Die sichere Alternative zur Chromatierung

VORBEHANDLUNG
J OUR NAL FÜR OBER FL ÄCHEN T ECHNIK
Dreiwertige Vorbehandlung
Die sichere Alternative zur
Chromatierung
Die kommende Einschränkung von Chrom(VI) durch REACH bedeutet für die Oberflächentechnik nicht
zwangsläufig, dass komplett auf Chrom verzichtet werden muss. Chrom(III)-haltige Konversionsschichten
stellen eine leistungsfähige und sichere Alternative dar, die auch höchste Ansprüche an Qualität und
Langlebigkeit erfüllt. Die vergleichende Untersuchung eines Chrom(III)-haltigen und eines chromfreien
Systems soll mögliche Unterschiede in der Leistungsfähigkeit aufzeigen.
I
Eine ausführliche Beratung durch
das Fachpersonal des Chemielieferanten ist Voraussetzung für eine optimale Auswahl des alternativen Systems.
Ob im Tauchen oder Spritzen gearbeitet werden soll, und ob ein Rinse- oder
No-Rinse-Prozess zum Einsatz kommen kann, wird in den meisten Fällen
durch das Layout der bestehenden Vorbehandlungsanlage vorgegeben.
Weit wichtiger ist es, auch kundenspezifische und endkundenspezifische
Wünsche zu beachten. Hierbei können die Anforderungen an die technische Leistungsfähigkeit wie Korrosionsschutz oder Haftfestigkeit der an-
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m Zu ge der Um s tel lu ng von
Chrom(VI)-haltigen Vorbehandlungen auf alternative Systeme stellt sich
für viele Beschichter die Frage: Welche
Vorbehandlung ist besonders robust
und bietet den bestmöglichen Korrosionsschutz?
Die Vielzahl an Alternativen, die
von diversen Lieferanten angeboten
werden, ist kaum überschaubar. Sie
reichen von chromfreien Systemen,
basierend auf Zirkonium und / oder
Titan silanbasierte Lösungen bis hin
zu Chrom(III)-haltigen Produkten, jeweils für die sogenannte „Rinse“- oder
„No-Rinse“-Anwendung.
Bild 1: Abschätzung der Qualität unterschiedlicher Verfahren in Bezug auf den
Korrosionsschutz
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schließenden Beschichtung eine Rolle
spielen. Aber auch die anwendungsbezogene Performance wie die Robustheit
des Prozesses, die Prozesssicherheit sowie die Art der Qualitätskontrolle sind
signifikant.
Chromatfrei oder chromfrei?
Bei der Umstellung von Chromatierungen wird Beschichtern – zu Unrecht –
häufig nahegelegt, sich für chromfreie
Systeme zu entscheiden. Es wird argumentiert, dass die Verwendung von
Chrom(VI)-Verbindungen ab September 2017 durch REACH verboten wird
und auf Chrom daher verzichtet werden müsse. Den Beschichtern wird dabei verschwiegen, dass Chrom(VI)-frei
nicht automatisch auch chromfrei bedeutet.
D u rch R E ACH werden nu r
Chrom(VI)-Verbindungen beschränkt.
Chrom(III)-Verbindungen, entsprechende Prozesslösungen und auch
mit Chrom(III) behandelte Oberflächen sind nicht betroffen. Chrom(III)
ist Chrom in seiner stabilsten Oxidationsstufe. Sein Oxid ist ungiftig und
nicht kennzeichnungspf lichtig. Aus
früheren Studien ist bekannt, dass die
Verwendung von Chrom(III) entscheidend für einen möglichst guten Korrosionsschutz ist [1-6]. Warum also sollte
freiwillig auf die positiven Eigenschaften von Chrom beim Korrosionsschutz
verzichten werden, wenn es gar nicht
notwendig ist?
Wie Bild 1 verdeutlicht, ist bei Verwendung chromhaltiger Systeme auch
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die Spanne zum Erreichen der Mindestanforderung beim Korrosionsschutz wesentlich größer. Im Umkehrschluss bedeutet dies für den Beschichter eine größere Sicherheit, um die
gewünschten Qualitätsanforderungen
zu erreichen.
Bei der Umstellung auf alternative Systeme ist neben der eigentlichen Konversionsbehandlung der Prozesswasserhaushalt am wichtigsten. Im Gegensatz zu Chromatierungen müssen
sowohl chromfreie Prozesse als auch
solche auf Basis von Chrom(III) in
vollentsalztem Wasser angesetzt werden. Ebenso muss die eventuell nachfolgende Spüle von sehr guter Qualität
sein, um einen sehr guten Korrosionsschutz sowie optimale Lackhaftung zu
gewährleisten.
