Merkblatt G 01. Informationen zur Anodisation und Beschichtung

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1 Merkblatt G 01 Informationen zur Anodisation und Beschichtung Ausgabe 2014

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3 Inhalt 1. Grundsätzliches 2. Der VOA - Der Verband für die Oberflächenveredelung (Anodisation, Beschichtung, Entlackung) 3. Qualität durch Qualitätszeichen QUALANOD, QUALICOAT und QUALISTRIP 4. Aluminium - ein Werkstoff mit Zukunft 5. Aluminiumoberflächen - die Veredelungsverfahren 5.1. Anodisation Vorbehandlung Der Anodisierprozess Färben Verdichten 5.2. Beschichtung Verfahren Vorbehandlung Elektrostatische Pulverbeschichtung Die Aushärtung 6. Dauerhafte Oberflächenqualttät - Reinigung und Pflege 7. Ökologische Gesichtspunkte 1. Grundsätzliches Der Werkstoff Aluminium ist in unserem täglichen Umfeld notwendig und wichtig geworden. Aluminium findet Anwendung in der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrtindustrie, in der Bauindustrie, bei z.b. außenbewitterten Bauteilen der Fassadenverkleidungen, tragenden Konstruktionen von Wintergärten, Innenanwendungen bei Messebausystemen, Verkleidung von Haushaltsgeräten oder Bilderrahmen und vieles mehr. Die Oberflächenveredelung von Aluminium ist notwendig für: - Schutz und Erhalt der Oberfläche - Gezielte Verbesserung der Werkstoffeigenschaften (z.b. Verschleißfestigkeit, Oberflächenhärte, Gleitfähigkeit) - Dekorative Gestaltung (z.b. Finish, Farbe, Glanz) Ziel des Merkblatts ist es grundlegende Informationen zur anforderungs- und werkstoffgerechten Oberflächenveredelung zu vermitteln. Ein notwendiger Schritt kann bei verschiedenen Arbeitsfolgen auch die Entlackung sein. 3

4 Um bei der Veredelung von Aluminiumoberflächen eine langfristige Kundenzufriedenheit zu gewährleisten, sollten international anerkannte Qualitätsstandards, sowie technische, ökonomische und ökologische Anforderungen erfüllt werden. Internationale Qualitätszeichen sind z.b. für die Anodisation Beschichtung Entlackung 2. Der VOA - Der Verband für die Oberflächenveredelung (Anodisation, Beschichtung, Entlackung) Die Branche der Oberflächenveredelung wird in Deutschland durch den VOA (Verband für die Oberflächenveredelung von Aluminium e.v.) vertreten. Zu den Mitgliedsunternehmen zählen neben den Anodisierbetrieben, Beschichtungs- und Entlackungsunternehmen auch die zuliefernden Hersteller von Pulverlacken und Vorbehandlungschemikalien, sowie weitere branchenrelevante Unternehmen. Damit bildet der VOA die ideale Plattform zum brancheninternen Know-How-Austausch. Der VOA ist Generallizenznehmer der Qualitätszeichen QUALANOD (Anodisieren) und QUALICOAT (Beschichten). Darüber hinaus hat der Verband für die Entlackungsbranche das internationale Qualitätszeichen QUALISTRIP geschaffen, dass die Unternehmen erwerben können, die die Bestimmungen erfüllen. Der VOA ist auf der Webseite präsent. 3. Qualität durch Qualitätszeichen QUALANOD, QUALICOAT und QUALISTRIP Oberflächenveredelungen von Aluminium durch Anodisation oder Pulverbeschichtung sollten nur durch anerkannte Fachbetriebe durchgeführt werden, die u.a. über - einen gesicherten Prozessablauf - geeignete Qualitätssicherungsstandards verfügen. Einen Nachweis, dass vorgeschriebene Spezifikationen und die Eigen- und Fremdüberwachung eingehalten wurde, bietet das Führen der Qualitätszeichen: QUALANOD für Anodisationsbetriebe QUALICOAT für Beschichtungsbetriebe und QUALISTRIP für Entlackungsbertiebe. Die strengen Leistungsspezifikationen und -prüfungen erstrecken sich auf die eingesetzten Materialien (z.b. Chemikalien, Pulverlacke), die Ausführung der Oberflächenveredelung und wird laufend überwacht. 4

