Eigenschaften und Erfahrungen pdf 2.2 MB

Aluminiumpassivierung auf Basis Chrom(III)
Eigenschaften und Erfahrungen
Peter Volk – SurTec International
SurTec
International GmbH
Inhalt
Grundlagen zur Passivierung
Was ist eine Passivierung?
Warum wird eine Oberfläche passiviert?
Welche Prozesse zum Passivieren von Aluminium gibt es?
Dreiwertige Passivierungen für Aluminium
Warum dreiwertiges Chrom?
Wie wird die Passivierungsschicht gebildet?
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Listungen
Zusammenfassung
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Was ist eine Passivierung
Passivierung
Die „Passivierung“ ist ganz allgemein eine meist oxidische Sperrschicht, die den
Angriff auf den Untergrund behindert.
Diese Oxidschicht wird künstlich erzeugt.
z.B. werden Metallionen aus einer Passivierungslösung auf dem Grundwerkstoff als
Oxid abgeschieden
Neben Korrosionsschutz werden durch die Passivierung weitere Eigenschaften
verbessert.
z.B. Haftung von Lacken, Klebstoffen und Dichtstoffen
elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche durch stabile und gleichmäßige Oxidschicht
Außer Aluminium werden auch andere Materialien durch Passivierungen geschützt:
Zink, Magnesium, Cadmium, Kupfer, Bronze, Silber, Zinn.
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Warum wird eine Oberfläche passiviert?
Native Oxidschicht
Aluminium belegt sich unter atmosphärischen Bedingungen sofort mit einer
schützenden Oxidschicht, die einen fortschreitenden Angriff durch Luftsauerstoff
oder Wasser hemmt.
Art der Oxidschicht
Schichtdicke
Native Oxidschicht
1-10 nm
Oxidschicht nach Bewitterung
30-100 nm
Bei Korrosionsbelastung in einem Elektrolyten wird
die Oxidschicht durchbrochen und die Oxidation der
Oberfläche schreitet fort.
Korrosion
Unbehandelter Aluminiumguss
120 h Salzsprühnebel
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Welche Prozesse zur Passivierung von Al gibt es?
Chromatierungen (auf Basis von Cr(VI)
DIN EN 12487 - Gespülte und nicht gespülte Chromatierüberzüge
auf Aluminium oder Aluminiumlegierungen
Art der Oxidschicht
Schichtdicke
Farblos-Chromatierung
10-50 nm
Gelb-Chromatierung
80-1000 nm
Grün-Chromatierung
80-1000 nm
Die Oxidschichten werden künstlich erzeugt und sind
wesentlich besser mit dem Grundmetall verankert.
Die Schichten sind dicker und die Bestandteile der
Oxidschicht chemisch inerter als reines Aluminiumoxid.
Gelbchromatierung
336 h Salzsprühnebel
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Welche Prozesse zur Passivierung von Al gibt es?
Beispiel: Gelbchromatierung
Beizreaktion beim Chromatieren von Aluminium:
2 Al
+ 6 H+
2 Al3+
+ 3 H2
Schichtbildungsreaktionen beim Chromatieren von Aluminium:
2 CrO3 + 3 H2
2 Cr(OH)3 + 3 H2O
Al3+
+ 3 OHAl(OH)3
Chrom(VI)-Verbindungen werden
als Chromate während der
Schichtbildung mit eingeschlossen.
Gelbchromatschicht auf Aluminium
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Dreiwertige Passivierung für Aluminium
Anforderungen an die Passivierungsschicht und deren Inhaltsstoffe
guten Haftgrund bilden für die anschließende Lackierung.
gute Korrosionsbeständigkeit (Beschädigungen der Lackierung sollten möglichst
wenig unterwandert werden
Chrom(III)oxid, Cr2O3,
unlöslich in Säuren; wird wegen seiner großen
Härte in Schleifmitteln und hochtemperaturbeständigen Werkstoffen verwendet.
(Römpp Chemielexikon, Thieme Verlag)
Außerdem ist es nicht brennbar und unlöslich in Wasser und alkalischen Medien.
(Handbook of Chemistry and Physics)
Das toxikologisch unbedenkliche Chrom(III)-oxid (Cr2O3)ist nicht mit dem
krebserzeugenden Chromtrioxid (CrO3) zu verwechseln.
