Passiver Korrosionsschutz
Der passive Korrosionsschutz besteht darin, daß der Werkstoff mit einer Schutzschicht überzogen wird. Wesentliche Voraussetzung für einen wirksamen passiven Korrosionsschutz ist die Oberflächenvorbehandlung.

Oberflächenvorbereitung

Das Ziel der Oberflächenvorbereitung ist die Herstellung einer qualitätsgerechten Oberfläche bezüglich Reinheit und Rauheit, entsprechend den Forderungen der jeweiligen Vorschrift des vorgesehenen Korrosionsschutzverfahrens.

Wie wichtig die Einhaltung der Qualitätsanforderungen ist, zeigen Statistiken führender Industrieländer, die nachweisen, daß etwa zwei Drittel der Korrosionsschäden auf keine bzw. ungenügende Oberflächenvorbehandlung zurückzuführen sind.

Es wird unterschieden zwischen chemischen und mechanischen Oberflächenvorbehandlungsverfahren:

Der Einsatz chemischer Verfahren wird dann gewählt werden, wenn ein Fertigungsverfahren folgt, das keine trockene Oberfläche erfordert (Metallabscheidung).

Chemische Oberflächenvorbehandlung

Neuerdings ist die chemische Oberflächenvorbehandlung gegenüber der mechanischen im Vormarsch,

weil im Falle mechanischer Vorbehandlung z.B.

Þin der Nähe hochwertiger Anlagen oder Apparate die Gefahr der Beschädigung durch Irrläufer von Strahlmittelteilchen besteht,

Þeine Zündung durch Funkenbildung bei Instandsetzungen in explosionsgefährdeten Räumen nicht auszuschalten ist,

Þdie Gefahr der Luftkontamination besteht,

Þdie notwendige Einhausung plus Beseitigung von toxisch verseuchten Strahlmitteln teuer ist (Bleimennige). 

ÞBeschichtungssysteme nehmen zu, die für ihre Applikation nicht so hohe Säuberungsgrade benötigen („oberflächentolerante Antrichsysteme“).

ÞChemische Abbeizer, sog. Stripper, sind sowohl verwendbar für die Beseitigung von Altanstrichen auf Stahl als auch auf Betonoberflächen.

Nach Einwirkung (Zerstörung des Schichtaufbaus) erfolgt eine Säuberung meist durch Wasser-Hochdruck-Reinigen).

Stripper aller Kategorien sind prinzipiell nicht verwendbar zur Entfernung von hochvernetzten chemisch resistenten Anstrichsystemen wie z.B. Novolack-Epoxide und Vinylester.

Man unterscheidet 3 Arten von Strippern:

·lösemittelbasierte (Quellmittel),

·alkalische (Hydrolyse bewirkende),

·SARA's (Selective Adhesion Releasing Agents)

Lösemittelbasierte Stripper

Früher auf der Basis von Methylenchlorid ( flüchtig, toxisch, entflammbar), jetzt auf der Basis von 

N-methyl-Pyrrolidon oder zweibasiger Ester (nicht flüchtig, lange Einwirkungszeit möglich, biologisch abbaubar)..

Wirkung:

Sie penetrieren die Schichten des Anstrichsystems, diffundieren langsam bis auf die Substratoberfläche und zerstören durch infolge der Quellung auftretender starker Druckspannungen die Beschichtung.

Vorteil:

Gut geeignet für alte alkydbasierte Bleimennigeanstriche von z.B. Brücken.

Nachteil:

Für die meisten modernen Beschichtungssysteme nicht geeignet.

Alkalische Abbeizer

Basieren auf alkalischen Verbindungen wie Na-, K-, Ca- und Mg- Hydroxiden.

Sie wirken vornehmlich über alkali-induzierte Hydrolyse von Ester-gruppen (Verseifung). 

Gut geeignet zur Entfernung von Epoxy-Estern, gesättigten Polyethern, Vielschicht-Alkyd-systemen bis zu 500µm SD.

Epoxid- Anstriche haben keine Estergruppen. Sie werden demzufolge von alkalischen Abbeizern nicht angegriffen.