5 Die Einhaltung der qualitätsrelevanten Parameter wird, neben der kontinuierlichen Selbstüberwachung, regelmäßig durch unabhängige externe Sachverständige überprüft. Diese Prüfungen erfolgen unangemeldet während der regulären Produktion. 4. Aluminium - ein Werkstoff mit Zukunft Aluminium als chemisches Element mit der Ordnungszahl 13 ist ein silbrig-weißes Leichtmetall. Aluminium ist das in seinen Grundbestandteilen in der Erdkruste am häufigsten vorkommende Metall. Es wird in der Hauptsache aus Bauxit gewonnen, dessen Vorkommen meist nahe unter der Oberfläche liegen und deshalb relativ einfach abzubauen sind (Primäraluminium). Aber auch durch Recycling kann Aluminium hergestellt werden (Sekundäraluminium). Die besonderen Vorzüge dieses Metalls, die es für eine Vielzahl von Anwendungen so interessant macht, liegen vor allem in der günstigen Konstellation von hoher Festigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht. Diese Eigenschaften lassen sich insbesondere durch diverse Legierungsbestandteile noch wesentlich optimieren und auf den jeweiligen Anwendungsfall abstimmen. Zudem kann der Werkstoff gegossen, gewalzt, geschmiedet und gepresst werden und eröffnet so fast unbegrenzte Möglichkeiten in der Formgebung. Die Oberflächen der so erzeugten Werkstücke werden anschließend gemäß den jeweiligen Anforderungen, z.b. an Finish, Farbe und Beständigkeit veredelt. 5. Aluminiumoberflächen - die Veredelungsverfahren Je nach Anforderungsprofil können optimale Technologien angeboten werden. Solche Anforderungen können z.b. sein: - metallische Oberflächen - dekorative Eigenschaften, wie Farbigkeit, Struktur - Witterungsbeständigkeit - Korrosionsschutz Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind in der Praxis die Veredelungsverfahren der - Anodisation - Beschichtung von Wichtigkeit, da sie zu den am häufigsten angewandt werden. Die Entlackung ist notwendig, um fehlerhafte Beschichtungen fachgerecht zu entfernen Anodisation Anodisation, Eloxieren oder auch anodische Oxidation ist ein elektrochemischer Prozeß bei dem die Aluminiumoberfläche in eine feinporige, transparente Oxidschicht umgewandelt wird. Sie bildet einen 5

6 integralen Bestandteil des Aluminiums, die nicht abblättert oder abplatzt. Der metallische Charakter des Grundmaterials bleibt dabei erhalten. Die so hergestellte Schicht dient vorwiegend als Schutzschicht für Metalle gegen Korrosion und Abrieb als auch zu dekorativen Zwecken. Ist die Oxidschicht erzeugt, kann sie anschließend eingefärbt werden, ehe sie zum Schluss noch verdichtet wird. Die Schichtdicken variieren bei Aluminium je nach Klasse (Einteilung entsprechend der DIN 17611) von 5 µm bis 25 µm. Dekorative Zier- sowie Biegeteile liegen meist bei 5 µm Schichtdicke, während 10 oder 15 µm gewöhnlich für Innenanwendungen eingesetzt werden. Außenanwendungen erfordern eine Schichtdicke von min. 20 µm. Die verschiedenen Schichtdicken für das Qualitätszeichen QUALANOD sind in den Spezifikationen aktuell festgelegt ( Anodisationsanlage Vorbehandlung Das Verfahren beginnt mit dem chemischen Reinigen, Entfetten und Beizen. Durch das Beizen erhält die Aluminiumoberfläche ein mattes Aussehen. Zur dekorativen Gestaltung der Oberfläche, kann vor dem eigentlichen chemischen Prozess noch eine mechanische Bearbeitung erfolgen (z.b. Bürsten, Schleifen, Polieren etc.). Möglichkeiten und Bezeichnungen der Vorbehandlung E 0 - entfetten und desoxidieren E 1 - schleifen E 2 - bürsten E 3 - polieren E 4 - schleifen und bürsten E 5 - schleifen und polieren E 6 - beizen aufgestaffeltes Material 6

