Untergrundvorbehandlung und Korrosionsschutz Jan Reinmann · 2012-11-05 · Oberflächenreinheit...

August 2012, Jan Reinmann

Untergrundvorbehandlung und Korrosionsschutz

Rösler Oberflächentechnik GmbH Vorstadt 1

D-96190 UntermerzbachTel.: +49 (0) 9533 924 0

Fax.: +49 (0) 9533 924 [email protected]

Jan Reinmann



Korrosionsschutzarten

Das Strahlen als mechanisches Verfahren

Reinigungsstrahlen

Strahlen als Vorbehandlung - die Einflussgrößen

Korrosion und Volkswirtschaft

Untergrundvorbehandlung = Haftung


Herstellungsprogramm

Gleitschlifftechnik

Kanten-verrunden

Reinigen, Entfetten, Entölen

Polieren, Glänzen, Glätten

Entgraten Schleifen

Kombinations-

anwendungen

Aluminium Edelstahl

Gummi

Holz

Keramik

Kunststoff

Magnesium

Messing

Edelmetalle Titan

Zink

Zinn

Stein

Stahl

EntsandenEntrosten, Entzundern, Entlacken, Reinigen

Strahlen, Konservieren, Lackieren

Shot Peening (Verdichtungs-, Kugelstrahlen)

Dekor-strahlen

Strahltechnik

Nassstrahlen



Korrosion = Zernagen


Deutschland

volkswirtschaftliche Schaden durch Korrosion im Jahr 3,6 Mrd. Euro

Korrosionsschutz = Werterhaltung, Sicherheit



KorrosionsvermeidungKorrosions-

schaden

Konstruktion Fertigung Endabnahme Nutzung

Ko

ste

n in

Eu

ro

1

10

100

1000



passiver Korrosionsschutz

Schutzschichten

aktiver Korrosionsschutz

korrosionsgerechtes Gestalten

Korrosionsschutz

organische Beschichtungen

anorganische Beschichtungen

metallische Überzüge

Elektrochemischer Korrosionsschutz

kathodischer Korrosionsschutz

anodischerKorrosionsschutz

Zusatz von Inhibitoren


Korrosionsschutz

Schutzschichten

metallischeÜberzüge

anorganischeÜberzüge


• Schmelztauchen• Spritzen• galvanische Überzüge• Aufdampfen

• Emaillierung• keramische Überzüge• Brünieren (Oxidschichten)• Phosphatieren (phosh. Schichten)

• Chromatieren (cromh. Schichten)

Schutzschichten• Pigmenten• Bindemittel• Füllstoffen


ca. 80% aller Schichten

organischeBeschichtungen


Korrosionsschutz


in das Pigmente und/oder Zinkstaub eingelagert sind.

Die genannten Bindemittel sind unterschiedlichtemperaturbeständig (z.B. Ethylsilikat bis 400°C).


Additive

Bindemittel

Lösemittel

Farbmittel

Organische Beschichtungen („Farbe“, „Lack“, „Anstrich“) bestehen aus einem Bindemittel,

• Ethylsilikat ESI• Epoxidharz EP• Poly-Urethan PUR • Vinylchlorid-Copolymerisat PVC


Korrosionsschutz

Schutzschichten


metallischeÜberzüge

anorganischeÜberzüge


Untergrundvorbehandlung

„Haftung“


Jeder Korrosionsschutz ist nur so gut wie die Oberfläche darunter!


Beizen

• Lauge • Säure

Konversionsschichten

• Titan• Zirkon

schichtbildendeVerfahren

nicht schichtbildendeVerfahren


Chromatieren

• Grünchromatieren• Gelbchromatieren

Phosphatieren

• Eisenphosphatierung• Zinkphosphatierung

Elektrochemische Oxidation Eloxieren

Mechanisch Chemisch

Bürsten – SchleifenStrahlen

Trockenstrahlen

• Turbinenstrahlen• Druckluftstrahlen

Nassstrahlen


„Haftung“



„Haftung“


Substrate, die beschichtet werden sollen, sind oft

• staubig, schmutzig• ölig (temporärer Korrosionsschutz, Umformprozesse)• oxidiert (Schweißkanten, Rost)

Eine Vorbehandlung bewirkt

• Reinigung der Untergründe• Haftgrund für die Beschichtung• verbessert daher den Korrosionsschutz



„Haftung“


Reinigungsstrahlen

• Putzen• Entzundern• Entrosten• Entschichten



Reinigungsstrahlen

Abtragen von werkstofffremden Schichten, Partikeln oder Anhaftungen

StrahlmittelBeschleunigungssystem

Turbine

Druckluft

metallisch Stahlguss rund / kantig

nichtmetallisch Korund / Schlacken



Reinigungsstrahlen

Kosten des Strahlens

Druckstrahlen

• Abwurfgeschwindigkeiten bis 150m/s• Strahlmitteldurchsatz bis 30 kg/min• alle Strahlmittel bearbeitbar• höchste Strahlleistung • beste Dosierbarkeit• niedrige Investitionskosten • hohe Betriebskosten

