In der Oberflächentechnik kommen verschiedene Verfahren zur Anwendung, die den Korrosionsschutz und die Funktionalität metallischer Werkstoffe verbessern sollen. Dazu gehören auch das Chromatieren und das Passivieren. Beide verfolgen ähnliche Ziele, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich ihrer chemischen Grundlage, ihrer Wirkungsweise und der möglichen Einsatzfelder. Erfahren Sie hier bei Kluthe mehr zum Unterschied beider Methoden und warum die Entscheidung Passivieren oder Chromatieren mehr als nur eine Materialfrage ist.

Chemische Grundlagen von Passivierung und Chromatierung

Sowohl das Passivieren als auch das Chromatieren basieren auf Oberflächenreaktionen, bei denen die äußeren Schichten des Metalls in einen inaktiven Zustand versetzt werden. Dabei wird die natürliche Oxidschicht verstärkt und zugleich eine neue Schutzschicht aufgebaut. In beiden Verfahren geht es darum, Sauerstoff- und Feuchtigkeitseinwirkung zu minimieren und Korrosionsprozesse aufzuhalten.

Wirkprinzip der Passivierung

Beim Passivieren wird die Oxidschicht auf dem Metall mithilfe oxidierender Mittel wie Nitrit oder Permanganat chemisch umgewandelt und verdichtet. Dabei entsteht ein dünner, sehr dichter Schutzfilm, der die Metalloberfläche gegen elektrochemische Einflüsse abschirmt. Die Passivierungsschicht ist meist farblos bis leicht perlmuttschimmernd. Es gibt aber auch Blaupassivierungen auf Chrom(III)-Basis, die hellblaue Farben erzeugen.

Wirkprinzip der Chromatierung

Das Chromatieren beruht auf der Bildung von Chrom-Verbindungen auf der Metalloberfläche. Eine Chromatlösung reagiert mit dem Metall. Das Resultat ist eine mehrlagige Konversionsschicht, die neben passivierenden auch selbstheilende Eigenschaften besitzt. Kleinste Defekte verschließen sich durch nachgelagerte Chromatierungsreaktionen, wodurch sich die Langzeitkorrosionsbeständigkeit deutlich erhöht. Die Farbvarianten reichen von Gelb (Gelbchromatierung) über Olivgrün (Grünchromatierung) bis hin zu Schwarz (Schwarzchromatierung).

Prozessschritte beim Chromatieren und Passivieren

Ob es um das Passivieren oder Chromatieren eines Werkstücks geht, bedeutet für den Prozess selbst keinen großen Unterschied. Beide Varianten folgen einem standardisierten, für Konversionsverfahren typischen Ablauf.

Dieser besteht in aller Regel aus folgenden Schritten:

• Reinigen und Entfetten: Die Metalloberfläche wird von Fetten, Ölen und Partikeln befreit, um eine gleichmäßige Reaktion sicherzustellen.
• Aktivieren (optional): Bei einigen Materialien ist Beizen erforderlich, etwa bei Edelstahl zum Entfernen der natürlichen Oxidschicht.
• Behandeln in der Passivierungs- bzw. Chromatierungslösung: Das Werkstück wird in die Lösung eingetaucht oder mit dieser besprüht. Durch eine chemische Reaktion entsteht eine Konversionsschicht auf der Metalloberfläche.
• Spülen: Um unerwünschte Reaktionen und Fleckenbildung zu vermeiden, werden die Rückstände der Lösung gründlich mit Wasser abgespült.
• Trocknen: Zum Stabilisieren der Schutzschicht werden die Teile luft- oder warmluftgetrocknet.

Sowohl beim Chromatieren als auch beim Passivieren spielt die chemische Zusammensetzung der eingesetzten Lösungen eine zentrale Rolle. Traditionell wurde die Chromatierung mit Chrom(VI)-Verbindungen durchgeführt, mit denen sich besonders wirksame, farbintensive Schutzschichten erzeugen lassen. Aufgrund ihrer toxischen, umweltgefährdenden Eigenschaften ist ihr Einsatz inzwischen nur noch mit explizit erteilter Ausnahmegenehmigung gestattet, was einem faktischen Verbot gleichkommt. Moderne Chromatierungsverfahren setzen daher auf Chrom(III)-basierte Lösungen, die zwar einen leicht geringeren Schutz vor Korrosion bieten, aber deutlich umweltfreundlicher und gesetzeskonform sind.

Beim Passivieren kommen meist chromfreie oder Chrom(III)-haltige Lösungen zur Anwendung, die speziell für Edelstahl, Aluminium oder Zinklegierungen entwickelt wurden. Der damit erzielte Korrosionsschutz reicht für viele Einsatzfelder aus, erreicht aber nicht ganz die Leistung von Chromatierungen. Aus umwelttechnischer Sicht sind Passivierungsverfahren wie die REACH-konformen Blaupassivierungen im Vorteil.

Materialkompatibilität und Oberflächeneigenschaften im Vergleich

Ob das Passivieren oder das Chromatieren die jeweils bessere Lösung ist, hängt in erster Linie vom Werkstoff und den gewünschten Oberflächeneigenschaften ab. Die Passivierung eignet sich vor allem für Edelstahl und Aluminiumlegierungen, die auf natürliche Weise eine Oxidschicht ausbilden. Chromatieren ist ideal für galvanisch verzinkte Teile, stark beanspruchte Aluminiumbauteile und weitere unedle Metalle.

Passivierte Metalloberflächen bieten durch ihre glatte, geschlossene Oberfläche eine optimale Basis für dekorative Beschichtungen, erfordern jedoch oft zusätzliche Haftvermittler, um eine ausreichende Adhäsion zu bewirken. Chromatierte Schichten weisen mikroskopisch feine Rauheiten und Rissnetzwerke auf, wodurch sich ihre Benetzbarkeit für Schmierstoffe und die Haftung von Folgelacken, Klebstoffen und Dichtmitteln verbessern.

Das Passivieren hat kaum einen Einfluss auf die elektrische Leitfähigkeit des Metalls, da die dünne Oxidschicht nur minimal isolierend wirkt. Der mechanische Verschleißschutz ist jedoch begrenzt, da die Passivierungsschicht kein Selbstheilungsvermögen aufweist. Im Unterschied dazu zeigen chromatierte Oberflächen aufgrund der dickeren Konversionsschichten eine leicht verringerte Leitfähigkeit, punkten aber mit mechanischer Robustheit.

In Bezug auf den Korrosionsschutz hat die klassische Gelbchromatierung mit Chrom(VI) die höchste Schutzwirkung, vor allem bei Zinkoberflächen. Die auf Chrom(III) basierende Schwarzchromatierung erzeugt ebenfalls gute Werte, verliert jedoch hinsichtlich der Langzeitstabilität. Passivierungen, insbesondere chromfreie Varianten, bieten einen soliden Korrosionsschutz und eine hohe Verträglichkeit gegenüber Klebstoffen und Lacken.

