche geschliffen K 240 Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 17 von 43

18 Inkubationszeit für Spannungsrisskorrosion bei Werkstoff in 62%-iger CaCl 2 x 2H 2 O-Lösung bei 120 C (Stunden) unbehandelt Protect TC Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 18 von 43

19 Karosserie Rolls Royce Cabrio, teilweise gefertigt aus Edelstahl Wst.Nr mit gebürsteter Oberfläche und passiviert mit POLINOX Protect Seit 5 Jahren ist weder an Außen- noch Rückseite Korrosion aufgetreten Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 19 von 43

20 Rückseite der Motorhaube mit Spalten und Punktschweißungen Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 20 von 43

21 Motorhaube vor Einbringen in POLINOX Protect Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 21 von 43

22 Elektropolierte Angelhaken aus Werkstoff korrodierten in Meerwasser nach weniger als 25 Stunden im Salzsprühtest Nach Behandlung mit POLINOX Protect TC überstanden sie 500 h Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 22 von 43

23 3. Biobeize und -passivierung und es geht doch Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 23 von 43

24 POLINOX Protect wirkt als Passivierung und gleichzeitig auch als nicht abtragende Beize POLINOX Protect wandelt Zunder und Anlauffarben durch Entfernen der Eisenoxide in wirksame Passivschichten beseitigt Eisenkontamination und Fremdrost beseitigt Lokalelemente POLINOX Protect wirkt ohne Veränderung des Oberflächenfinish ohne Probleme bei Mischkonstruktionen ohne Spaltkorrosion durch eingedrungene Beizsäure Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 24 von 43

25 Werkstoff mit Schweißnaht zur Hälfte behandelt mit POLINOX Protect über 3 Stunden Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 25 von 43

26 Werkstoff mit Schweißnaht, vor und nach der Behandlung mit POLINOX Protect für 3 Stunden bei 70 C Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 26 von 43

27 Vergleich des Lochfraßpotenzials auf Grundwerkstoff, Wärmeeinflusszone und Schweißnaht auf Werkstoff bei ppm Chlorid Oberfläche Wärmeeinflusszone Schweißnaht kalt gewalzt unbehandelt gebeizt + passiviert Protect Protect TC Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 27 von 43

28 Unterschiedliche Beizverfahren auf Werkstoff mit Schweißnaht. Die untere Hälfte ist gebeizt. Darunter Auflichtaufnahmen der Oberflächenstruktur HF / H 2 O 2 no removal (60 min, HF < 1%) HF / H 2 O 2 with removal (15 min, HF ~ 2%) POLINOX Protect (3) / Protect TC (4) HF / HNO 3 with removal (10 min, HF ~ 3%) HF/H 2 SO 4 /H 2 O 2 with removal (10 min, HF ~ 3%) a thousandfold a thousandfold a thousandfold a thousandfold a thousandfold Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 28 von 43

29 Lochfraßbeständigkeit im Schweißnahtbereich Werkstoff kalt gewalzt, blank geglüht (mv vs. AgAgCl) Grundwerkstoff Wärmeeinflußzone Schweißnaht Beize ohne Abtrag Beize mit Abtrag Polinox Protect Protect TC Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 29 von 43

30 4. Reinigen, Instandhalten, Sanieren Aus dem Hause, aus dem Sinn - und der Kunde? Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 30 von 43

31 Protect Cleaner Reinigen ermöglicht die Wiederherstellung der Korrosionsbeständigkeit bei gleichzeitiger Beseitigung von Korrosionsprodukten, Kalkablagerungen und anderen Verunreinigungen ist speziell geeignet zur Anwendung bei Raumtemperatur vor Ort ist ungiftig und frei von Detergenzien entwickelt keine Dämpfe oder störende Gerüche Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 31 von 43

32 Oberhalb des Wasserspiegels korrodierte Schwimmbadtreppe Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 32 von 43

33 Reinigen und Passivieren von Teilen aus einem Schwimmbad Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 33 von 43

34 Gereinigte und restaurierte Oberflächen Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 34 von 43

35 Instandhalten Eine wiederkehrende, regelmäßige Anwendung von POLINOX Protect erhält die Korrosionsbeständigkeit oftmals unter Bedingungen, für die der Werkstoff sonst nicht langzeitbeständig ist. Die Anwendung greift andere Werkstoffe wie Glas, Kunststoff, niedrig legierte Armaturen und Dichtungen nicht an. Einige erprobte Anwendungen: Fassaden, Brücken, Straßenmöblierung, Solartechnik In Produktionsanlagen (Pharma-, Chemie-, Lebensmitteltechnik) Geländer in Meeresnähe, Schiffbau und Schwimmbäder Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 35 von 43

36 Sanieren Korrodierte Edelstahloberflächen werden mittels POLINOX Protect von den Korrosionsprodukten gereinigt, gleichzeitig wird die Korrosionsbeständigkeit wieder hergestellt. Korrosionsmarken bleiben sichtbar. Chloridbelastete Oberflächen können direkt ohne vorheriges Beizen saniert werden. Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 36 von 43

37 Befestigungen für Solarpaneele aus Edelstahl W.St korrodieren bereits während des Transports aus China. Eine Sanierung mit POLINOX Protect TC bringt die geforderte Langzeit-Korrosionsbeständigkeit Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 37 von 43

38 Pharmaanlage, Werkstoff , elektropoliert, mit durch Chlorid induziertem Lochfraß. Sanierung durch lokales Ausschweißen und Verschleifen der Schadstellen, gefolgt von Behandlung der gesamten Oberfläche mit POLINOX Protect. Seit 3 Jahren keine Korrosion unabhängig vom Finish. Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 38 von 43

39 Zusammenfassung POLINOX Protect und POLINOX Protect TC verbessern die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl vergleichbar zu höher legierten Qualitäten. Der Oberflächenfinish bleibt erhalten. Die Behandlung kann vielfach Beizen ersetzen. Behandlung von neuen und korrodierten Oberflächen. Lokale Beschädigungen repassivieren auf Umgebungsniveau. Ungiftig und ohne Schwermetalle im Abwasser. Keine gesetzlichen Beschränkungen für die Anwendung auch vor Ort. Die Behandlung ist einfach, kostengünstig und zuverlässig. Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 39 von 43

40 Schlussfolgerung Korrosionsbeständigkeit und mechanische Eigenschaften von Edelstahl können getrennt optimiert werden (Surface Engineering). Dies ermöglicht die Wahl von Werkstoffen mit höherer Festigkeit, geringerem Gewicht und geringeren Kosten. Oberflächenbehandlung ohne behördliche Auflagen und aufwändige Sondereinrichtungen. Sanierung korrodierter Oberflächen Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 40 von 43

41 6 Kriterien für Entwicklungen Erfüllungsgrad 1. Verbesserung von Technik und Funktion Kosteneinsparung Erweiterung des Anwendungspotenzials Umweltverträglichkeit Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung Sicherheit ++++ Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 41 von 43

42 Ein Weg aus dem Dilemma Optimierung der Korrosionsbeständigkeit entkoppelt von der Legierung der Lebensdauer durch erhöhte Korrosionsbeständigkeit, wiederkehrende Pflege, Instandhaltung und Sanierung mit dem Vorteil von langfristiger Kundenbindung und zusätzlicher Wertschöpfung durch Aftersales Service als abgrenzendes Wettbewerbsmerkmal höherer Flexibilität bei Einsatzbedingungen, Werkstoffwahl und Kosten Umwelt und Ressourcen schonender Fertigung Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 42 von 43

43 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Siegfried Pießlinger-Schweiger Seite 43 von 43