Alternative Vorbehandlungssysteme für metallische Werkstoffe

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1 Alternative Vorbehandlungssysteme für metallische Werkstoffe Zirkon-basierte Nanoschichten: Bonderite NT Bonderite CC TecTalis Dr. Bernd Weiß, Henkel AG & Co. KGaA Potsdam,

2 Agenda Warum Vorbehandlung (VBH)? Vergleich Standardverfahren Nanokeramische Verfahren: Ist-Stand Nanokeramische VBH: Bonderite NT Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Bewertung 2

3 Warum Vorbehandlung? Verunreinigungen Zu lackierende Substrate sind oft: Schmutzig, staubig Beölt (Bearbeitungs-/Korrosionsschutzöle-/emulsionen) Korrodiert (Rost, Schweißzunder) Vorbehandlung liefert: Reinigung Lackhaftung Korrosionsschutz 3

4 Agenda Warum Vorbehandlung (VBH)? Vergleich Standardverfahren Nanokeramische Verfahren: Überblick Nanokeramische VBH: Bonderite NT Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Bewertung 4

5 Vergleich Standardverfahren Phosphat Cleaner Coater Fe-Phosphat Zn-Phosphat + Einfach + Einfach + Korrosionsschutz + Prozesskosten + Prozesskosten + Multimetall-fähig + Wenige Bäder + Wenige Bäder + Lackhaftung + Bekannter Prozess + Bekannter Prozess + Bekannter Prozess + Flexibel + Flexibel - Schlamm - Schlamm - Schlamm - Korrosionsschutz - Korrosionsschutz - Viele Bäder - Nicht Multimetall-fähig - Nicht Multimetall-fähig - Viele Badparameter - Prozesskosten 5

7 Nanokeramische Vorbehandlung, Ist-Stand Marktsituation Marktsituation Steigende Kosten für Energie, Wasser und Abfall Steigende Kosten/geringere Substratqualitäten Strengere Arbeitsschutzrichtlinien Kunden verfügen über immer weniger VBH-Spezialisten Unser Angebot Nachhaltige neue Verfahren Optimierung Prozesskosten Stabile Produkte Technische Unterstützung 7

8 Nanokeramische Vorbehandlung, Ist-Stand Forderungen an Alternativen Neue VBH-Verfahren als Ersatz für Zink-, Eisenphosphatierung und Phosphat Cleaner Coater Gute Lackhaftung, guter Korrosionsschutz Multimetallfähig (Eisenwerkstoffe, Zink, Aluminium) Bildung dünner Konversionsschichten: Nano-Schicht Tauch- und Spritzverfahren 8

9 Nanokeramische Vorbehandlung, Ist-Stand Alternativen Standard Technologien Neue Alternativen Fe-Phosphat Bonderite NT Phosphat Cleaner Coater Bonderite CC Zn-Phosphat TecTalis 9

11 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Bonderite NT Ein nanokeramischer Ersatz für die Eisenphosphatierung Produktgruppe = Bonderite NT Produkt: z.b. Bonderite NT

12 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Schichtmorphologie Bonderite NT-1 Lack Konversionsschicht 100 nm Substrat FePhos 12 12

13 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Schichtbildungsreaktion MeO x H 2 ZrF 6 HO OH MeO x H 2 ZrF 6 HO OH HO OH HO OH HO OH Substrat H 2 ZrF 6 MeO x O O F F Zr Zr O O O O O O Substrat MeO x O O Zr 13

14 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Schichtdickenvergleich [nm] Zn-Phosphat (2-3 g/m 2 ) Fe-Phosphat (600 mg/m 2 ) Chromatschichten 1 Nanometer (nm) = Millimeter (mm) 50 5 Bonderite NT-1 ( mg/m 2 ) Grössere Moleküle 14

15 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Badführung Ansatz: VE-Wasser Bonderite NT-1 zugeben ph auf auf ca. 3,8 4,5 einstellen Produktion: Steuerung ph Bonderite NT-1 ergänzen Zr-Konz. gelegentlich überprüfen Standzeit: kein Verwurf Neuansatz i.d.r. nur bei Badkontamination erforderlich 15

16 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Korrosionsschutz Bonderite NT-1 leistungsfähiger als Fe-Phosphat 16

17 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Bewertung Prozess Bildung einer dünnen nano-schicht Mindestens 4 Zonen, i.d.r. 5-6 Zonen Kurze Behandlungszeit Einfache Badführung Geeignet für Multimetall i.d.r. kein Badneuansatz Konversion läuft bei RT 17

18 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Anlagenbeispiel 1, Umstellung einer 4-Zonenanlage 55 C 25 C 18