Nachteile:

Gemessen am Einsatz von lösungsmittelbasierten Strippern müssen größere Mengen von Abbeizern für gleiche Schichtdicken von Anstrichstoffen verwendet weren.

Außerster Arbeitsschutz (Lauge!) muß beachtet werden, Schutzkleidung, Brille, Handschuhe.

Oberflächen müssen danach neutralisiert werden. 

SARA's (Selective Adhesion Release Agents)

Wasserbasierte Makroemulsion aus einer nichtpolaren Phase emulgiert in einer polaren.

Die nichtpolare Phase ist eine Mischung aus Lösungsmitteln, die entweder löslich in oder mischbar mit Wasser sind. Die polare Phase ist vorzugsweise Deionisat, enthält jedoch noch andere polare Moleküle.

SARA's sind 100%ig biologisch abbaubar in Wässern und Böden.

3 Phasen der Einwirkung:

-Der Stripper diffundiert in die Anstrichschichten bis an das Substrat heran und erzeugt Spannungen und physikalische Veränderungen in der Schicht. Gleichzetig erzeugt eine paraffinische Phase einen oberflächlichen Verdampfungsschutzfilm auf der Stripperschicht.

-An der Grenzfläche Substrat /Primerschicht des Anstrichsystems wird in folge starker mechanischer Spannungen durch Quellvorgänge ein negativer Druckgradient aufgebaut.

-An der Substratoberfläche werden durch selektive Zersetzung einer Stripperkomponente (H2O2) Blasen atomaren Sauerstoffs erzeugt. Diese Gasblasen zusammen mit den Druckgradienten in der Schicht bewirken eine völlige Zerstörung des Anstrichstoff-Aufbaus. 

Nachträglich wird mit Hochdruckwasser nachgewaschen.

Vorteile:

Effektive Entfernung von multiplen Schichten von 1K- Anstrichen, wie Alkyd, Latex, Epoxy-ester, 

Öl modifizierte Polyurethane, Wasser bindende Polyurethane.

Zerstörung eines breiten Spektrums von wasserbasierten, lösemittelbasierten, lösemittelfreien 

2K-Systemen, wie z.B. Amin- und Polyamid-Epoxide, Acryl- oder Polyester- Urethane.

Keine besonderen AS-Vorkehrungen notwendig, wie Schutzhandschuhe und -brille etc.

Nachteile:

Etwas längere Einwirkungszeit, auch hier kein Angriff auf hochvernetzte, chemisch resistente Anstriche möglich.

Optimierter Einsatz von SARA's in Kombination mit einer nachfolgenden Beschichtung mit modernen oberflächentoleranten (penetrierenden) Anstrichsystemen.

(Lit.:PCE Protective Coatings Europe · volume 5 · number 8 · June 2000)

Mechanische Verfahren

Mechanische Verfahren werden vor allem dann angewendet, wenn das nachfolgende Korrosionsschutzverfahren eine trockene Oberfläche verlangt, wie das bei den verschiedenen Anstrichsystemen oder bei der Spritzmetallisierung der Fall ist.

Artfremde Verunreinigungen, wie z.B. Fertigungshilfsstoffe, Fette, Öle, Anstrichstoffreste, Ruß, Schmutz, als temporärer Korrosionsschutz eingesetzte Wachse etc. werden meist chemisch in alkalischen Entfettungslösungen bei etwa 50°C entfernt.

Alkalische Industrie-Reiniger enthalten u.a. Natriumhydroxid, Natriumkarbinat, Phosphate, Silikate, Netzmittel, andere Tenside und Komplexbildner.

Das Reinigen und Entfetten in organischen Lösungsmitteln, das früher häufig genutzt wurde, ist heute aus ökologischen Gründen undiskutabel.

Arteigene Verunreinigungen, wie Rost und Zunder werden chemisch oder mechanisch entfernt.

Das chemische Verfahren besteht vorzugsweise aus einem Beizen in inhibierten Säuremischungen. 

