Was ist eine Pulverbeschichtung?

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1 Pulverbeschichtung und Korrosionsschutz ein Widerspruch? Dr. Anton Grünberger OFI / Wien Oktober 2015 Inhalt Was ist eine Pulverbeschichtung? Substrate, Pulverlack, Oberflächenvorbereitung bzw. - vorbehandlung, Applikation, Einbrennvorgang, Eigenschaften Normen, Richtlinien Zusammenfassung 1

2 Zur Person Chemiestudium UNI Wien mit Schwerpunkt Analytik und Elektrochemie (Korrosion von Reifenstahlcorden) Studium an der TU Wien mit Schwerpunkt organische Technologie (Beschichtungsstoffe) Seit 1993 im OFI (akkreditiertes Prüfinstitut) mit Schwerpunkt Oberflächenanalytik, Schadensbeurteilung Seit 1999 Allgemein beeideter und gerichtlich zertifizierter Sachverständiger (u.a. für Beschichtungsstoffe, Oberflächen- und Korrosionsschutz durch Beschichtungen) Seit 2000 Leiter des OFI Lackinstitutes Seit 2003 Gutachter für die DACH, DGA bzw. DAkkS Seit 2004 Gutachter für die GSB International in Österreich, Tschechien und Ungarn Seit 2010 Beschichtungsinspektor nach FROSIO (level III) Mitarbeit in diversen Normengremien, Fachvorträge im In- und Ausland, Publikationen Forensische Lackanalytik bei KFZ Bei Fragen bzw. für weiterführende Informationen: Tel.: ; Was ist eine Pulverbeschichtung - Substrate Substrate: leitende bzw. leitend zu machende Werkstoffe: -> Metalle: Aluminium, Stahl, verzinkter Stahl MDF-Platten, temperaturstabile Kunststoffe, wie z.b. Skibindungen Bei den Bedingungen der Vorbehandlung bzw. dem Einbrennvorgang (Objekttemperatur: ca. 20 Minuten bei 190 C): temperaturstabil 2

3 Was ist eine Pulverbeschichtung - Pulverlack Woraus besteht ein Pulverlack: Harze (Polyesterharz, Epoxidharz, Acrylate, etc) Härter (Vernetzer) Pigmente Ergänzungsstoffe Additive und Verarbeitungshilfsmittel Gemäß RVS: Stoff-Nr.: 16: 45-80% Bindemittelanteil Stoff-Nr.: 17: 60-80% Bindemittelanteil z.b. Harz z.b. Härter z.b. Blaupigment z.b. Ergänzungsstoff Was ist eine Pulverbeschichtung - Pulverlack Mischen Einwaage Vermahlen Extrusion 3

4 Was ist eine Pulverbeschichtung - Pulverlack Was ist eine Pulverbeschichtung - Pulverlack Vormischung Extruderdüse Kühlband Chipsbehälter 4

5 Was ist eine Pulverbeschichtung Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Chemische Verfahren für Stahl: Eisenphosphatierung Zinkphosphatierung Chromatieren für verz. Stahl (Silanisierung) Chemische Verfahren für Aluminium: Grün- und Gelbchromatieren chromfreie Vorbehandlung Voranodisieren Im Tauch- bzw. Spritzverfahren bzw. Kombination anwendbar Mechanische Verfahren für Stahl: Mechanische Verfahren für Aluminium: Strahlen Schleifen Sweepen für verz. Stahl Schleifen u. wischentfetten In der Regel ist das Fassungsvermögen der chemischen Vorbehandlung bzw. das Gehänge der limitierende Faktor für die Größe der Bauteile, die beschichtet werden können; mir für Österreich bek. Pulverbeschichtung mit max.: L=13m / T=2,5m / H=3,6m / G=3000kg Was ist eine Pulverbeschichtung Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung CHEMIE Zusammensetzung Konzentration TEMPERATUR Schmelzpunkt Befettung Reaktionsgeschwindigkeit Antrocknungszeit ANWENDUNG ZEIT Behandlungsdauer Tauchen / Spritzen Spülvorgänge danach 5