19 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Anlagenbeispiel 2, Umstellung einer 6-Zonenanlage 55 C 25 C 19

20 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Anlagenbeispiel 3, Neuplanungen 55 C 25 C 20

21 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Umweltaspekte Kein Phosphat Geringere Energiekosten Keine CSB/BSB-Fracht Keine giftigen Schwermetalle Weniger Umgang mit gefährlichen Stoffen Weniger Abwasser 21

22 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Bewertung Prozesskosten Hauptfaktoren für niedrigere Prozesskosten sind Energie: Keine Beheizung des Konversionsbades Reinigung, Wartung: Keine Verkrustungen, äußerst geringe Mengen Schlamm Keine Tankreinigung Keine schlammbedingte Reinigung von Spritzdüsen Keine Belagsbildung auf Wärmetauscherplatten Abwasser und Abwasserbehandlung Weniger Abwasser, längere Standzeiten Weniger Chemikalien für die Abwasserbehandlung Deutlich reduzierter Schlammanfall bei Abwasserbehandlung Phosphatfreier Prozess möglich 22

23 Nanokeramische VBH: Bonderite NT Zusammenfassung Qualitätsverbesserung durch Prozessoptimierung Minimierung Umweltbelastung (z.b. Abwasser, Schlamm) Prozesskostenreduzierung um ca. 10 %, in Einzelfällen bis zu 50% (Wartung, Energie, Wasser, Nacharbeit) Produktivitätsverbesserung um 10% Verbesserter Korrosionsschutz möglich Multimetall-geeignet Einfache Badführung 23

25 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Bonderite CC Ein nanokeramischer Ersatz für Fe-Phosphat Cleaner Coater Produktgruppe = Bonderite CC Produkt: z.b. Bonderite CC

26 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Schichtmorphologie [nm] Zn-Phosphat (2-3 g/m 2 ) Fe-Phosphat (600 mg/m 2 ) Chromatschichten 1 Nanometer (nm) = Millimeter (mm) 50 5 Bonderite CC40 ( mg/m 2 ) Grössere Moleküle 26

27 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Badparameter Konzentration: 0,5-2 % Bonderite CC 40 0,05-0,2 % Reinigungsverstärker Temperatur: C ph: 4,5-5,5 Druck :1-2,5 bar Behandlungszeit: sec 27 27

28 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Badführung Ansatz: Stadt- oder VE-Wasser Bonderite CC 40 zugeben Tensid zugeben ph auf auf ca. 4,5 5,5 einstellen Produktion: Steuerung ph Bonderite CC 40 + Tensid ergänzen Zr-Konz. gelegentlich überprüfen 28

29 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Prozessdaten Badansatz: Bonderite CC 40 + z.b. P3-tensopon 0508 Wasserqualität: Stadtwasser oder VE-Wasser ph-einstellung: 4,5 5,5 Produktion: ph-kontrolle Ergänzung mit Bonderite CC 40 und P3-tensopon 0508 Gelegentliche Prüfung Zr-Konzentration Sonstiges: Schlussspüle: VE- oder RO-Wasser Spülqualität prüfen (LF) 29

30 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Korrosionsschutz Stahl, pulverbeschichtet, Ergebnisse nach 240h NSS Bonderite CC 40 Fe-Phosphat Bonderite CC 40 leistungsfähiger als Fe-Phosphat 30

31 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Anlagenbeispiel 1, Umstellung einer 3-Zonenanlage 55 C 25 C 31

32 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Anlagenbeispiel 2, Umstellung einer 4-Zonenanlage 55 C 25 C 32

33 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Umweltaspekte Einfachere Abwasserbehandlung Phosphatgehalt mal geringer im Vergleich zur Eisenphosphatierung Keine giftigen Schwermetalle Bis zu 50 % geringerer Spülwasserbedarf Typische Phosphorkonzentrationen in der ersten Spüle Bonderite CC 40 Fe-Phosphat 1-10 mg/l mg/l 33

34 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Bewertung Prozesskosten Bis zu 70 % weniger Schlamm/Verkrustungen Daher geringerer Wartungsaufwand für Behälter, Tunnel Spritzdüsen Reinigung Wärmetauscher 34

35 Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Zusammenfassung Deutliche Reduzierung von Schlamm-/Phosphatfracht Reduzierung Spülwasserbedarf Prozesskostenreduzierung (Wartung, Wasser) Multimetall-geeignet 3 bis 4 Prozessschritte Einfache Badführung 35

37 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis TecTalis Ein nanokeramischer Ersatz für die Zinkphosphatierung Produktgruppe = TecTalis Produkt: z.b. TecTalis