7 Der Anodisierprozess Die anodische Schicht wird durch Eintauchen des Aluminiums in ein Bad mit verdünnter Schwefelsäure und unter Einwirkung von elektrischen Gleichstrom erzeugt. Da diese Schicht feinporig und transparent ist, kann sie elektrolytisch oder mit organischen Farbstoffen eingefärbt werden Färben Färben kann durch unterschiedliche Prozesse erfolgen: Naturfärbung (CO): Hierzu ist kein weiterer gesonderter technischer Prozess erforderlich. Die transparente Schicht, die den silbrigen, natürlichen Glanz von Aluminium widerspiegelt, wird im Anodisationsprozess erzeugt. Dies eignet sich vor allem für Produkte, bei denen der metallische Charakter des verwendeten Materials dargestellt werden soll. Adsorbtionsfärben: Dies ist eine zusätzliche Prozesstufe. Bei diesem stromlosen Färbeverfahren werden die Farbtöne durch Ablagerung von organischen und anorganischen Farbstoffen an der Oberfläche erzeugt. Bekannt sind z.b. die Farbtöne Hellgold (EV 2) und Gold (EV 3). Hinsichtlich der Lichtechtheit weisen diese so gefärbten Oxidschichten Unterschiede zwischen den einzelnen Farbtönen auf. Elektrolytisches Färben (C31 bis C35): Dies wird durch eine zusätzliche Prozesstufe erreicht. Sie ermöglicht die Herstellung einer Reihe von Farben zwischen Hellbronze bis Schwarz. Die Farbe wird durch Einlagerung von Zinn oder Kobalt in die Poren der anodischen Schicht erzeugt. So erzeugte Farben zeichnen sich durch hohe Lichtechtheit aus. Kombinations-Färben (S100-(0-4) bis S160-(0-4)) oder SANDALOR-Verfahren: wird durch eine zusätzliche Prozesstufe produziert. Eine große Vielfalt von Farbtönen wie Blau, Rot, Türkis, Grün und Orange kann durch die Kombination von elektrolytisch hergestellten Bronzetönen mit organischen/anorganischen Farbstoffen, deren Lichtechtheit zu beachten sind, erreicht werden. Interferenz- Färben: Hierbei handelt es sich um einen Spezialfall des elektrolytischen Färbens, der im Anodisationsbad durch modifizierte Stromwerte erfolgt. Möglich sind verschiedene Farbtöne. Die Wiederholbarkeit gleicher Farbtöne ist oft schwierig Verdichten Als letzte Prozesstufe wird die Oxidschicht durch kontrollierte Hydratation in destilliertem Wasser verdichtet. Man unterscheidet: Kaltverdichten, Heißwasserverdichten oder eine Kombination aus beidem. 7