Relevante DIN-Normen für das Chromatieren und Passivieren

Für das Chromatieren und Passivieren metallischer Oberflächen gelten verschiedene DIN-Normen, die sowohl die Beschichtungsverfahren als auch die Prüfmethoden und Qualitätsanforderungen regeln. Relevant ist vor allem die DIN EN ISO 4520. Diese befasst sich mit Chromat-Konversionsüberzügen auf elektrolytisch abgeschiedenen Zink- und Cadmiumschichten und setzt internationale Standards für Verfahren wie die Gelbchromatierung und Schwarzchromatierung.

Für die Passivierung nicht rostender Stähle ist die DIN EN 10088 von Bedeutung, die technische Lieferbedingungen und Hinweise zur Nachbehandlung, beispielsweise mittels Blaupassivierungen, inkludiert. Ebenfalls wichtig ist die DIN EN ISO 3613, die Prüfverfahren für Chromatierüberzüge auf Zink, Aluminium und deren Legierungen beschreibt, und damit für alle genannten Varianten anwendbar ist.

Chromatieren vs. Passivieren: Auswahlkriterien und Praxistipps

Bei der Wahl zwischen dem Passivieren und dem Chromatieren stehen die konkreten Anforderungen an das Material, die Einsatzumgebung und die Weiterverarbeitung im Vordergrund. Entscheidend sind die Legierungszusammensetzung des Metalls, die erforderliche Korrosionsschutzklasse und die gewünschte optische Erscheinung der fertigen Oberfläche. Daneben sind wirtschaftliche Faktoren und gesetzliche Vorgaben zu umweltschutzrechtlichen Beschränkungen zu berücksichtigen. Für Bauteile aus Aluminium oder Edelstahl empfiehlt sich die klassische Passivierung. Gleiches gilt für Projekte, für die eine farblose, gleichmäßig glatte Oxidschicht ohne selbstheilende Wirkung genügt.

Geht es hingegen um galvanisch verzinkte oder stark belastete Teile, die in aggressiven Umgebungen zum Einsatz kommen und haftverbessernde Schichten erfordern, eignet sich das Chromatieren besser. Für Anwendungsfelder mit hohen Umweltstandards empfiehlt sich die gezielte Suche nach chromfreien Alternativen. Tendenziell preiswerter ist das Passivieren. Letztlich hängt die Entscheidung davon ab, ob der Fokus auf maximaler Korrosionsbeständigkeit, dekorativer Wirkung oder Umweltfreundlichkeit liegt. Es gibt bislang kein Chromatisierungs- oder Passivierungsverfahren, das alles gleichermaßen abdeckt, aber einige Optionen, die sehr gute Kompromisse ermöglichen.

Kluthe-Produkte rund um das Chromatieren und Passivieren

Die Chemischen Werke Kluthe haben mit der Produktreihe DECORRDAL ein multimetallfähiges Vorbehandlungssystem entwickelt, das Reinigung, Beizen und Passivieren in einem abgestimmten Prozess kombiniert. Durch das Zusammenfassen dieser drei Schritte lassen sich Metalloberflächen für nachfolgende Chromatierungs- oder Lackierprozesse zeitsparend vorbereiten. DECORRDAL arbeitet mit moderaten Temperaturen und schafft eine energieeffiziente Alternative zu getrennten Einzelschritten.

Für die gezielte Vorbehandlung von Aluminium bietet Kluthe das Produkt HAKUPUR 50-706-2 an. Dieser speziell auf Aluminium abgestimmte Reiniger entfernt organische Verunreinigungen und löst vorhandene Oxidschichten gleichmäßig. Die Anwendung von HAKUPUR 50-706-2 schafft eine gleichförmige Basis für nachfolgende Passivierungs- oder Chromatierungsverfahren.

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Eine hochwertige Oberflächenvorbehandlung umfasst stets mehrere aufeinander abgestimmte Prozessschritte. Während die Reinigung die Grundlage für alle weiteren Behandlungen schafft, entscheidet insbesondere die anschließende Konversionsbehandlung über Haftung und Korrosionsbeständigkeit. Das sogenannte No-Rinse-Verfahren, das auch als spülfreie Konversionsbehandlung bezeichnet wird, erfolgt nach der Reinigung und erfordert kein Nachspülen mit Wasser. Damit erfüllt es alle technischen Anforderungen an die nachfolgende Beschichtung und unterstützt zugleich die stetig wachsenden ökologischen und gesetzlichen Ansprüche an nachhaltige Produktionsprozesse.

Was genau bedeutet No-Rinse?

No-Rinse, auf Deutsch: “kein Nachspülen” oder “spülfrei”, bezeichnet eine Konversions- bzw. Passivierungsbehandlung, die nach der Reinigung durchgeführt wird und keinen anschließenden Spülschritt mehr erfordert. Während bei konventionellen Konversionsverfahren die Prozesschemikalie gründlich abgespült werden muss, arbeitet die No-Rinse-Technologie, auch als spülfreie Behandlung bekannt, mit speziell formulierten, überwiegend wässrigen Systemen, die rückstandsfrei trocknen, ohne haftungsstörende oder korrosive Rückstände zu hinterlassen. Damit ist sie eine wirtschaftliche und zugleich umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen, häufig chrombasierten Passivierungsprozessen.

Die eigentliche Entfettung findet weiterhin als separater Prozessschritt statt. Erst im Anschluss erfolgt die No-Rinse-Konversionsbehandlung durch Tauchen, Sprühen oder Wischen. Die Formulierungen bilden eine haftvermittelnde, korrosionsschützende Oberfläche, die unmittelbar für weitere Verarbeitungsschritte wie Beschichten oder Kleben geeignet ist – ohne dass ein zusätzlicher Spülschritt notwendig wäre.

No-Rinse-Konversionssysteme sind so ausgelegt, dass sie sowohl eine stabile, funktionale Schicht ausbilden als auch die Verträglichkeit mit nachfolgenden Prozessschritten gewährleisten. Einige Produkte bieten zusätzlich temporären Korrosionsschutz während der Zwischenlagerung.

Vorteile von No-Rinse gegenüber herkömmlichen Verfahren

Das No-Rinse-Verfahren, auch als spülfreie Konversionsbehandlung bekannt, bietet im Vergleich zu klassischen, spülpflichtigen Konversionsverfahren mehrere Vorteile, die sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Aspekte betreffen. Da die Passivierung ohne Spülen erfolgt, reduziert sich der Spülwasserbedarf signifikant. Das schont Ressourcen, minimiert die Abwassermenge und verringert die Belastung von Kläranlagen und Umwelt. Zudem entfällt eine komplexe Spültechnik, was Anlagenaufbau, Platzbedarf und Betriebskosten reduziert.