6 Was ist eine Pulverbeschichtung Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Einkation- Zinkphosphatierung Hier erwirkt man durch eine hohe Konzentration an Zink-Kationen und niedrigem Phosphatgehalt die Bildung zinkreicher kristalliner Phosphatschichten. Die Konversionsschicht besteht dann hauptsächlich aus: Zinkphosphaten Zn3(PO4)2 4H2O - Hopeit Was ist eine Pulverbeschichtung Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Entfetten alleine erzeugt keine qualitativ gute Grundlage für eine hervorragende Oberfläche. Entfernen der natürlichen Oxidschicht auf Aluminium Aktivierung der Oberfläche für nachfolgende chemische Schichtaufbauten. Erzeugung einer gleichmäßigen Oberfläche mit optisch gutem Aussehen 6

7 Was ist eine Pulverbeschichtung Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Filiformkorrosion auffällige und bizarre Form der Metallkorrosion auf beschichteten Stahlteilen schon länger bekannt auf Aluminium zuerst im Flugzeugbau aufgetreten, im Bauwesen wurde man vor ca. 30 Jahren zuerst in Küstengebieten auf sie aufmerksam betroffen sind besonders Gebiete am Meer und Orte mit industriell belasteter Luft -> Was ist eine Pulverbeschichtung Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Aluminium - die gebräuchlichsten Konversionsverfahren Grün- und Gelbchromatierung Chromfreie Vorbehandlung Voranodisierung (ca. 3-8µm 7

8 Was ist eine Pulverbeschichtung Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Korrosionsschutz von Aluminium Was kann erreicht werden? fluoridhaltige Eisenphosphatierung Titan/ Zirkon Rinse Grünchromatierung Titan/ Zirkon + Polymer Gelbchromatierung Voranodisation Innenanwendung 1000h AASS U < 4mm 2000h AASS U< 4mm 1000h AASS U< 1mm 1000h FFK F 0,3 Wichtige Voraussetzungen: gute Vorreinigung gute Spülqualitäten Beizabtrag 1 g/m 2, Seaside 2 g/m 2 wichtig gegen Filiformkorrosion: geringe Konzentration an Fremdmetallionen Qualität des Aluminiumsubstrates 1000h AASS U< 1mm 1000h FFK F 0,10 Was ist eine Pulverbeschichtung Oberflächenvorbereitung bzw. -vorbehandlung Gelbchromatierung: Grünchromatierung: Bild: Schichtgewichte 0,4; 0,6; 0,8 und 0,9 g/m 2 Bild: Schichtgewicht 0,5; 0,8 und 1,1 g/m 2 Chromfreie Vorbehandlung (transparent): typische Schichtgewichte: 1 bis 100mg/m 2 Voranodisation: Schichtdicke ca. 8 bis 10µm; nicht gesealt!!! 8

9 Was ist eine Pulverbeschichtung Applikation Applikation händisch: Was ist eine Pulverbeschichtung Applikation Applikation automatisch horizontal bei einer Fördergeschwindigkeit von bis ca. 1,2 m/min 9

10 Was ist eine Pulverbeschichtung Applikation Applikation automatisch vertikal: Was ist eine Pulverbeschichtung Ablauf Stückgut im Lager Aufhängung nasschemische Vorbehandlung 10

11 Was ist eine Pulverbeschichtung Ablauf Haftwassertrocknung Beschichtungskammer Beschichten Was ist eine Pulverbeschichtung Ablauf Einbrennofen Abkühlen und Endkontrolle Ofenkurve vom bzw