Speziell für Cr2O3 liegen keine Angaben über beim Menschen ausgelöste lokale Reizungen
oder Intoxikationen vor. Auch die verfügbaren Tierversuche geben keine Hinweise auf
deutliche akute Effekte.
(GESTIS-Stoffdatenbank, Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung)
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Dreiwertige Passivierung für Aluminium
Oxidationsstufe
Eigenschaften
+6 (CrO3)
giftig, karzinogen, brandfördernd
T+, (C), N, O
+3 (Cr2O3)
nicht kennzeichnungspflichtig
0 (Metall)
nicht kennzeichnungspflichtig
Masseanteil Chrom in der Erdhülle: 200 g/Tonne
Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999
Im Jahr 2000 wurden ungefähr 15 Millionen Tonnen marktfähiges
Chromiterz (FeCr2O4) gefördert. Wikipedia
Amtsblatt der Europäischen Union:
RICHTLINIE 2008/100/EG DER KOMMISSION vom 28. Oktober 2008
... über die Nährwertkennzeichnung von Lebensmitteln hinsichtlich der empfohlenen Tagesdosen,...
empfohlene Tagesdosis für Chrom: 40 µg
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Dreiwertige Passivierung für Aluminium
Verbote und Einschränkungen beziehen sich nur auf Cr(VI)-Verbindungen
Holzschutz
Farbpigmente
Piper J-3 Cub - Wikipedia
van Gogh, Neue Pinakothek München
Eine gängige Imprägnierung für
Holz enthält Chrom(VI),
Kupfer, Arsen (CCA).
Der CrO3-Gehalt ist etwa 50 %.
In den USA wurden 1996
65300 Tonnen verwendet.
Das Chrom dient eigentlich nur als Bindemittel für die Cellulose.
Wikipedia
... und natürlich Verchromungselektrolyte und Gelbchromatierung
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Dreiwertige Passivierung für Aluminium
Chrom(III)-Verbindungen sind nicht betroffen
Rubin
Rubinkorund
Procof e.K.
Gerben von Leder
Farbpigment für Gläser und Porzellan
Porzellan Manufaktur Hütter
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Dreiwertige Passivierung für Aluminium
Farbpigment
Thomas Seilnacht, Snaefellsness (Island)
Mühlheimer Brücke 1949-1951
... und natürlich Chrom(III)-haltige Elektrolyte und Passivierungen
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Wie wird die Passivierungsschicht gebildet?
Chrom(III)-haltige Passivierung, SurTec 650 chromitAL®
Wie bei der Cr(VI)-haltigen Chromatierung wird die Oxidschicht künstlich erzeugt.
Metallionen aus der Passivierungslösung und aus dem Grundwerkstoff werden als
Oxid abgeschieden.
SurTec 650
Gelbchromatierung
Schichtdicke
80 nm
100-400 nm
elekt. Kontaktwiderstand
nach der Beschichtung
1,61 mOhm psi
1,74 mOhm psi
elekt. Kontaktwiderstand
nach 168 h Salzsprühn.
3,29 mOhm psi
4,71 mOhm psi
Das Cr(III)-oxid bewirkt, dass die Oberfläche sehr
inert gegen korrosiven Angriff ist.
SurTec 650 chromitAL®, 336 h Salzsprühnebel
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Wie wird die Passivierungsschicht gebildet?
Abscheidung der Passivierungsschicht
Chemischer Angriff
HO
OH OH O
Al
OH
OH OH OH OH OH OH O
OH
AlOx + 2x H+
Al3+ + x H2O
2 Al + 6 H+
2 Al3+ + 3 H2 ↑
OH OH OH OH OH OH OH OH OH OH
O
OH OH
OH
OH OH
OH OH OH OH OH
OH OH OH OH OH
OH OH
OH OH
OH
OH OH
OH OH
Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al Al
Al
Al Al
Al Al
Al Al Al Al Al
Al Al Al Al Al
Al Al
Al Al
Al
Al Al
Al Al
Aluminium
Aluminium
HO
Schichtbildung
x
Cr3+
+y
Al3+
+ z H2O
CrxAly(OH)z + z
OH
HO
OH
OH OH OH OH
OH
HO HO
Cr
OH
OH
HO O
Cr
Al
OH
O
O
Cr
OH
OH
O
OH
Cr
O
O OH
O
Al O O
Al
Cr
Cr
Al
Cr
Cr Al
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O O
O
O
O
O
O O
O O
O
O
O
Me
Me Me
Me Me
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Me Me Me Me Me
Me Me
Me Me
Me
Me Me
Me Me
Cr
OH OH
OH
OH OH
OH OH OH OH OH
OH OH OH OH OH
OH
OH OH
OH OH
OH
OH
OH OH
Al
Al Al
Al Al
Al Al Al Al Al
Al Al Al Al Al
Al Al
Al Al
Al
Al Al
Al Al
Aluminium
Leipzig, 01.03.2012
OH
Cr
H+
Al
Cr Al
Cr
Al
Al
Aluminium
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SurTec International
Wie wird die Passivierungsschicht gebildet?