8 5.2. Beschichtung Die Beschichtung mit Pulver/Pulverlacken ermöglicht farbstabile Kunststoffschichten auf Bauteilen. Die Lackschichten bieten einen hohen Schutz gegen Witterungseinflüsse und UV-Strahlung, darüber hinaus ebenso die Beständigkeit gegenüber einer Reihe von Chemikalien. Gerade die Möglichkeit der anwendungsorientierten Optimierung der verwendeten Pulver erlaubt ganz spezielle Oberflächenlösungen für viele Einsatzbereiche (z.b. Antihaftbeschichtung, antibakterielle Lacke, AntigraffitiBeschichtung etc.). Es gibt ein breites Spektrum von Pulverlacken in unterschiedlichen Farben, Glanzgraden und zur Erzeugung spezieller Effekte (z.b. Metallic und Perlglimmer). Pulverlacke zeichnen sich aus durch: - Umweltfreundlichkeit (lösemittelfrei, kein VOC, kennzeichnungsfrei) - günstige Energiebilanz - Wirtschaftlichkeit durch hohen Materialnutzungsgrad - Einfache Entsorgung. Die Qualität des Pulvers bestimmt auch die Eigenschaften der Beschichtung, so z.b. Farbe, Glanz, Korrosionsschutz, Haftung, Optik etc. Die Haftung der Beschichtung ist von der Vorbehandlung des Aluminiums und einer vollständigen Vernetzung des Pulverlackes abhängig. Vertikalbeschichtung Horizontalbeschichtung 8

9 Verfahren Pulverbeschichtungen sind in fast allen Farben möglich (z.b. RAL, RAL Design, NCS, Sikkens, DBFarben (Eisenglimmer), u.v.m.). Eine große Palette an glänzenden, seidenmatten und matten Oberflächen ist in den meisten Farben verfügbar. Außerdem können metallisch glänzende und strukturierte Oberflächen geliefert werden. Der gesamte technologische Prozess kann in horizontaler und vertikaler Führung der Werkstücke erfolgen Vorbehandlung Die chemische Vorbehandlung der Aluminium-Oberfläche erfolgt in einem kontinuierlichen Prozess durch ein mehrstufiges Tauch- oder Sprühverfahren. Das Aluminium wird gereinigt, gebeizt, und neutralisiert. Danach wird die Oberfläche mit einer Passiv-Schicht (Konversions-Schicht) versehen, die einerseits als Korrosionsschutz und andererseits als Haftgrund für den Pulverlack dient. Folgende Vorbehandlungsprozesse kommen heute am häufigsten zum Einsatz: - Chromhaltige Vorbehandlungsverfahren, wie Gelb- (Cr VI-Verbindungen) und Grünchromatierung (Cr III-Verbindungen). Hinweis: Chrom-VI-Verbindungen sind mittlerweile im Anhang 14 der REACH-Verordnung gelistet, was dazu führen wird, das derartige Verfahren deutlich zurückgehen werden. - Chromfreie Vorbehandlungsverfahren (z.b. auf der Basis von Zirkon oder Titan). Sie ist die umweltverträgliche Alternative zur Chromatierung. - Voranodisation: Das ist ein abgewandeltes Verfahren der Anodisation. Es bietet bei ungünstigen Umwelteinflüssen (Industrie-, Seeklima, chloridhaltige Atmosphäre) einen erhöhten Schutz gegen Korrosion - speziell gegen die Filiformkorrosion Elektrostatische Pulverbeschichtung Die Beschichtung erfolgt durch elektrostatisches Sprühen des Pulverlackes. Das Kunststoffpulver wird mehreren Sprühpistolen zugeführt, die eine elektrostatische Ladung an die Pulver-Partikel weitergeben, so dass diese am geerdeten Aluminiumwerkstück haften können. Pulver, das nicht auf das Werkstück aufgebracht wird, kann gesammelt und dem Pulver-Kreislauf wieder zugeführt werden Die Aushärtung Im Ofen werden die Werkstücke auf eine Objekttemperatur von ca. 180 C erhitzt. Durch die eingebrachte Energie erfolgt eine Vernetzung der Kunststoffpartikel und es entsteht ein geschlossener Pulver-Lackfilm, der fest auf der Oberfläche haftet. Die Verweilzeit des Materials im Ofen muss an die verschiedenen Produkte und gemäß der Pulver-Herstellervorgaben erfolgen. 9