12 Was ist eine Pulverbeschichtung Eigenschaften Anodische Oxidation Pulverbeschichten Nassbeschichten Aluminium und Aluminiumwerkstoffe Aluminium und Aluminiumwerkstoffe Stahl Verzinkter Stahl Stahl Verzinkter Stahl Aluminium und Aluminiumwerkstoffe Bleche, Profile Bleche, Profile, Geländer v.a. großvolumige Teile Chem. Untergrundvorbeh. Chem. Untergrundvorbeh. Mechan. Untergrundvorbeh. Im Werk Im Werk Vor Ort, im Werk Ausbesserungen vor Ort unmöglich Ausbesserungen mit Nasslack machbar (Ausnahme stukturierte Flächen) Ausbesserungen machbar Wetterbeständigkeit Mechanische Beständigkeit Chemische Beständigkeit Was ist eine Pulverbeschichtung Anwendungen nach RVS (Pulverbeschichtungen auf Stahlkonstruktionen) P1A: Strahlen, Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stahl P1B: Oberflächenvorbehandlung und zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stahl P2A: Strahlen, Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stückverzinkung P2B: Oberflächenvorbehandlung und zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stückverzinkung Für verzinkte Bauteile: bis C4 hoch; für nicht verzinkte Bauteile: C3 hoch Quelle: RVS

13 Was ist eine Pulverbeschichtung Anwendungen nach RVS (Pulverbeschichtungen auf Stahlkonstruktionen) P1A: Strahlen, Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stahl P1B: Oberflächenvorbehandlung und zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stahl P2A: Strahlen, Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stückverzinkung P2B: Oberflächenvorbehandlung und zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Stückverzinkung Für verzinkte Bauteile: bis C4 hoch; für nicht verzinkte Bauteile: C3 hoch Quelle: RVS Was ist eine Pulverbeschichtung Anwendungen nach RVS (Aluminiumkonstruktionen) A1: Zweischichtige Pulverbeschichtung (80µm / 80µm) auf Aluminium mit Konversionsbehandlung oder Voranodisierung: A2: Dreischichtiger lösemittelhältiger Nassbeschichtungsaufbau (80/ 80/ 80µm) auf oberflächenvorbereitetem Aluminium A3: 25µm Eloxierung Quelle: RVS

14 Was ist eine Pulverbeschichtung Anwendungen nach IQC Quelle: IQC-Richtlinie / Internet Was ist eine Pulverbeschichtung Anwendungen nach IQC Ausgangssituation: ca. 10 µm verzinkte Profile Ablängen u. Bearbeiten Sweepen Schweißen und Verschleifen in den Ecken Wischentfetten (Waschbenzin) 2x Pulverbeschichten -> Ablösung der Beschichtung vom Substrat Erkenntnisse: (vorsichtiges) Sweepen mit kaum Materialabtrag bewirkt zwar eine Erhöhung der Rauheit aber Verschlechterung der Benetzbarkeit. Durch Wischentfetten konnten schichttrennend wirkende Substanzen nicht ausreichend entfernt werden! Nach 140 Stunden KW-Belastung Nach 140 Stunden NSS-Belastung 14

15 Was ist eine Pulverbeschichtung Anwendungen nach IQC Nach ÖNORM EN ISO : 480 h KW / 720 h NSS entspricht C5-I bzw. C5-M mittel :: RVS : C3 hoch Quelle: IQC-Richtlinie / Internet Was ist eine Pulverbeschichtung Anwendungen nach IQC Nach ÖNORM EN ISO : 480 h KW entspricht C5-I bzw. C5-M mittel Quelle: IQC-Richtlinie / Internet 15

16 Was ist eine Pulverbeschichtung Anwendungen nach IQC Quelle: IQC-Richtlinie / Internet Normen, Richtlinien (Auszug) ÖNORM EN (09/2004) (Pulverbeschichtung auf Aluminium) DIN (04/2009) Pendant zu ÖN EN ISO er DIN EN (11/2010) Industrielle Pulverbeschichtung von feuerverzinkten und sharadisierten Gegenständen aus Stahl (Duplex- Systeme) ÖNORM EN (12/2013) Pulverbeschichtungen für verzinkte oder sheradisierte Stahlerzeugnisse für Bauzwecke BS 6496 (Pulverbeschichtung auf Aluminium) BS 6497 (Pulverbeschichtung auf Stahl und bandverzinktem Stahl) RVS ; RVS , RVS (Pulverbeschichtungen auf Stahlkonstruktionen); RVS (Aluminiumkonstruktionen) 16