(hoher Luftverbrauch)

Druckstrahlverfahren „punktuell“ – geringe Flächenleistung



Reinigungsstrahlen


Turbinenverfahren = hohe Flächenleistung“

• Abwurfgeschwindigkeiten bis 130m/s• Strahlmitteldurchsatz 100kg – 1000kg/min• keine Schlacken und mineralische

Strahlmittel verwendbar• hohe Flächenleistung • gute Dosierbarkeit• moderate Investitionskosten • niedrige Betriebskosten

Schleuderrad

Strahlbild

Hotspot



Reinigungsstrahlen



Reinigungsstrahlen

Strahlanlagen verursachen im Laufe ihrer Nutzungsdauer ein vielfaches

ihrer Anschaffungskosten durch:

• Verschleiß

• Strahlmittelverbrauch

• Personaleinsatz

• Energieaufwand




Reinigungsstrahlen


Daten Druckluftstrahlen Turbinenstrahlen

Investitionssumme 100.000 € 150.000 €

Strahlkessel 250 Liter nicht vorhanden

Betriebsdruck 6 bar ---

Strahlmittel - Füllung 700 kg 4.000 kg

Strahlmitteldurchlaufmenge 12 kg/min 1.000 kg/min

Verbrauch 1,8 kg/h 6,0 kg/h

Energiebedarf 37 kW/h 80 kW/h

Stromkosten 4,44 €/h 9,60 €/h

Verschleißteilkosten 2,80 €/h 7,00 €/h

Personal 1 Bediener/in 1 Bediener/in

bearbeitete Fläche 13 m²/h 600 m²/h

Jahresleistung bei 220 Tage 2-schichtig(bearbeitete Fläche im Jahr)

52.800 m² 2.828.571,40 m²

Fazit: Mit einer Turbinenstrahlanlage kann man bis zu 48mal mehr Fläche bearbeiten.



Reinigungsstrahlen

Druckluftstrahlen Turbinenstrahlen

Strahlmittel 2.970 € 9.900 €

Energie 32.560 € 70.400 €

Wartung/ Verschleiß 4.620 € 11.550 €

Summe 40.150 € 91.850 €

VerhältnisKosten / bearbeitete Fläche

0,67 €/m² 0,03 €/m²

Fazit: Höhere Wirtschaftlichkeit erreicht man mit einer Turbinenstrahlanlage,

in Abhängigkeit von der Teilegeometrie.



Oberflächenvorbehandlung von Stahl


Reinigungsstrahlen

Bedeckunsgrade




Reinigungsstrahlen

Reinheitsgrad - Subjektive Bewertung ISO 8501-1 (Schwedennorm)

Vorbereitung von Stahloberflächen vor dem Auftragen von Beschichtungssoffen - Visuelle Beurteilung der Oberflächenreinheit -Teil 1: Rostgrade und Oberflächenvorbereitungsgrade von umgeschichteten Stahloberflächen und Stahloberflächen nach ganzflächigem Entfernen vorhandener Beschichtungen (ISO 8501-1:2007);Deutsch Fassung EN ISO 8501-1:2007

Quelle: DIN EN ISO 8501-1:2007




Reinigungsstrahlen




Sa 1

Leichtes Strahlen

Die Oberfläche muss – bei Betrachtung ohne Vergrößerung – frei sein vonsichtbarem Öl, Fett und Schmutz und losem Zunder, losem Rost, losenBeschichtungen und losen artfremden Verunreinigungen.(siehe Anmerkung 1 zu 3.1).Siehe Vergleichsmuster B Sa 1, C Sa 1und D Sa 1.

Sa 2

Gründliches Strahlen

Die Oberfläche muss – bei Betrachtung ohne Vergrößerung – frei sein vonsichtbarem Öl, Fett und Schmutz und nahezu frei von Zunder, nahezu freivon Rost, nahezu frei von Beschichtungen und nahezu frei von artfremdenVerunreinigungen. Alle verbleibende Rückstände müssen fest haften(siehe Anmerkung 2 und 3.1).Siehe Vergleichsmuster B Sa 2, C Sa 2 und D Sa 2.




Reinigungsstrahlen



Sa 21/2

sehr gründliches Strahlen

Die Oberfläche muss – bei Betrachtung ohne Vergrößerung – frei sein vonsichtbarem Öl, Fett und Schmutz und soweit frei von Zunder, Rost,Beschichtungen und artfremden Verunreinigungen, dass verbleibendeSpuren allenfalls noch als leichte, fleckige oder streifige Schattierungen zuerkennen sind.Siehe Vergleichsmuster A Sa 2½, B Sa 2½, C Sa 2½ und D Sa 2½.

Sa 3

Strahlen bis auf dem Stahl

visuell keine

Verunreinigungen mehr zu

erkennen sind

Die Oberfläche muss – bei Betrachtung ohne Vergrößerung – frei sein vonsichtbarem Öl, Fett und Schmutz und frei sein von Zunder, Rost,Beschichtungen und artfremden Verunreinigungen. Sie muss eineinheitliches metallisches Aussehen besitzen.Siehe Vergleichsmuster A Sa 3, B Sa 3, C Sa 3 und D Sa 3.




Reinigungsstrahlen


Quelle: DIN EN ISO 8501-1:2007Quelle: DIN EN ISO 8501-1:2007

Ausgangsrostgrad

A

B

C

D




Reinigungsstrahlen



Ausgangsrostgrad

A

Reinheitsgrad

A Sa 21/2 A Sa 3




Reinigungsstrahlen



Ausgangsrostgrad Reinheitsgrad

B

B Sa 1 B Sa 2 B Sa 21/2 B Sa 3




Reinigungsstrahlen



Ausgangsrostgrad Reinheitsgrad

C

D

C Sa 1 C Sa 2 C Sa 21/2 C Sa 3

D Sa 1 D Sa 2 D Sa 21/2 D Sa 3




Reinigungsstrahlen

Oberflächenreinheit – Klebebandverfahren nach EN ISO 8502-3

Partikel nicht sichtbar bei zehnfacher Vergrößerung (nahezu staubfrei)

Partikel sichtbar bei 10facher Vergrößerung, aber nicht mit normalem Sehvermögen (kleiner 50 µm)

Partikel gerade sichtbar mit normalem Sehvermögen (zw. 50 µm und 100 µm)

Partikel deutlich sichtbar mit normalem Sehvermögen (bis zu 0,5mm Durchmesser)

Partikel zwischen 0,5mm und 2,5mm Durchmesser (immer sichtbar)

Partikel größer als 2,5mm Durchmesser ddddd

0

3

1

2

4

5


Oberflächenrauheit

Rauigkeit, Rauheitsprofil und Spitzenzahl

Edelkorund

Stahlguss kantig

Stahlguss rund

Oberflächenvorbehandlung von StahlReinigungsstrahlen

Kantige Strahlmittel erzeugen eine erheblich zerklüftetere Oberfläche als runde Strahlmittel.

Traganteil einer Beschichtung ist deutlich höher und damit auch deren Haftung




Oberflächenrauheit

Rauigkeit, Rauheitsprofil und SpitzenzahlStahlguss rund Stahlguss kantig

REM Aufnahme gestrahlter Oberflächen

Stahlguss rund Stahlguss kantig




Rauigkeit, Rauheitsprofil und Spitzenzahl

Stahlguss rund Stahlguss kantig

Darstellung der Topographie mittels 3D Flächensensor auf dem Verfahren der Weißlichtinterferometrie

Oberflächenrauheit




Oberflächenrauheit

Die Rauheit der Oberfläche lenkt auch, durch ihre Rautiefe, die Benetzungsfähigkeit und die „Verankerung“ des Beschichtungsstoffes.




Oberflächenrauheit

Je höher der Anteil von kantigem Strahlmittel im Betriebsgemisch, um so besser die Oberflächentopographie zur Haftung von Beschichtungsstoffen. Ein Optimum an Haftung

und Korrosionsschutz wurde bei Rz Werten zwischen 40µm und 70µm festgestellt.




Oberflächenrauheit


1,2

1,26

1,361,4

1,46

1,54

1,61

1,72

1

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

25µm 30µm 40µm 45µm 50µm 60µm 70µm 90µm

Ob

erf

läch

en

fak

tor

Rauhtiefe Rz


Untergrundvorbehandlung „Haftung“

Vorbehandlung und zur Anwendung vorgesehene Beschichtungsverfahren sind aufeinander abzustimmen.

Die Eignung ist über Korrosions-Prüfungen zu ermitteln. Neben einer einwandfreien Entfettung ist zur Erzielung einer guten Haftfestigkeit und eines optimalen Korrosionsschutzes ein geeignetes Vorbehandlungs-verfahren erforderlich.

• Strahlen mit Sa 21/2 – Sa 3• nasschemische Vorbehandlung (Eisen- oder Zinkphosphatierung)• alternative Vorbehandlungsverfahren (Basis Zirkon oder Silan)





S235 JR G IIDicke 4mm Stahlguss rund S 330 nom. 0,8mmRz = 50µm

PulverbeschichtungUw = 5-6 mmBlasen an KanteKantenrostleichte Nadelstiche

S235 JR G IIDicke 4mm Stahlguss kantig KG H 18 nom. 1,0mmRz = 70µm

PulverbeschichtungUw = 0,5-1 mmkeine BlasenKantenrostunruhige Oberfläche

240 h Salzsprühtest




S235 JR G IIDicke 4mm Stahlguss kantig KG H 40 nom. 0,425mm 50%Stahlguss rund S 330 nom. 0,8mm 50%

Rz = 45µm

PulverbeschichtungUw = 2-3 mmkeine BlasenKantenrostunruhige Oberfläche





S235 JR G IIDicke 4mm Stahlguss kantig KG H 40 nom. 0,425mm 75%Stahlguss rund S 330 nom. 0,8mm 25%

Rz = 45µm

PulverbeschichtungUw = 0,5-1 mmkeine BlasenKantenrostunruhige Oberfläche



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