Die mit mechanischen Verfahren erreichten Oberflächenreinheiten werden in Säuberungsgrade eingeteilt. Säuberungsgrad SA 1 bedeutet, daß die Oberfläche frei von losem Rost und Zunder ist. SA 1 bis SA 2 bezeichnet eine Fläche, die zum großen Teil frei von Rost und Zunder (SA 2) ist. Sind Rost und Zunder nur noch als Schattierung vorhanden, ist SA 2,5 erreicht. SA 3 bedeutet absolute Rost- und Zunderbeseitigung. Die Forderungen an die zu beschichtenden Oberflächen sind für

-Anstrichstoffbeschichtung : SA 2,5 oder 3 (je nach Verarbeitungsvorschrift;

-Feuerverzinken: SA 3;

-Spritzmetallisieren, Plasmaspritzen: SA 3.

Verfahren der mechanischen Oberflächenvorbehandlung:

-Handentrostung;

-Rotationsgleitschleifen und Vibrationsgleitschleifen für Massen- und Kleinteile;

-Reinigungsstrahlen (Druckluft oder Schleuderrad).

Anorganische Schutzschichten

Metallische Schutzschichten

Bei metallischen Schutzschichten unterscheidet man zwischen anodisch und kathodisch wirksamen Schutzschichten.

Anodisch wirksame Schutzschichten (Zink, bedingt Aluminium), weisen einen besseren Korrosionsschutz pro Schichtdickeneinheit auf als kathodisch wirksame (Kupfer, Nickel, Chrom, Messing und ihre Kombinationen).

Schutzdauer

Bei atmosphärischer Beanspruchung ist bei Zinkschichten die Schutzdauer unabhängig von der Herstellungstechnologie proportional zur Schichtdicke. Als Faustregel gilt, daß der jährliche Zinkabtrag bei Freibewitterung in reiner Atmosphäre 1 bis 2 µm, in stark verunreinigter Industrieatmosphäre 10 bis 20 µm beträgt. Eine Chromatierung wirkt sich stets schutzdauerverlängernd aus. Durch Metallspritzen hergestellte Zink- und Aluminiumschichten weisen eine gegenüber Feuerzink- bzw. galvanischen Zinkschichten etwa auf die Hälfte verringerte Schutzdauer auf.

Kathodisch wirksame Schutzschichten, die in der Regel galvanisch hergestellt werden, gewährleisten bei normgerechter Ausführung einen Korrosionsschutz von etwa 3 - 4 Jahren bei atmosphärischer Bewitterung.

Herstellung:

Galvanisch hergestellte Schutzschichten

Galvanisch werden Schutzschichten vorwiegend aus Zink, Kupfer, Nickel, Chrom Zinn und (mit Sonderverfahren) Aluminium hergestellt.

Übliche Schichtdicken liegen bei Zink zwischen 5 und 25 µm, bei den anderen Metallen, insbesondere bei Metallkombinationen zwischen 5 und 50 µm.

Schmelztauchschutzschichten

Durch Schmelztauchen, auch Feuermetallisieren genannt, werden Schutzschichten aus Zink, Aluminium, Blei, Zinn und Kupfer hergestellt, wobei Zink eine dominierende Stellung einnimmt.

Eine große wirtschaftlicher Bedeutung haben feuerverzinkte Halbzeuge, wie Stahldraht und Bandstahl, die in kontinuierlichen Verfahren feuerverzinkt werden.

Spritzmetallschutzschichten

Spritzmetallschutzschichten, vorwiegend aus Zink und Aluminium, werden angewendet, wenn ein langlebiger und/oder wartungsarmer Korrosionsschutz erreicht werden soll und wenn

-dieses durch Anstriche nicht möglich ist,

-Feuerverzinken infolge Bauteilgröße und-form nichr möglich ist bzw. der technologische Ablauf ein Feuerverzinken nicht erlaubt, 

-der Einsatz von KT- Stahl nicht möglich ist,

-die korrosionstechnischen Gegebenheiten Spritzmetallschutzschichten erfordern.

Das Verfahren stellt die einzige Möglichkeit dar, auch unter Baustellenbedingungen metallische Schutzschichten auf Stahl aufzubringen. Hierbei wird das geschmolzene Metall mittels Druckluft auf die vorher gestrahlte Metalloberfläche geschleudert.