17 Normen, Richtlinien (Auszug) Farbtoleranzen VdL-Richtlinie 10 OFI Merkblatt 42: Pulverbeschichten auf feuerverzinkten Untergründen OFI Merkblatt 43: Visuelle Prüfung von pulverbeschichteten Aluminiumbauteilen im Hinblick auf optische Mängel Gütevorschriften für die Stückbeschichtung von Aluminium und bandverzinktem Stahl; Richtlinien des OFI (ZG 120) Internationale Qualitätsrichtlinien für die Beschichtung von Bauteilen aus Aluminium, GSB AL 631 Gütebestimmung GSB-International e.v. Gütezeichen "QUALICOAT": Richtlinien hinsichtlich der Beschichtung auf Aluminium durch Nass- und Pulverlackierung bei Architekturanwendungen Gütezeichen "QUALANOD" der EURAS/EWAA: Bestimmungen für anodisch erzeugte Oxidschichten auf Aluminium, die in der Architektur Verwendung finden VFF Merkblatt ST.01 September 2015 Beschichten von Stahlteilen im Metallbau RAL-GZ /2007 (Reinigung von Metallfassaden) Herstellungsfehler Klebeband-Faserstiftrückstand Zinkspitzen Pressfloh Grate u. scharfe Kanten ganze Elemente beschichtbar? Mechanische Bearbeitungsspuren? Ausreichende Bohrungen vorgesehen? Aufhängemöglichkeit? Innen- oder doch Außenanwendung? Was ist bzgl. Farbanpassung gefordert? 17

18 Fehlstellen in zweischichtig, pulverbeschichteten Stahlbauteilen Untergrundvorbereitung / Untergrundvorbehandlung: gestrahlt und zinkphosphatiert) 18

19 Grauer Partikel Blaue Deckbeschichtung Weißer Einschluss Grundmaterial Weiße Grundbeschichtung Ausgeprägte Bläschenbildung ( max. = 1 mm) an feuerverzinkten und pulverbeschichteten Laternenteilen 19

20 Querschliff durch Blase: Schichtdicke von Verzinkung bzw. Beschichtung Poröse Ablagerungen REM von Verzinkung bzw. poröser Ablagerung Poröse Ablagerung = Zink ( Zinkgrätze ) 20

21 REM: Rost Pulverbeschichtung von Wartungsstegwannen 21

22 Ursache für die großflächige Unterwanderung bzw. Ablösung der Pulverbeschichtung der Wartungsstegwannen sind in erster Linie Fehler bei der Vorbehandlung, die nicht ablauffähige Konstruktionsweise, die geringe Schichtdicke der Pulverbeschichtung und die prinzipielle Nichteignung von Pulverbeschichtungen (wie ausgeführt) für diese Anwendung anzuführen. Fehler bei der Vorbehandlung führten zu einer Enthaftung der Vorbehandlungsschicht wegen nicht ausreichender Entfettung (sichtbar auf der Rückseite der abgelösten Beschichtung) 22

23 Gartenzaun RAL 6004 ca. 4 Jahre alt, reklamiert Bläschenbildung Filiformkorrosion Kochtest Salzsprühtest Kondenswassertest 23

24 Basische Beizentfettung, Spülen, Spülen, Grünchromatieren, Spülen, Spülen VE- Spülen; auf Musterblechen partiell Blasenbildung Verunreinigungen sind C, O, Al, K und auf Basis eines Carbonsäuresalzes! -> von der Vorbehandlung 24

25 Rissige und teilweise abgelöste Konversionsschicht auf Aluminium. Im Zuge des Vorbehandlungsprozesses konnten Entfettungschemikalien an der Aluminiumoberfläche auftrocknen, die durch die nachfolgenden Spül- bzw. Dekapierungsschritte nicht mehr vollständig entfernt werden konnten IR: -> Wachs 25