Das No-Rinse-Verfahren ist bemerkenswert vielseitig und eignet sich für eine Vielzahl metallischer Werkstoffe, darunter Aluminium, Zink und deren Legierungen. Es lässt sich sowohl in manuelle als auch in automatisierte Prozesse integrieren. Diese Anpassungsfähigkeit macht No-Rinse-Systeme zu einer attraktiven Lösung für Unternehmen, die Effizienz und Qualität mit hohen Umweltstandards in Einklang bringen möchten. Um die Umstellung auf ressourcenschonendere Produktionsprozesse zu erleichtern, entwickelt Kluthe als Systemanbieter entsprechende No-Rinse-Lösungen, die sich problemlos in bestehende Produktionslinien integrieren lassen.

Chromfreies No-Rinse-Verfahren: Die nachhaltige Alternative

Chromfreie No-Rinse-Konversionsbehandlungen auf Basis von Zirkonium-Titan-Verbindungen erfüllen alle technischen Anforderungen an die nachfolgende Beschichtung und bieten gegenüber chromhaltigen Systemen zusätzliche Vorteile für Umwelt, Gesundheit und Nachhaltigkeit. Sie unterstützen die stetig wachsenden ökologischen und gesetzlichen Ansprüche an moderne Produktionsprozesse.

Industrielle Einsatzbereiche des No-Rinse-Verfahrens

Haupteinsatzgebiet der Vorbehandlung ohne Spülen ist die industrielle Metallverarbeitung, insbesondere in Anwendungsfeldern mit hohen Anforderungen an Korrosionsschutz, Haftfestigkeit und Wirtschaftlichkeit. Besonders verbreitet ist sie in folgenden Bereichen:

• Lackierung und Pulverbeschichtung: Konversionsbehandlung nach der Reinigung, um die Haftung zu verbessern und den Korrosionswiderstand zu erhöhen
• Automobilindustrie: für Karosserieteile, Fahrwerkskomponenten und andere Bauteile, die eine hochwertige Beschichtung erfordern
• Elektronikgehäuse und Haushaltsgeräte: Passivierung von Metallgehäusen, um einen gleichmäßigen, langlebigen Lackauftrag zu erzielen
• Vorbereiten vor Klebeprozessen: Gewährleisten der Haftfestigkeit struktureller Klebeverbindungen, z. B. in der Automobil- oder Luftfahrtindustrie

Dank moderner Applikationsmethoden wie der elektrostatischen Auftragung können auch Lochbleche und schwer zugängliche Bauteiloberflächen effizient behandelt werden. Mit ihrer Multimetallfähigkeit eignen sich No-Rinse-Systeme besonders gut für Betriebe, die unterschiedliche Metalle wie Stahl, Aluminium und Zink beschichten (z. B. Lohnbeschichtungsbetriebe). Durch die geringen Infrastrukturanforderungen eignen sie sich auch für flexible Fertigungszellen oder mobile Vorbehandlungsstationen.

Worin unterscheiden sich No-Rinse-Produkte von klassischen Vorbehandlungschemikalien?

Die Unterschiede sind vielfältig. Im Folgenden die wichtigsten Aspekte im Überblick:

Spülfrei vs. spülpflichtig

Klassische Vorbehandlungssysteme erfordern mehrere Prozessschritte: Reinigung, Spülen, ggf. Passivieren und Trocknen. Bei herkömmlichen Konversionsverfahren ist die Spülung essenziell, um Rückstände zu entfernen und die Oberfläche für nachfolgende Prozesse vorzubereiten. Mit No-Rinse-Konversionsprodukten behandelte Bauteile müssen lediglich trocknen und können dann sofort weiterverarbeitet werden.

SUPRABOND und DECORRDAL: Effektive No-Rinse-Produkte für nachhaltige Oberflächenvorbehandlung

Als Systemanbieter für nachhaltige Oberflächenvorbehandlung bietet die Chemische Werke Kluthe GmbH mit DECORRDAL AL 240 A und SUPRABOND zwei No-Rinse-Technologie-Lösungen, die höchste Anforderungen an eine effiziente, ressourcenschonende Passivierung von Metalloberflächen erfüllen.

SUPRABOND

SUPRABOND ist eine spülfreie Beschichtungslösung, die Passivierung, Korrosionsschutz und Antifingerprint-Eigenschaften in einem einzigen Prozess direkt während der Bandfertigung vereint. Beim Auftragen bildet das Produkt eine dünne Konversionsschicht, die Metalloberflächen zuverlässig vor Korrosion schützt und gleichzeitig einen Polymerfilm hinterlässt, der fettbedingte Verschmutzungen und Fingerabdrücke abweist. Als No-Rinse-System ermöglicht SUPRABOND einen nahtlosen Übergang zur nachfolgenden Lackierung ohne Spülschritt, was sowohl Wasser als auch Prozesszeit spart.

SUPRABOND eignet sich primär für Edelstahloberflächen, insbesondere in der Bandfertigung von Weiß- und Braunwaren. Darüber hinaus lässt es sich als No-Rinse-Technologie in Coil-Beschichtungslinien auf verzinktem Stahl und Aluminium anwenden.

DECORRDAL

Dieses phosphatfreie Dünnschichtverfahren auf Zirkoniumbasis kann herkömmliche Verfahren wie die Eisen- und die Zinkphosphatierung ersetzen, indem es hochwertige Oxid- und Zirkon-/Titaniumschichten auf Eisen-, Zink- und Aluminiumoberflächen erzeugt. Für die Aluminiumbeschichtung steht neben dem klassischen DECORRDAL AL 230 A die No-Rinse-Variante DECORRDAL AL 240 A zur Verfügung, die eine spülfreie Passivierung bei Raumtemperatur in Spritz- und Tauchverfahren ermöglicht. Das vereinfacht den Anlagenaufbau, steigert die Prozessstabilität und senkt den Spülwasserbedarf.

Beide Varianten arbeiten vollständig chromfrei und bieten damit eine umweltfreundliche, verlässliche Lösung für die Passivierung von Aluminium- und verzinkten Oberflächen. Sie sind von GSB und Qualicoat für die anschließende Pulverbeschichtung zugelassen, was ihre hohe Qualität und Zuverlässigkeit beweist. Damit tragen sie maßgeblich zur Ressourcenschonung und Umweltverträglichkeit in der industriellen Anwendung bei und markieren einen wichtigen Schritt in Richtung innovativer und verantwortungsvoller Oberflächenbehandlung.

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Was genau ist Korrosion?

Der Begriff Korrosion entstammt dem lateinischen Wort “corrodere”, das sich mit “zerfressen”, “zersetzen” oder “zernagen” übersetzen lässt. Aus technischer Sicht ist Korrosion die Reaktion eines metallischen Werkstoffs auf seine Umgebung, die zu einer messbaren Veränderung seiner Struktur führt. In den meisten Fällen ist dieser Vorgang elektrochemischer, manchmal aber auch chemischer oder metallphysikalischer Natur.