Das Schmelzen des Überzugsmaterials erfolgt bei Metallen durch Gasbrenner (Flammspritzen), mittels elektrischem Lichtbogen (Lichtbogenspritzverfahren) oder (bei anderen Materialien, z.B. Oxiden) mittels elektrischem Plasma (Plasmaspritzen).

Weitere Metallbeschichtungsverfahren sind z.B. Chemisches Vernickeln, Thermische Vakuumbedampfung (Aluminieren von Bandstahl zwischen 1 und 5 µm).

Anorganisch-nichtmetallische Schutzschichten

Aus dem Grundmetall aufwachsende Schutzschichten:

Oxid-, Phosphat-, Chromat-, Nitrid-, Carbonitirid- und Boridschichten.

Emaillierung:

Aufbringen des Grundemails in Form einer Aufschlämmung (Schlicker) oder in Pulverform. Einbrennen bei 800°C (bei Stahl) oder bei 500°C (bei Aluminium).

Emails sind modifizierte Gläser. Bei der Betrachtung ihrer Eigenschaften muß davon ausgegangen werden, daß die Schutzschichten empfindlich gegen Schlag und Thermoschock sind.

In Sonderfällen werden zementgebundene Schutzschichten verwendet.

Weitere moderne Entwicklungstendenzen in der Beschichtungstechnologie werden unter der Bezeichnung High-tech-Finishing in einer besonderen Vorlesung abgehandelt werden.

Organische Schutzschichten

Organische Schutzschichten werden durch die Applikation von Anstrichstoffen oder Plastbeschichtungspulvern auf den zu schützenden Oberflächen hergestellt. Diese Beschichtungsstoffe werden meist in mehreren Arbeitsgängen durch Streichen, Spritzen, Tauchen oder ähnliche Verfahren aufgebracht. Sie müssen dann möglichst schnell trocknen oder aushärten. Wichtige Eigenschaften dieser Schichten sind ihre Haftfestigkeit auf der Unterlage (Grundanstrich) sowie ihre Resistenz gegenüber auftretenden chemischen und mechanischen Beanspruchungen (Deckanstrich) bei Gebrauch.

Wesentlich für ihre Schutzfunktion ist ist ihre Undurchlässigkeit gegenüber einwirkenden Medien. Bei Vorhandensein von Poren kann von diesen Stellen aus die Unterrostung beginnen und und der Anstrich zerstört werden.

Aus diesen Gründen werden im Korrosionsschutz entsprechend den auftretenden Beanspruchungen mehrere Anstrichschichten aufgetragen, die das Anstrichsystem ergeben. Dieses besteht aus einer unterschiedlichen Anzahl von Grund-, Zwischen- und Deckanstrichen. Sie bilden die Barriere zwischen zu schützender Oberfläche und Umwelt.

Die Beschichtungsstoffe können außerdem durch ihre vielseitigen unterschiedlichen Formulierungsmöglichkeiten und Herstellungsarten den jeweiligen chemischen und mechanischen Einwirkungen angepaßt werden.

Die Bedeutung der organischen Schutzschichten für den Korrosionsschutz beruht vor allem darauf, daß sie in besonders großem Umfang zu wirtschaftlich günstigen Bedingungen und mit guter Haltbarkeit für diese Zwecke eingesetzt werden können. Nach entsprechender Vorbehandlung können praktisch alle Werkstoffe beschichtete werden. 

Anstrichstoffe

Unter einem Anstrichstoff versteht man einen flüssigen bis pastenförmigen Beschichtungsstoff, der aus Bindemitteln oder Bindemittel-Lösungen und gegebenenfalls aus Pigmenten, Füllstoffen und verschiedenen Zusätzen besteht und durch ein geeignetes Verfahren aufgetragen wird. Der Anstrichstoff ergibt nach physikalischer und/oder chemischer Trocknung einen Anstrich.

Die Motivation für die weiteren Entwicklungen auf dem Anstrichstoffsektor läßt sich auf folgende Schwerpunkte zurückführen:

-Wirtschaftlichkeit

-Energie- und Rohstoffsituation

-Ökologie

-Qualität


Beratung / Werkstofftechnik 

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