Eigenschaften und Erfahrungen pdf 2.2 MB
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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 2 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 3 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 4 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 5 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 6 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 7 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 8 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 9 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 10 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 11 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 12 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 Me Me Me Me Me 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 13 SurTec International Wie wird die Passivierungsschicht gebildet? Dicke der Passivierungsschicht Aluminium Passivierungsschicht SurTec 650 chromitAL® Leipzig, 01.03.2012 14 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 15 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 16 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 17 240 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 18 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 19 SurTec International Eigenschaften und Praxisbeispiele Filiformprüfung – Institut für Oberflächentechnik Auszug aus dem Ifo-Prüfbericht: Leipzig, 01.03.2012 20 SurTec International Eigenschaften und Praxisbeispiele Lackierte Oberflächen - Mechanische Prüfungen Gitterschnitt Dornbiegung Kugelschlag Kugelschlag auf Gitterschnitt Leipzig, 01.03.2012 21 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 22 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 23 400 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 24 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 25 SurTec International Listungen Leipzig, 01.03.2012 26 SurTec International Listungen Leipzig, 01.03.2012 27 SurTec International Listungen Gefahrlose Handhabung Leipzig, 01.03.2012 28 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 29 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