Es gibt verschiedene Arten von Korrosion. Zu den wichtigsten zählen:

Lochfraßkorrosion

Der sogenannte Lochfraß zeigt sich durch kleine, tiefe Löcher oder Vertiefungen an der Metalloberfläche. Besonders häufig tritt er in sehr feuchten oder aggressiven chemischen Umgebungen auf. Oftmals beginnt diese Form der Korrosion an lokalen Defekten wie Kratzern oder Rissen sowie im Bereich eingelagerter Fremdpartikel. Begünstigt wird der Lochfraß unter anderem durch hohe Temperaturen, das Vorhandensein von salz- oder chloridhaltiger Feuchtigkeit oder niedrige Strömungsgeschwindigkeit feuchter Medien (z. B. in Wasserkreisläufen).

Spannungsrisskorrosion

Damit es zur Spannungsrisskorrosion kommt, müssen drei Voraussetzungen erfüllt sein:

• Der Werkstoff muss angerissen sein.
• Eine Zugspannung muss vorliegen (z. B. Eigenspannung).
• Es muss ein spezieller Elektrolyt vorhanden sein (z. B. Chlor, Schwefel, Ammoniak).

Durch spannungsbedingte Versetzungsbewegungen entstehen an der Oberfläche des Metalls Gleitstufen, welche die korrosionshemmende Deckschicht (z. B. Oxidschicht) durchbrechen. Der spezielle Elektrolyt unterbindet die Neubildung der schützenden Schicht, wodurch der Korrosionsangriff weitergeht.

Flächenkorrosion

Bei der Flächenkorrosion bilden sich an der Metalloberfläche anodische (Metall auflösende) und kathodische (Elektronen verbrauchende) Areale. Diese stehen in ständigem Ortswechsel, wodurch es zu einer gleichmäßigen Korrosion kommt. Ist die Lageänderung der Bereiche nur schwer oder überhaupt nicht möglich, bilden sich lokal flache, trichterförmige Mulden. Daher wird diese Variante auch als Muldenkorrosion bezeichnet.

Galvanische Korrosion

Diese auch als Bimetall- oder Kontaktkorrosion bezeichnete Form wird durch die elektrochemische Reaktion zweier unterschiedlicher leitfähiger Metalle verursacht, zum Beispiel Stahl und Aluminium. Werden die beiden in elektrischem und galvanischem Kontakt stehenden Metalle zusammen in eine als Elektrolyt wirkende Flüssigkeit eingetaucht, baut sich eine elektrische Spannung auf. Diese bewirkt, dass Elektronen des aktiveren Metalls (Anode) in das edlere Metall (Kathode) wandern und dort eine Reaktion mit dem Elektrolyten auslösen. Durch die anschließende Reaktion des weniger edlen Metalls mit dem Elektrolyten entsteht ein geschlossener Stromkreis, der eine Redoxreaktion mit sich bringt. Die Anode wird oxidiert und sukzessive zerstört, die Kathode hingegen reduziert und geschützt.

Interkristalline Korrosion

Hierbei handelt es sich um die komplexeste Art der Korrosion. Die Zerstörung findet auf mikrostruktureller Ebene entlang der Korngrenzen von Metallen statt. Während das Korninnere weitgehend zerstörungsfrei bleibt, verlieren die einzelnen Körner in Grenznähe an Zusammenhalt. Bei einer Wärmebehandlung verbindet sich der im Stahl enthaltene Chrom mit dem Kohlenstoff zu Chromkarbid und steht somit nicht mehr für den Korrosionsschutz zur Verfügung. Dadurch wird die Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen aus Stahl beeinträchtigt.

Weitere Korrosionsarten bei Metallen und Metallwerkstoffen

Je nach Materialeigenschaften und den mechanischen und thermischen Belastungen bei der Metallbearbeitung und im jeweiligen Einsatzgebiet können zahlreiche weitere Formen der Korrosion zum Tragen kommen. Beispiele hierfür sind:

• Schwingungsrisskorrosion
• Unterwanderungskorrosion
• Messerlinienkorrosion
• Streustromkorrosion
• Erosionskorrosion
• Hochtemperaturkorrosion

Schäden durch diese Korrosionsarten lassen sich in erster Linie durch eine sorgfältige Materialauswahl und eine korrosionsgerechte Konstruktion verhindern.

Was ist Korrosionsbeständigkeit?

Als Korrosionsbeständigkeit wird die Fähigkeit eines Materials bezeichnet, seinen originalen Zustand und seine Funktionsfähigkeit auch in korrosiven Umgebungen aufrechtzuerhalten. Ob ein Werkstoff eine niedrige oder eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist, hängt unter anderem von seiner chemischen Zusammensetzung, seiner Mikrostruktur, seiner Oberflächenbehandlung und den Umgebungsbedingungen ab. Wie korrosionsbeständig ein Material ist, kann durch verschiedene Tests festgestellt werden, die seine Reaktion auf korrosive Einflussfaktoren simulieren. Gängige Prüfverfahren sind Salzsprühnebeltests, Temperaturwechsel- und Feuchtetests sowie elektrochemische Messungen.

In welchen Bereichen ist Korrosionsbeständigkeit besonders wichtig?

Eine hohe Korrosionsbeständigkeit ist in vielen Anwendungen von Bedeutung. Infrastrukturen wie Gebäude, Brücken und Pipelines müssen korrosionsfest sein, um ihre Sicherheit und Langlebigkeit zu gewährleisten. In der chemischen Industrie müssen Anlagen und Geräte aggressiven Chemikalien widerstehen können, um eine Gefährdung von Mensch und Umwelt auszuschließen und ihre Funktionalität sicherzustellen. Auch in der Automobilindustrie ist Korrosionsbeständigkeit unverzichtbar, da Fahrzeuge ständig unterschiedlichsten Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit müssen Stahlbauteile aufweisen, die in salzhaltiger Umgebung benötigt werden. Für Schiffe und Boote sind korrosionsfeste Materialien ebenso unerlässlich wie für Offshore-Windparks. Überdies ist Korrosionsfestigkeit in der Lebensmittelverarbeitung und der pharmazeutischen Industrie wichtig, um Hygiene und Sauberkeit zu gewährleisten.

Wie lässt sich die Korrosion von Stahlbauteilen verhindern?

Die Stahlindustrie und die Oberflächentechnik kennen verschiedene Mechanismen, die Bauteilen aus Stahl eine hohe Korrosionsbeständigkeit verleihen können. Ein Ansatz besteht darin, eine schützende Oxidschicht auf der Werkstückoberfläche zu erzeugen, die das darunter liegende Material vor Umgebungseinflüssen schützt. Eine weitere Möglichkeit ist das Verwenden von Legierungen, die gegenüber bestimmten Korrosionsarten eine natürliche Widerstandsfähigkeit aufweisen. Darüber hinaus lässt sich die Korrosionsbeständigkeit durch das Auftragen einer Beschichtung oder durch eine Passivierungsschicht verbessern.