38 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Vergleich Schichtmorphologie Zn-Phosphat, CRS 1000 x TecTalis, EG x TecTalis, CRS x Schichtgewichte Zirkon [XRF] Stahl, kaltgewalzt: mg/m 2 Galvanisch Zink: mg/m 2 Feuerzink: mg/m 2 Aluminum: mg/m 2 38

39 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Schichtbildungsreaktion ph-anstieg setzt Schichtbildung in Gang Schichtbildung erfolgt über: Destabilisierung des Zr-Komplexes Abscheidung von Agglomeraten 39

40 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Badführung, Prozessdaten Badansatz: TecTalis zugeben Wasserqualität: VE-Wasser ph-einstellung: 4,0 4,2 Produktion: ph-kontrolle Ergänzung mit TecTalis Regelmäßige Prüfung TecTalis/TecTalis-Additiv Temperatur: unbeheizt Behandlungszeit: Tauchen: sec Spritzen: sec 40

41 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Korrosionsschutz VDA Tage 3,5 Spezif ikation 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 CRS ZnPh CRS TecTalis 5800 EG ZnPh EG TecTalis 5800 HDG ZnPh HDG TecTalis 5800 CRS ZnPh CRS TecTalis 5800 Weisser Lack Gelber Lack 41

42 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Anlagenbeispiel, Umstellung einer Zn-Phosphat 55 C 25 C 42

43 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Anlagenbeispiel, Neuanlage 55 C 25 C 43

44 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Bewertung Prozess Bildung einer dünnen nano-schicht Mindestens 6 Zonen Kurze Behandlungszeit Einfache Badführung Geeignet für Multimetall i.d.r. kein Badneuansatz Konversion läuft bei RT 44

45 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Umweltaspekte Kein Phosphat Geringere Energiekosten Keine giftigen Schwermetalle 70 to 90% geringerer Schlammanfall Kein Schlamm bei Aluminium/Zink Schlammanfall bei Stahl nur ca. 0,1 g/m² Schlammaustrag mit normaler Filtration Kein Verstopfen von Spritzdüsen Bis zu 50% geringerer Spülwasserbedarf/- anfall 45

46 Neue Generation der Nano-VBH : TecTalis Zusammenfassung Grün Wenig Schlamm Keine Beheizung Nicht giftig Schnell Weniger Zonen Kürzere Zeiten Einfache Umstellung Einfach Breitere Toleranzen Einfache Badführung Qualität Effizienz Weniger Wartung Höhere Produktivität Weniger Energie 46

47 Agenda Warum Vorbehandlung (VBH)? Vergleich Standardverfahren Nanokeramische Verfahren: Ist-Stand Nanokeramische VBH: Bonderite NT Nano-VBH als Cleaner Coater: Bonderite CC Nächste Generation der Nano-VBH : TecTalis Bewertung 47

48 Bewertung Vergleich Fe-/Zn-Phosphat mit Bonderite NT, TecTalis Fe-Phosphat Zn-Phosphat NT und TecTalis + Einfach + Korrosionsschutz + Korrosionsschutz + Prozesskosten + Multimetall-fähig + Multimetall-fähig + Wenige Bäder + Lackhaftung + Lackhaftung + Bekannter Prozess + Bekannter Prozess + Innovativer Prozess + Flexibel + Flexibel + Flexibel + Sehr wenig Schlamm + Wasserhaushalt + Kosten - Schlamm - Schlamm - 5 bis 7 Bäder - Korrosionsschutz - Viele Bäder - Nicht Multimetall-fähig - Viele Badparameter - Prozesskosten 48

49 Bewertung Vergleich Bonderite CC mit Phosphat Cleaner Coater Phosphat Cleaner Coater Bonderite CC + Einfach + Einfach + Prozesskosten + Prozesskosten + Wenige Bäder + Wenige Bäder + Bekannter Prozess + Innovativer Prozess + Multimetall-fähig + Korrosionsschutz + Geringer Phosphatgehalt - Schlamm - Bestimmung Zr-Gehalt - Korrosionsschutz - Nicht Multimetall-fähig 49

50 Bewertung Ökonomische Betrachtung < Einsparungen von Wasser/Abwasser Energie Entsorgungskosten Überwachungsaufwand Wartung Invest 10 % Geasamtkosteneinsparung! 50

51 Bewertung Einsparpotenzial Conventionnal processes Bonderite / Tectalis Water costs Energy costs Environmental costs Bonderite cost Maintenance costs 51

52 Bewertung Ökologische Betrachtung < Reduzierter Verbrauch von wertvollen Wasserresourcen Energie < Reduzierte Emissionen von Abfall gefährlichen Schwermetallen CO 2 52

53 Bewertung Vorteile der nanokeramischen VBH-Verfahren 53

54 Vielen Dank!