Die Abwasseraufarbeitung gestaltet sich jedoch wesentlich einfacher als
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Allgemeine Prozessunterschiede
Bild 2: Gegenüberstellung der Abwasserbehandlung von Chrom(VI)- und Chrom(III)-haltigen
Abwässern
bei Chromatierungen: Während bei
Chromatierungen das Chrom(VI) zunächst zu Chrom(III) reduziert werden
muss und erst im Anschluss mit Kalkmilch gefällt werden kann, entfällt bei
den Chrom(III)-haltigen Lösungen
dieser erste Reduktionsschritt. Auch
Zirkonium- und /oder Titan-basieren-
de chromfreie Systeme können direkt
in einem Prozessschritt mit Kalkmilch
gefällt und der Niederschlag anschließend filtriert und entsorgt werden.
Chrom(III) versus chromfrei
Um die Leistungsf ähigkeit eines
Chrom(III)-haltigen und eines chrom-
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Bakterienschleim, Pilzfäden, Schwimmschlamm,
verklebte Tücher, instabile Flockung,
überschrittene Metallgrenzwerte.
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tenden Qualicoat-Norm getestet und
bewertet.
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Ergebnisse hinsichtlich
Lackhaftung
Bild 3: Prozessfolge für die Chrom(III)-haltige Konversionsschicht inklusive Vorbehandlung.
Da es sich hierbei um einen No-Rinse-Prozess handelt, ist eine Spüle nach der Konversions­
behandlung nicht notwendig.
freien Systems zu vergleichen, wurden
zwei entsprechende Verfahren hinsichtlich Lackhaftung und Korrosionsschutz auf der Aluminiumlegierung
EN-AW 6060 untersucht. SurTec 653
als Chrom(III)-haltige No-Rinse-Vorbehandlung wurde vergleichend mit
einem chromfreien Produkt (ebenfalls
im No-Rinse-Verfahren) in der Spritzanwendung getestet. Die Vorbehandlung war für beide Systeme jeweils ei-
ne saure Beizentfettung, gefolgt von
zwei Spülen mit VE-Wasser und der
abschließenden Konversionsbeschichtung (Bild 3). Die in beiden Fällen farblose Schicht wurde bei 100 °C im Heißluftofen getrocknet. Nach dem Abkühlen erfolgten die Applikation und das
Einbrennen des Polyester-Pulverlackes
bei 200 °C.
Die so beschichteten Prüf linge
wurden danach entsprechend der gel-
Die erzielten Ergebnisse hinsichtlich
Lackhaftung sind beim chromfreien
und Chrom(III)-haltigen System vergleichbar (siehe Tabelle 1). Bild 4 zeigt
exemplarisch die Ergebnisse der mit
SurTec 653 beschichteten Proben. Insgesamt werden mit beiden Systemen
sehr gute Ergebnisse erzielt. Ergebnisse hinsichtlich
Filiformtest
Die vorbehandelten und lackierten
Proben wurden für die Filiformprüfung mit einem Ritzstichel nach Sikkens mit jeweils zwei Ritzen, die senkrecht zueinander standen und längs beziehungsweise quer zur Walzrichtung
verliefen, verletzt. Die Ritze wurden
anschließend mit Salzsäure (38 %) gemäß Qualicoat beimpft und anschließend im Prüfklima bei 40 °C und 82 %
relativer Luftfeuchtigkeit ausgelagert.
Wie schon bei den mechanischen Prüfungen zeigte im vorliegenden Fall
auch die Filiformprüfung keinen Unterschied zwischen dem Chrom(III)haltigen und dem chromfreien System.
Nach einer Belastungszeit von 1000
Stunden im Prüfklima konnten bei beiden Systemen keine Filiformfäden festgestellt werden.
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Ergebnisse hinsichtlich
Essigsauren Salzsprühtest
Bild 4: Die Ergebnisse der Lackhaftungstests für das System SurTec 653
Test
Chrom(III)-haltig,
No-Rinse SurTec 653
Lack
Kugelschlag, 60 cm
Chromfrei, No-Rinse
Polyester-Pulverlack
keine Risse, keine Enthaftung
keine Risse, keine Enthaftung
Gitterschnitt
Gt0
Gt0
Kugelschlag 60 cm auf
Gitterschnitt
Gt0
Gt0
keine Risse, keine Enthaftung
keine Risse, keine Enthaftung
6,15 mm
6,45 mm
Dornbiegetest 5 mm Dorn
Erichsentiefung ≥ 5 mm
Tabelle 1: Übersicht über die Lackhaftungsergebnisse des Chrom(III)-haltigen sowie des chromfreien Systems
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Beim Essigsauren Salzsprühtest (ESS,
nach DIN EN ISO 9227) wurden die
Proben wieder mit einem Ritzstichel
nach Sikkens in Form eines Andreaskreuzes verletzt, dann für 1008 beziehungsweise 2016 Stunden in den Test
gegeben und anschließend bewertet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst, und Bild 5 zeigt die
Ansicht der Proben nach den jeweiligen Belastungszeiträumen.
Es ist zu erkennen, dass nach 1008
Stunden sowohl das chromfreie als
auch das Chrom(III)-haltige No-Rinse-Verfahren SurTec 653 den QualicoatVorgaben entspricht. Die Chrom(III)haltige Vorbehandlung schneidet aber
besser ab, und die Überlegenheit im
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Chrom(III)-haltige System diese Vorgaben deutlich. Geringe Schwankungen im industriellen Beschichtungsprozess und Qualitätsunterschiede
beim Halbzeug können besser kompensiert werden. SurTec 653 ist unter
der Zulassungsnummer A-111 als alternatives Vorbehandlungssystem der
Qualicoat zugelassen.
Bild 5: Ansicht der Proben nach 1008 beziehungsweise 2016 Stunden Essigsauren
Salzsprühtest
Korrosionsschutz wird umso deutlicher, je länger die Prüfdauer ist. Nach
2016 Stunden zeigt sich, dass die unterwanderte Fläche bei der Chrom(III)haltigen Vorbehandlung nur halb so
groß ist wie bei der chromfreien Oberfläche. Im Falle von SurTec 653 werden
selbst nach 2016 Stunden die QualicoatVorgaben noch eingehalten.
Zusammenfassung
Die zeitnahe Einschränkung von
Chrom(VI)-Verbindungen muss in der
Oberflächentechnik und in der Vorbehandlung von Aluminium nicht
zwangsläufig in eine Chrom-Freiheit
münden. Auf die positiven Korrosions-
schutzeigenschaften von Chrom(III)haltigen Konversionsschichten muss
nicht verzichtet werden.
In der vorliegenden Untersuchung
wurde gezeigt, dass beide alternativen
Systeme, mit und ohne Chrom(III),
den Anforderungen der Gütegemeinschaft Qualicoat entsprechen. Im direkten Vergleich und im Hinblick
auf den Korrosionsschutz schnitt das
Chrom(III)-haltige Verfahren jedoch
deutlich besser ab. Durch die Verwendung von Chrom(III) wie in SurTec
653 kann somit eine höhere Prozesssicherheit gewährleistet werden. Während chromfreie Systeme die Qualitätsvorgaben knapp erfüllen, übertrifft das
Blasenbil- Länge der Tiefe der UnUnterwanderte
dung Limit: Blase [mm] terwanderung
Fläche
SO
Soll ≤ 4 mm Soll ≤ 1 mm Soll ≤ 16 mm2/10 cm
Ergebnisse nach 1008 h
SurTec 653 Chrom(III)haltiges System
Chromfreies System
SurTec 653 Chrom(III)haltiges System
Chromfreies System
S0
1
S0
2
1
2
Ergebnisse nach 2016 h
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Dr. Corinna Weigelt
[email protected]
0,9
11,4
S0
1
1
4,7
S0
2
1
17,9
Tabelle 2: Zusammenfassung der Korrosionstestergebnisse
Literatur
[1] Jansen, Rolf und Preikschat, Patricia (2001): „Chrom(VI)Ersatz auf Zink – Nachbehandlungsverfahren in der Praxis“ in:
Berichtsband über das 23. Ulmer Gespräch 2001. Bad Saulgau:
Eugen G. Leuze Verlag, S. 33-41
[2] Jansen, Rolf und Preikschat, Patricia (2001): „Chromatierungen
und Passivierungen auf Zink und Zinklegierungen“ in: Jahrbuch
Oberflächentechnik, Band 57, 2001. Hannover: Giesel Verlag, S.
71-83
[3] Volk, Peter (2006): „Alternativen zur Chrom(VI)Vorbehandlung“ in: besser lackieren, 5/2006, Nr. 9, S 7
[4] Pohl, Jürgen und Möller, Ralf (2008): „Neue Vorbehandlung
auf Cr(III)-Basis“ in: JOT Journal für Oberflächentechnik 2008, Nr.
11, S. 58-61
[5] Volk, Peter (2010): „Chrom(III)-haltige Passivierung von
Zinkdruckguss“ in: Giesserei 2010, Heft 7, S. 22-27
[6] Volk, Peter (2013): Für jedes Zinkdruckguss-Bauteil die passende
Beschichtung finden“ in: MM MaschinenMarkt 34 2013, S. 32-34
Peter Volk
[email protected]
SurTec International GmbH,
Bensheim,
www.surtec.de
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