Dicke der Passivierungsschicht
Aluminium
Passivierungsschicht
SurTec 650 chromitAL®
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Wie wird die Passivierungsschicht gebildet?
Verfahrensablauf
Reinigen
Beizen
Dekapieren
Passivieren
mild alkalisch
pH 8-9
50-60 °C
1-15 min
hoch alkalisch
50-60 °C
1-5 min
stark sauer
15-25 °C
1-5 min
chrom(III)-haltig
pH 3,75-3,95
40 °C
2 min
SurTec 133
SurTec 181
SurTec 495
SurTec 650
Zwischen den einzelnen Schritten muss gespült werden.
Bei anschließender Lackierung: Leitfähigkeit des von den Teilen ablaufenden Wassers:
< 30 µS/cm
Trocknungstemperatur:
< 65 °C am Objekt
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Nach der Passivierung
Nach Salzsprühnebel, 168 h
Die chromitAL® – Schicht ist schwach
blau-gelb, unter spitzem Winkel irisierend.
Leipzig, 01.03.2012
Nach Korrosionsbeanspruchung ist der
ungeschützte Bereich stark korrodiert,
die chromitAL® – Schicht ist unverändert
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SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Testergebnisse
Automobilteile
Drehmomentstütze
Yellow passivation
SurTec 650
72 h DIN ISO 9227
0 h DIN ISO 9227
SurTec 650
72 h DIN ISO 9227
SurTec 650
Leipzig, 01.03.2012
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240 h DIN ISO 9227
SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Testergebnisse
Gehäuseteil (Aluminiumguss; Anforderung: 240 h) – Ergebnisse von Fa. Heiche
SurTec 650, 0 h NSS
Leipzig, 01.03.2012
SurTec 650, 240 NSS
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SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Hitzebeständigkeit
250 h Salzsprühnebeltest
DIN ISO 9227
EN ISO 10289
Aussehen
EN ISO 10289
Schutzgrad
Gelbchromatiert
24 h 130 °C
SurTec 650
24 h 130 °C
SurTec 650
14 Zyklen á
22 h 130 °C / 2 h -40 °C
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Filiformprüfung – Institut für Oberflächentechnik
Auszug aus dem Ifo-Prüfbericht:
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Lackierte Oberflächen - Mechanische Prüfungen
Gitterschnitt
Dornbiegung
Kugelschlag
Kugelschlag auf Gitterschnitt
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Vorbehandlung vor der Lackierung
Größe der Bauteile:
max.: 1.300mm x 600mm x 7.000 mm
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Vorbehandlungsanlage
Ionentauscher
Abwasser
SurTec 152
SurTec 478
3,5 %
50°C 5 min
10-20 ml/l 478 A
RT 7 min
Entfettung
20 m³
Spüle
10 m³
Leipzig, 01.03.2012
Spüle
10 m³
Dekapierung
10 m³
Spüle
10 m³
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400 µS/cm
SurTec 650
4 Vol%
pH = 3.55
1160 µS/cm
22 °C, 150 s
Ofen
42 µS/cm
11 µS/cm
27 °C
Spüle
10 m³
Passivierung
10 m³
Spüle
10 m³
Spüle
10 m³
SurTec International
Eigenschaften und Praxisbeispiele
Ablauf bei der Umstellung
Chromatierungslösung entsorgen
Becken ausspülen, mit Natronlauge auslaugen
und mit Schwefelsäure neutralisieren
dreiwertige Passivierung einfüllen
Neue Badparameter
Ansatzkonzentration SurTec 650: 4 Vol%
pH 3,5
Raumtemperatur
Tauchzeit: 2 min
Schichtgewicht 50-120 mg/m²
Umstellung August 2010, seitdem problemlose Produktion
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Listungen
SurTec 650 chromitAL® - Freigaben
MIL-DTL-81706B
Type II - coating: Cr(VI)-frei