10 6. Dauerhafte Oberflächenqualität - Reinigung und Pflege Jede noch so gute Oberfläche braucht Pflege. Diese erhält nicht nur das Aussehen, sondern sie trägt auch ganz entscheidend zur Lebensdauer bei. Für eloxierte wie auch für Kunststoff beschichtete Aluminiumoberflächen sind entsprechende Reinigungs- und Pflegeanleitungen verfügbar (z.b. von VFF (Verband für Fenster- und Fassadenhersteller), GRM (Gütegemeinschaft für die Reinigung von Metallfassaden) und Herstellern der Beschichtungsmaterialien). Erforderliche Reinigungs- und Hilfsmittel sowie Reparatursets für kleine Beschädigungen usw. können bei entsprechenden Fachbetrieben bezogen werden. 7. Ökologische Gesichtspunkte Aluminium kann zu 100% ohne Qualitätsverlust wiederverwendet werden. In diesem Sinne kann man Aluminiumoberflächen als umweltfreundlich bezeichnen. Die Anodisation nutzt wässrige Lösungen, die chemisch neutral abbaubar sind. Reststoffe werden heute in Stoffkreisläufe eingebunden. Beispielsweise werden Aluminiumhydroxid und Beizüberschüsse aus Anodisierbädern als Fällungsmittel in kommunalen Kläranlagen eingesetzt, die den Bezug wasserbelastender und teurer Einsatzstoffe überflüssig machen. (Siehe auch diesbezügliche VOA-Merkblätter unter Pulverbeschichtungen haben gegenüber Nasslackierungen den Vorteil der Lösemittelfreiheit, so dass keine Emissionen entstehen. Beim Sprühprozess kann nichthaftendes Pulver (Overspray) rückgewonnen und wiederverwertet werden. Die Öko-Bilanz für die Oberflächenbearbeitung von Aluminium zeigt: 1. Aluminium ist ohne Qualitätsverlust wiederverwertbar. 2. Durch die Oberflächenbehandlung von Aluminium wird hinsichtlich Korrosionsschutz, Optik, Haltbarkeit, Pflege und Wiederverwertbarkeit ein Produktnutzen erzielt, der den Einsatz der benötigten Materialien rechtfertigt. Aluminium-Oberflächen sind technisch weitestgehend ohne ökologische Nachteile herstellbar. Die Behandlung der Reststoffe ist durch ein Wertstoffmanagement zu regeln. 10

11 Eine Aktuelle Übersicht der zahlreichen Merkblätter des VOA finden Sie im Internet unter Merkblätter stehen für Mitglieder des VOA zum kostenlosen Download im Mitgliederbereich zur Verfügung. Nichtmitglieder erhalten die Merkblätter unter in unserem Shop. Merkblätter gibt es zu den Bereichen Al G A B E für Merkblätter, die in Zusammenarbeit mit anderen Verbänden erarbeitet wurden Merkblätter mit generellem Inhalt für alle Themen im Bereich der Oberflächenveredelung Merkblätter mit dem vorwiegendem Thema Anodisation Merkblätter mit dem vorwiegendem Thema Beschichtung Merkblätter mit dem vorwiegendem Thema Entlackung Wir freuen uns, wenn Ihnen die Merkblätter in Ihrer praktischen Tätigkeit eine Hilfe sind.

12 Merkblätter des VOA werden durch Ordentliche Mitglieder und Fördermitglieder in ehrenamtlicher Tätigkeit erarbeitet. Dank gebührt allen, die daran mitgewirkt haben. Wir bitten um Verständnis, dass die technischen Angaben und Empfehlungen dieses Merkblattes auf dem Kenntnisstand bei Drucklegung beruhen. Eine Rechtsverbindlichkeit kann daraus nicht abgeleitet werden. Merkblätter entbinden nicht von der Prüfung des Einzelfalles.

13 Herausgeber: Verband für die Oberflächenveredelung für Aluminium e.v. (VOA) Laufertormauer 6 D Nürnberg Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) info@voa.de Internet: