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Die sichere Alternative zur Chromatierung Dreiwertige Vorbehandlung

Die sichere Alternative zur Chromatierung

Im Zuge der Umstellung 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.

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 anschließenden 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.

Durch REACH werden nur 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 kennzeichnungspflichtig. 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 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.

Allgemeine Prozessunterschiede 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 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-basierende chromfreie Systeme können direkt in einem Prozessschritt mit Kalkmilch gefällt und der Niederschlag anschließend filtriert und entsorgt werden.

Chrom(III) versus chromfrei
Um die Leistungsfähigkeit eines Chrom(III)-haltigen und eines chromfreien 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 eine 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 Prüflinge wurden danach entsprechend der geltenden Qualicoat-Norm getestet und bewertet.

Ergebnisse hinsichtlich Lackhaftung
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.

Ergebnisse hinsichtlich Essigsauren Salzsprühtest
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 Qualicoat-Vorgaben entspricht. Die Chrom(III)-haltige Vorbehandlung schneidet aber besser ab, und die Überlegenheit imKorrosionsschutz 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 Qualicoat-Vorgaben 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 Korrosionsschutzeigenschaften 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 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.

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