26 Mit HWF RAL 9007 beschichtete Paneele in Dublin Ergebnisse der Farbabstandsmessungen mit dem Mehrwinkelmessgerät 1), Referenz = helleres Fassadenpaneel von der zweiten Reihe Messbereich L a b E L a b E L a b E Referenz -0,32 0,02 0,03 0,32-0,27 0,03 0,02 0,27-0,19 0,00 0,00 0,19 Dunkleres Paneel -3,33-0,16-0,49 3,37-2, ,14 2,30-1,11 0,04-0,09 1,11 Dunkleres Paneel -2,80-0,17-0,56 2,86-2,23 0,02-0,20 2,24-1,43 0,03-0,13 1,44 Dunkleres Paneel -3,34-0,14-0,49 3,52-2,42 0,02-0,14 2,42-1,58 0,04-0,10 1,58 Helleres Paneel von der 3. Reihe -0,25 0,03 0,13 0,28-0,30 0,03 0,05 0,31-0,15 0,00 0,02 0,15 26

27 Schmierseife als Schmiermittel beim Einbau der Glasscheiben verwendet 27

28 Zusammenfassung Mit Pulverbeschichtungen ist auf Aluminium, verzinktem Stahl bzw. Stahl ein qualitativ hochwertiger Korrosionsschutz machbar: Auf Aluminium: einschichtig / zweischichtig nach Konversionsbehandlung bzw. Voranodisierung Auf verzinktem Stahl: zweischichtig (160µm) bis C4 hoch nach Sweepen bzw. mit chemischer Vorbehandlung Auf Stahl: zweischichtig (160µm) bis C3 hoch nach Strahlen bzw. chemischer Vorbehandlung Voraussetzung dafür ist eine entsprechende (chemische) Untergrundvorbehandlung bzw. eine mechanische -vorbereitung, Pulverbeschichtungsarbeiten sind beschränkt auf Werksbeschichtungen; Ausbesserungen vor Ort können nur mit Nassbeschichtungsstoffen ausgeführt werden. Komplexe Bauteilgeometrien sowie sehr große bzw. schwere Bauteile können je nach Anlage nicht ausreichend vorbehandelt bzw. beschichtet werden. Zusammenfassung Vor Strahlen kann Entfetten notwendig sein Bei Tauch- und Sprühverfahren darauf achten, dass alle Bereiche des Bauteils erreicht werden und die Entfettungs- bzw. Beizlösung vollständig abrinnen kann. Temperatur der Entfettung auch am Montag-Morgen oder nach Stillständen > 40 C Spülen, Spülen, Spülen mit entsprechend sauberen Wasser (letzte Spüle mit VE-Wasser) Vor dem Beschichten sind die Bauteile im Haftwassertrockner zu trocknen Vermeiden sie scharfe Kanten / Grate Verfahren zum Oberflächenschutz belegen ihre Leistungsfähigkeit durch jahrzehntelange Referenzen. 28

29 Danke Den Mitarbeitern des OFI für Ihre experimentellen Arbeiten und Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit In eigener Sache, Im Frühjahr 2017 wird das OFI in Kooperation mit DINCertco wieder zweiwöchige Ausbildungslehrgänge zum DIN-geprüften Beschichtungsinspektor in Wiener Neustadt anbieten bis ; Prüfung: bis ; Prüfung: Lehrgang in englischer Sprache: bis ; Prüfung: Themenschwerpunkte: Werkstoffe und Konstruktion; Korrosion; Substrate für Beschichtungen und Überzüge; Umgebungsbedingungen; Beschichtungsstoffe, Beschichtungssysteme und Überzüge; Anforderungen an die Ausführung der Arbeiten; Nähere Informationen Normen, Richtlinien, Arbeitsanweisungen u.ä.; Inspektionsarbeiten, am OFI-Stand Funktion eines Beschichtungsinspektors, Gesundheit, Umwelt, Sicherheit Anforderungen: Technische Berufsausbildung oder 7 Jahre einschlägige Berufspraxis 29