Temporärer Schutz durch Korrosionsinhibitoren

Korrosionsinhibitoren dienen dazu, Bauteile aus Stahl bei der Bearbeitung und beim Transport gegen schädigende Umgebungseinflüsse abschirmen. Sie können auf zwei Arten wirken: Einige bedecken als temporäre Schutzschicht die gefährdeten Werkstoffbereiche. Andere verhindern den negativen Einfluss korrosiver Medien, indem sie mit diesen reagieren und dadurch neutralisieren können. Die Inhibitoren werden Kühlschmierstoffen, Reinigungsmitteln und anderen Prozessflüssigkeiten zugesetzt und Verpackungen beigegeben.

Dauerhafter Schutz durch Oberflächenbehandlung

Einen Langzeitschutz vor den häufigsten Korrosionsarten bei Stahl bietet eine zweckmäßige Beschichtung. Hierfür kommen im Rahmen einer Oberflächenbehandlung oder -vorbehandlung unter anderem folgende Verfahren zur Anwendung, für die Kluthe eine Vielzahl abgestimmter Produkte liefert:

Erzeugen von Konversionsschichten

• Verzinken
• Galvanisieren
• Lackieren
• Pulverbeschichten

Diese Beschichtungen verhindern einen direkten Kontakt der Metalloberflächen mit den Umgebungsmedien und damit auch die Korrosion.

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Abhängig vom Chromgehalt weist Edelstahl von Natur aus eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf als viele andere Metalle. Dennoch ist er nicht gänzlich vor Korrosion gefeit. Insbesondere Rost kann Schäden verursachen, die nicht nur optisch, sondern auch substanziell ein Problem darstellen. Verbessern lässt sich der Korrosionsschutz durch das Passivieren von Edelstahl. Dieses Verfahren optimiert die natürliche Oxidschicht des Metalls und senkt damit seine Anfälligkeit gegen korrosive Umgebungen und chemische Angriffe.

Warum sollten Bauteile aus Edelstahl passiviert werden?

Die Korrosionsbeständigkeit nicht rostender Stähle beruht auf einer Passivschicht, welche die Oberfläche vollständig bedeckt. Sie besteht überwiegend aus Chromoxid und bildet sich auf natürliche Weise unter Einfluss von Luftsauerstoff. Solange sie intakt ist, dient sie als schützende Barriere zwischen dem Metall und seiner Umgebung.

Obwohl die natürlichen Passivierungsschichten mikroskopisch dünn sind, benötigen sie mehrere Tage bis Wochen, um sich komplett auszubilden. Während dieser Zeit kann das Grundmaterial mit Luftschadstoffen reagieren. Das lässt sich darauf zurückführen, dass Wassermoleküle im Bereich von Korngrenzen und Fremdkörpern einen Teil des im Stahl enthaltenen Eisens oxidieren können. Dieser als Rouging (aus dem Französischen für “rot”) bezeichnete Vorgang erzeugt auf den Oberflächen der Bauteile eine rote bis rotbraune Schicht, die nicht nur unschön aussieht, sondern auch eine Angriffsfläche für einen späteren Korrosionsangriff darstellt.

Durch das Passivieren von Edelstahl wird der Aufbau der Passivierungsschichten beschleunigt und die natürliche Oxidschicht der Bauteile-Oberflächen verstärkt. Damit trägt das Verfahren maßgeblich zur Funktionalität und Lebensdauer von Edelstahlprodukten bei.

Wo kommt das Passivieren von Edelstahl zum Einsatz?

In vielen Anwendungsbereichen sind passivierte Edelstahloberflächen obligatorisch, um die erforderlichen Standards erfüllen zu können. In der Medizintechnik sorgt die Passivierung dafür, dass chirurgische Instrumente, medizinische Geräte sowie Implantate korrosionsbeständig und zuverlässig biokompatibel bleiben. Auch in der Pharmazie müssen produktberührende Bauteile, Anlagen und Ausrüstungen absolut passiv sein. Im Chemieanlagenbau werden Behälter, Rohrleitungen und Apparaturen passiviert, die aggressiven chemischen Einflüssen unterliegen.

In der Automobilindustrie werden Fahrzeugteile behandelt, die unterschiedlichsten Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Besonders belastete Bauteile in der Luft- und Raumfahrt müssen diesen Prozess ebenfalls durchlaufen. In der Energietechnik gehört das Passivieren von Edelstahl zum Standard, wenn Bauteile und Anlagen vor hohen Temperaturen und aggressiven Umgebungen geschützt werden müssen. Darüber hinaus ist eine Passivierung unerlässlich für Komponenten, die in der Wasserverteilung und -aufbereitung oder in der Luftreinhaltung zum Einsatz kommen.

In der Lebensmittelindustrie werden Ausrüstungen, Anlagen und Rohrleitungen einer Passivierung unterzogen, um hygienische Standards in der Produktion zu erfüllen. Weitere Einsatzgebiete sind die Haushaltsindustrie, wo beispielsweise Edelstahlverkleidungen und Komponenten von Geschirrspülern und Kühlschränken passiviert werden, und die Elektroindustrie, wo auf diese Weise die Korrosionsbeständigkeit von Bauteilen wie Gehäusen und Halterungen in elektronischen Geräten erhöht wird.

Wie funktioniert das Passivierungsverfahren?

Beim Passivieren handelt es sich um ein nicht elektrolytisches Verfahren, das aus mehreren Schritten besteht. Zunächst wird der Stahl von Eisenpartikeln und Fremdstoffen befreit, da sich die schützenden Konversionsschichten nur auf metallisch reinen Oberflächen ausbilden. Anschließend werden die Bauteile durch Eintauchen chemisch behandelt. Dabei können je nach Edelstahlsorte verschiedene Säuren zur Anwendung kommen.

Passivieren mit Salpetersäure

Der Einsatz von Salpetersäure lässt sich bis in die Mitte des 18. Jahrhunderts zurückverfolgen. Heute ist es das gängigste Verfahren zum Passivieren von Edelstahl. Das liegt nicht zuletzt daran, dass es mit unterschiedlichsten Edelstahllegierungen kompatibel ist. Die starke Mineralsäure ist in der Lage, sämtliche Spuren von Eisen und anderen Metallen auf der Edelstahloberfläche zu eliminieren. Zugleich aktiviert Salpetersäure den passiven Chromoxidfilm. Der Nachteil liegt darin, dass es sich um eine gefährliche Chemikalie handelt, die ein hohes Sicherheitsrisiko für die Mitarbeiter und die Umwelt bedeutet.