GSB and Qualicoat
Freigabe als Cr(VI)-freies alternatives
Vorbehandlungssystem vor der
Pulverbeschichtung
Qualifiziert für Class 1A:
336 h NSS
Lackhaftung
Schichtgewicht > 107,5 mg/m²
Mechanische Tests
Kugelschlagprüfung
Gitterschnitt
Dornbiegeversuch
UND für Class 3:
< 5000 µOhm per square inch
(direkt nach der Passivierung)
< 10000 µOhm per square inch
(nach 168 h NSS)
Leipzig, 01.03.2012
Korrosionstests
Kondenswasserkonstantklima
Kondenswasserwechselklima
essigsaurer Salzsprühnebel
Filiformkorrosion
Beständigkeit gegen Wasserdampf
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SurTec International
Listungen
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Listungen
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Listungen
Gefahrlose Handhabung
Leipzig, 01.03.2012
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SurTec International
Listungen
Anwender
Ade Metallveredelung GmbH
AHC Oberflächentechnik GmbH
Althaus Galvanik- und Pulverbeschichtungs GmbH
Alutronic Kühlkörper GmbH & Co. KG
Alwin Müller GmbH & Co. KG
August Dalbeck GmbH
Bianca Hoppe Metallveredelung
Barth Galvanik GmbH
BINE GmbH
BLEWA Metallverarbeitung GmbH
Carl Zeiss Jena GmbH
Daub CNC Technik GmbH & Co.KG
Dekotec GmbH
Diener & Rapp GmbH & Co.KG
E. Jösel GmbH
ECO Heubach OHG
Friedrich Haug GmbH
GAlTi Oberflächenveredelung
Galvano Meyer GmbH
Galvanotechnik Baum GmbH
Gebrüder Wigl GmbH
Gerd Haas GmbH
Gerich e.K. Metallveredelung & Eloxalbetrieb
GOT mbH Jena
Guggenberger-Aschenauer Metallveredl.werk GmbH
Harry Maass Galvano u. Härtetechnik GmbH
Leipzig, 01.03.2012
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Heiche Oberflächentechnik GmbH
Hella KGaA Hueck & Co.
Hensger&Sohn GmbH
Galvanik Heyer GmbH
HFJ Galvano Kiel GmbH
Holder Oberflächentechnik GmbH
Karl Sauer GmbH
Kuhle Industriegalvanik
Lübbecker Metallveredlung Horst Klausing GmbH
Luther & Maass GmbH
Metallveredlung Blümich GmbH
Metalux Metallveredel. GmbH
Möller-Wedel GmbH
Oberflächen Neidhardt GmbH
Oberflächen Technik Tornesch
Penz Galvanotechnik GmbH
PRONTOR GmbH
Pulverbeschichtungen Freienohl GmbH & Co. KG
Rapp Oberflächenbearbeitung GmbH
Rohde AG Rüdiger
Günther GmbH
Rüge Galvanotechnik e.K.
Steremat Galvanik GmbH
T + H Oberflächenbehandlung GmbH
Walter Otto Müller GmbH & Co.KG
Wandel GmbH
SurTec International
Zusammenfassung
SurTec 650 chromitAL®
geeignet für hoch- und niedriglegiertes Aluminium, Magnesium & Zinkdruckguss
problemlose Umstellung von Chromatierung auf dreiwertige Passivierung
gleicher Prozessablauf
gleichwertiger Korrosionsschutz
niedriger Kontaktwiderstand
exzellenter Haftgrund für Lacke, Pulverbeschichtungen und Klebstoffe
Vereinfachung der Abwasserbehandlung
Verbesserung der Bad- und Prozessstabilität
chromitAL ist als „Never-dump-System“ einsetzbar
(Diverse Kundenbäder: > 3 Jahre, keine künstliche Verjüngung notwendig)
hohe Toleranz gegenüber Fremdionen (z.B. Ausfällen von Kupfer und Aluminium)
keine störenden Reaktionsprodukte
Die dreiwertige Passivierungen ist etwas hitzeresistenter
entspricht RoHS, WEEE, ELV; Konzentrat kein Gefahrgut
Freigaben: QPL, QUALICOAT, GSB
Leipzig, 01.03.2012
30
SurTec International
Thank you
Small enough to listen,
big enough to serve.
SurTec
International GmbH
www.SurTec.com