Passivieren mit Salpetersäure und Natriumdichromat

Das Hinzufügen von Natriumdichromat zur Salpetersäurelösung erhöht deren Oxidationsfähigkeit und bewirkt eine höhere Korrosionsbeständigkeit des Edelstahls. Ferner verringert die Zugabe von Natriumdichromat das Risiko des sogenannten Blitzschlages. Hierbei handelt es sich um ein Phänomen, das eine matte, dunkle Metalloberfläche zur Folge hat. Außerdem ist die Technik weniger beliebt, da sie das Salpetersäurebad ein Stück weit unsicherer macht.

Passivieren mit Zitronensäure

Das Passivieren mit Zitronensäure wurde erst in den 1990er Jahren eingeführt. Durch das Eintauchen von Edelstahlkomponenten in ein Zitronensäurebad wird freies Eisen entfernt und eine dünne inerte Konversionsschicht auf der Metalloberfläche erzeugt. Zitronensäure ist im Gegensatz zu Salpetersäure sehr sicher in der Anwendung und der Passivierungsvorgang im Allgemeinen umweltfreundlich. Überdies ist dieses Passivierungsverfahren für fast alle Edelstahlsorten einsetzbar.

Die Edelstahlpassivierung findet bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 60 °C statt. Sie dauert in aller Regel mindestens 20 bis 30 Minuten. Danach folgt die Neutralisierung in einem Bad aus wässriger Natriumhydroxidlösung. Abschließend werden die Bauteile gründlich mit klarem Wasser abgespült und getrocknet, um das Ausbilden der Oxidschicht zu fördern.

Eine Ausnahme bildet martensitischer nicht-rostender Stahl. Dieser lässt sich nur schwer passivieren, weil sich in einem herkömmlichen Säurebad auf seiner Oberfläche mikroskopische Diskontinuitäten bilden können. Um dennoch schützende Konversionsschichten erzeugen zu können, haben verschiedene Hersteller spezifische Passivierungsverfahren entwickelt.

Praktische Durchführung: Edelstahl passivieren mit Zitronensäure – Schritt für Schritt

Wer Edelstahl passivieren möchte, kann dies mit Zitronensäure in einem klar strukturierten Verfahren durchführen. Die Anleitung umfasst mehrere aufeinanderfolgende Schritte, die jeweils sorgfältig ausgeführt werden müssen, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Zunächst werden die Bauteile gründlich gereinigt und entfettet, um sicherzustellen, dass keine Verunreinigungen die Ausbildung der Passivierungsschichten behindern. Anschließend erfolgt die Vorbereitung des Zitronensäurebads. Die Konzentration liegt typischerweise zwischen 4 und 10 Gewichtsprozent, abhängig von der Edelstahlsorte und den spezifischen Anforderungen. Austenitische Stähle benötigen in der Regel Konzentrationen um 4 bis 6 Prozent, während ferritische Sorten höhere Konzentrationen erfordern können.

Die Badtemperatur beim Passivieren mit Zitronensäure bewegt sich zwischen 20 und 60 Grad Celsius. Höhere Temperaturen beschleunigen den Prozess, erfordern jedoch eine präzisere Kontrolle. Die Einwirkzeit variiert zwischen 20 und 60 Minuten. Während dieser Zeit werden freie Eisenpartikel von der Oberfläche entfernt und die schützende Oxidschicht verstärkt. Nach Ablauf der Behandlungszeit werden die Bauteile aus dem Bad entnommen und mehrfach mit entmineralisiertem Wasser gespült. Dieser Spülvorgang ist entscheidend, um Säurerückstände vollständig zu beseitigen. Abschließend erfolgt die Trocknung, idealerweise bei erhöhter Temperatur oder mittels ölfreier Druckluft.

Bei der praktischen Durchführung ist auf angemessene Sicherheitsmaßnahmen zu achten. Obwohl Zitronensäure deutlich weniger gefährlich ist als Salpetersäure, sollten Schutzbrille, säurebeständige Handschuhe und geeignete Arbeitskleidung getragen werden. Der Arbeitsbereich muss ausreichend belüftet sein. Für größere Bauteile oder komplexe Geometrien kann das Sprühverfahren eine Alternative zum Tauchbad darstellen. Hierbei wird die Zitronensäurelösung gleichmäßig auf die Oberfläche aufgetragen und nach entsprechender Einwirkzeit abgespült.

Qualitätskontrolle: So überprüfen Sie eine erfolgreiche Passivierung

Nach dem Passivieren von Edelstahl ist eine Qualitätskontrolle unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Passivierungsschichten vollständig ausgebildet sind und die gewünschte Korrosionsbeständigkeit erreicht wurde. Verschiedene Prüfverfahren stehen zur Verfügung, um die Qualität der Behandlung zu bewerten.

Der Kupfersulfat-Test nach ASTM A380 ist das am weitesten verbreitete Verfahren zur Überprüfung passivierter Oberflächen. Bei dieser Methode wird eine Kupfersulfatlösung auf die behandelte Fläche aufgetragen. Auf einer korrekt passivierten Oberfläche schlägt sich kein metallisches Kupfer nieder, da die intakte Oxidschicht den direkten Kontakt zwischen Lösung und Eisen verhindert. Zeigen sich hingegen kupferfarbene Ablagerungen, deutet dies auf freies Eisen hin, und die Passivierung muss wiederholt werden. Der Test sollte nach einer Wartezeit von mindestens 24 Stunden nach der Behandlung durchgeführt werden, um der Passivschicht ausreichend Zeit zur vollständigen Ausbildung zu geben.

Die visuelle Prüfung bildet einen weiteren wichtigen Bestandteil der Qualitätssicherung. Eine erfolgreich passivierte Oberfläche weist eine gleichmäßige, metallisch blanke Erscheinung auf, frei von Verfärbungen, Flecken oder Anlauffarben. Rötliche oder bräunliche Verfärbungen sind Anzeichen für verbliebene Eisenverunreinigungen und erfordern eine erneute Behandlung. Bei hochglanzpolierten Oberflächen darf die Passivierung den Glanzgrad nicht beeinträchtigen.

Für anspruchsvolle Anwendungen in der Medizintechnik oder Pharmazie kommen zusätzliche elektrochemische Prüfverfahren zum Einsatz. Diese messen das Korrosionspotenzial der Oberfläche und geben präzise Auskunft über die Qualität der Passivschicht. Salzsprühtests nach DIN EN ISO 9227 simulieren korrosive Umgebungen über längere Zeiträume und bewerten die Langzeitbeständigkeit der Passivierung. Sollte eine Nachbehandlung erforderlich sein, wird zunächst die Ursache für die unzureichende Passivierung ermittelt. Häufige Gründe sind eine zu kurze Einwirkzeit, unzureichende Vorreinigung oder eine zu niedrige Konzentration der Passivierungslösung. Nach Korrektur dieser Parameter kann das Passivieren von Edelstahl wiederholt werden.

Temporärer Blankkorrosionsschutz schützt Edelstahl bei Lagerung und Transport

Neben dem dauerhaften Passivieren von Edelstahl gibt es die vorübergehende Passivierung, auch als temporärer Blankkorrosionsschutz bezeichnet. Dieser nutzt sich im Laufe der Zeit ab und muss daher regelmäßig erneuert werden, um die Korrosionsbeständigkeit kontinuierlich zu gewährleisten. Wie lange die Konversionsschichten bestehen bleiben, hängt von verschiedenen Faktoren ab, beispielsweise von:

• der Edelstahlsorte und ihren spezifischen Eigenschaften,
• den Umgebungsbedingungen (z. B. Feuchtigkeit, Temperatur, Exposition gegenüber korrosiven Substanzen) und
• der Art und Spezifikationen des verwendeten Passivierungsproduktes

Einige der vorübergehenden Passivierungsschichten halten nur wenige Stunden, während manche unter optimalen Bedingungen zwei Jahre und länger wirksam sein können. Aufgrund seiner Endlichkeit eignet sich ein temporärer Blankkorrosionsschutz in erster Linie zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit bei der Zwischenlagerung vor der Weiterbearbeitung oder als Transportschutz.

Der temporäre Korrosionsschutz wird erzielt, indem Edelstahl in eine Passivierungslösung getaucht oder im Spritzverfahren damit behandelt wird. Die Anwendungstemperatur liegt dabei zwischen 25 und 85 °C. Zudem lässt sich diese Form des Passivierens in Abschreckbädern mit erhöhter Temperatur durchführen.

Unterschied zwischen Passivieren und Beizen von Edelstahl

Häufig herrscht Unklarheit über die Unterschiede zwischen dem Passivieren und dem Beizen von Edelstahl. Obwohl beide Verfahren mit Säuren arbeiten und die Oberflächeneigenschaften verändern, verfolgen sie unterschiedliche Ziele und werden zu verschiedenen Zeitpunkten in der Fertigung eingesetzt.

Beim Beizen handelt es sich um einen aggressiveren Prozess, der darauf abzielt, Oxidschichten, Zunder, Schweißverfärbungen und andere fest haftende Verunreinigungen von der Metalloberfläche zu entfernen. Typischerweise kommen hierfür Salpetersäure in Kombination mit Flusssäure zum Einsatz. Das Beizen wird nach mechanischen Bearbeitungen wie Schweißen, Warmumformung oder Wärmebehandlung angewendet, wenn sich dickere Oxidschichten gebildet haben. Der Prozess trägt eine dünne Schicht des Grundmaterials ab und legt eine frische, metallisch reine Oberfläche frei.

Das Passivieren hingegen ist ein milderer chemischer Prozess, der die bereits vorhandene natürliche Oxidschicht des Edelstahls verstärkt und optimiert. Es werden lediglich freie Eisenpartikel und lose Verunreinigungen entfernt, ohne dass nennenswerte Mengen des Grundmaterials abgetragen werden. Die Behandlung beschleunigt die Bildung einer dichten, homogenen Chromoxidschicht, die vor Korrosion schützt. Während das Beizen die Oberfläche mattiert, verändert das Passivieren das optische Erscheinungsbild kaum.

In der industriellen Praxis werden beide Verfahren häufig nacheinander eingesetzt. Nach schweißintensiven Arbeiten wird zunächst gebeizt, um Anlauffarben und Oxide zu beseitigen. Anschließend erfolgt die Passivierung, um die optimale Korrosionsbeständigkeit herzustellen. Diese Kombination ist besonders bei Bauteilen üblich, die höchsten hygienischen Anforderungen genügen müssen, etwa in der Pharmazie oder Lebensmittelverarbeitung. Für die Behandlung von Stahl ohne oder mit geringem Chromgehalt gelten andere Anforderungen als beim Passivieren von Edelstahl. Unlegierte Stähle bilden keine stabilen Chromoxidschichten aus und benötigen alternative Korrosionsschutzverfahren wie Phosphatierung oder organische Beschichtungen.

Passivierung auch chromatfrei realisierbar

Herkömmliche Chrom(VI)-Passivierungen können zu umweltrelevanten und gesundheitlichen Gefährdungen führen. Mittlerweile gibt es aber Alternativen, die den Passivierungsvorgang umweltfreundlicher gestalten und zugleich das Recyceln der beschichteten Komponenten erleichtern. Ob sich das Passivieren chromatfrei durchführen lässt, hängt davon ab, welche Eigenschaften der Edelstahl letztlich aufweisen soll. Zum einen können chromfreie Passivierungen hinsichtlich Korrosionsschutz und Temperaturbeständigkeit weniger effektiv sein als chromhaltige. Zum anderen bedeutet chromatfrei in vielen Fällen auch teurer. Dadurch können die Gesamtkosten des Passivierungsprozesses steigen. Ferner weisen einige chromfreie Passivierungen eine geringere Lagerbeständigkeit auf als chromhaltige und müssen daher öfter erneuert werden, um einen unterbrechungsfreien Schutz sicherzustellen. Aus Umweltsicht überwiegen die Vorteile chromatfreier Passivierungslösungen oftmals die Nachteile, insbesondere die Verringerung der Umweltbelastung und die erleichterte Einhaltung der Umweltvorschriften. Wir von Kluthe empfehlen daher eine umfassende Beratung durch unsere Experten, um das bestgeeignete Passivierungprodukt für die jeweiligen Anforderungen zu finden.

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Was sind IoT-Geräte? Definition und Funktionsweise

IoT-Geräte sind computergestützte, mit Sensoren, Software und anderen Technologien ausgestattete Devices, die über das Internet mit anderen Geräten kommunizieren und Daten austauschen können. Der Begriff “Internet der Dinge” steht für ein System miteinander verbundener Rechner, die ohne menschliches Zutun Daten über ein drahtloses Netzwerk erfassen und übertragen können.

Zu einem vollständigen IoT-System gehören vier wesentliche Elemente:

• Sensoren/Geräte: Sie erfassen Daten aus ihrer Umgebung und bilden die Grundlage jeder IoT-Anwendung
• Konnektivität: Die erfassten Daten werden über WLAN, Bluetooth, LPWAN oder andere Netzwerke übertragen
• Datenverarbeitung: In der Cloud werden die Daten analysiert und Aktionen abgeleitet
• Benutzeroberfläche: Ermöglicht die Interaktion mit dem System, meist über Smartphone-Apps oder Weboberflächen

Die beliebtesten IoT-Geräte Beispiele im Alltag

Im privaten und häuslichen Umfeld begegnen uns heute zahlreiche IoT-Geräte, die unser tägliches Leben komfortabler und effizienter gestalten:

• Smart-Home-Devices: Vernetzte Beleuchtungssysteme, Thermostate, Sicherheitssysteme und Türklingeln mit Kamera
• Intelligente Haushaltsgeräte: Kühlschränke, die Einkaufslisten erstellen, smarte Waschmaschinen und Öfen
• Digitale Assistenten: Smart Speaker wie Amazon Echo oder Google Home
• Wearables: Fitness-Tracker, Smartwatches, VR-Headsets und medizinische Sensoren
• Unterhaltungselektronik: Smart TVs, vernetzte Spielkonsolen und Audio-Systeme

Smart Home: Intelligente Heimvernetzung im Detail

Smart-Home-Anwendungen gehören zu den beliebtesten IoT-Geräte Beispielen für Privatanwender. Ein zentrales Element ist die intelligente Beleuchtung, bei der Lampen automatisch an die Tageszeit oder Anwesenheit angepasst werden und sich bequem per App oder Sprachbefehl steuern lassen. Ebenso bedeutsam sind smarte Thermostate, die die Gewohnheiten der Bewohner erlernen und selbstständig Heizung oder Klimaanlage regulieren, was Energiekosteneinsparungen von bis zu 20% ermöglicht. Für mehr Sicherheit sorgen autonome Sicherheitssysteme mit vernetzten Kameras, Bewegungsmeldern und digitalen Türschlössern, die bei ungewöhnlichen Aktivitäten sofort Benachrichtigungen direkt aufs Smartphone senden und so den Hausbewohnern jederzeit Kontrolle und Sicherheit bieten.

IoT-Geräte Beispiele in der Industrie (IIoT)

In der Industrie spricht man vom Industrial Internet of Things (IIoT), bei dem IoT-Geräte zur Optimierung von Produktions- und Fertigungsprozessen eingesetzt werden. Diese industriellen IoT-Geräte ermöglichen die Funktionsüberwachung von Maschinen und Anlagen in Echtzeit und sorgen für geringere Produktionsverluste und einen störungsfreien Betrieb.

Typische IIoT-Geräte Beispiele sind:

• Vernetzte Fertigungsroboter: Automatisierte Systeme, die miteinander kommunizieren und Produktionsprozesse koordinieren
• Intelligente Pumpensteuerungen: Systeme, die Durchfluss, Druck und andere Parameter kontrollieren
• Smarte Durchflussmesser und Ventilantriebe: Präzise Steuerung von Flüssigkeiten in Produktionsprozessen
• Industrielle Sensoren: Überwachen Temperatur, Feuchtigkeit, Druck und andere Parameter in Echtzeit
• Mess- und Regelsysteme: Zur Fernauslesung und -Steuerung optimaler Prozessparameter (z.B. HAKUGUARD, AutomatedLineControl SCUID)

Predictive Maintenance: Vorausschauende Wartung durch IoT

Ein besonders wertvolles Anwendungsbeispiel in der Industrie 4.0 ist Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung). Sensoren überwachen kontinuierlich den Zustand von Maschinen und erfassen Daten wie Temperatur, Vibrationen und Betriebsstunden. Diese Datengrundlage verwenden Unternehmen, um den Ausfall von Maschinen vorherzusagen. Wartungsarbeiten können genau dann durchgeführt werden, wenn sie notwendig sind. Das minimiert ungeplante Ausfallzeiten und verlängert die Lebensdauer der Maschinen. Dies spart außerdem Kosten, denn es wird nur gewartet, wenn das auch nötig ist und nicht turnusmäßig oder nach Gefühl.

Während Consumer-IoT-Geräte darauf abzielen, den Komfort der Nutzer zu erhöhen, liegt der Schwerpunkt industrieller IoT-Geräte darin, Produktionsprozesse zu optimieren, die Effizienz zu steigern, die Produktionskosten zu senken und die Arbeitsbedingungen für das Personal zu verbessern. Das IoT verbindet bereits existierende Bereiche wie IT, Machine-to-Machine-Communication, Big Data und weitere Automatisierungstechnologien über Schnittstellen wie OPC UA oder MQTT und bildet damit eine Grundvoraussetzung für das Gelingen der digitalen Transformation.

Smart City: IoT-Geräte Beispiele für intelligente Städte

In Städten helfen IoT-Anwendungen, die Infrastruktur effizienter zu gestalten und die Lebensqualität der Bewohner zu verbessern. Hier einige wichtige Beispiele:

• Smarte Abfallentsorgung: Sensoren in Müllcontainern erfassen den Füllstand und melden automatisch, wann eine Entleerung notwendig ist. Das reduziert unnötige Fahrten und trägt zu einer effizienteren Ressourcennutzung bei.
• Intelligente Beleuchtung: IoT-Sensoren in Straßenlaternen erfassen das Umgebungslicht und die Anwesenheit von Personen. Sie passen die Beleuchtung automatisch an und sparen Energie ein, ohne die Sicherheit zu beeinträchtigen.
• Intelligentes Verkehrsmanagement: Sensoren und Kameras überwachen den Verkehrsfluss in Echtzeit. Auf Grundlage dieser Daten werden Ampelschaltungen dynamisch angepasst, um Staus zu minimieren und Emissionen zu reduzieren.
• Smart Parking: Sensoren in Parkplätzen erkennen freie sowie belegte Plätze und übermitteln die Informationen in Echtzeit an ankommende Fahrer. Das reduziert die Parkplatzsuche und entlastet städtische Straßen vom Verkehr.

Vorteile und Anwendungsbereiche von IoT-Geräten in der Prozesskontrolle

Die automatische Prozesskontrolle durch IoT-Geräte bietet zahlreiche Vorteile für industrielle Anwendungen:

• Echtzeitüberwachung: Kontinuierliche Kontrolle aller relevanten Parameter
• Prädiktive Wartung: Frühzeitiges Erkennen von Verschleiß und Ausfallrisiken
• Automatisierte Prozessoptimierung: Selbständige Anpassung von Parametern für optimale Ergebnisse
• Ressourceneinsparung: Reduzierung von Energie-, Wasser- und Rohstoffverbrauch
• Qualitätssicherung: Konstante Überwachung der Produktqualität und automatische Korrektur bei Abweichungen

Das Herzstück der automatischen Kontrolle industrieller Prozesse bilden smarte Sensoren, die unterschiedlichste Prozessparameter hochpräzise erfassen und via Netzwerk-Konnektivität an einen Aktor senden. Dieser vergleicht die Istwerte mit den Sollwerten und steuert bei Bedarf Anlagenkomponenten an, um die Parameter gezielt zu beeinflussen und Abweichungen zu beseitigen.

HAKUGUARD – Innovative IoT-Lösung für die industrielle Prozesskontrolle

Als mustergültiges Beispiel für fortschrittliche industrielle IoT-Geräte hat Kluthe mit HAKUGUARD ein umfassendes System zur Prozessüberwachung und -steuerung entwickelt. HAKUGUARD ist ein IoT-basiertes Mess- und Regelsystem, das speziell für die Oberflächenvorbehandlung und ähnliche industrielle Anwendungen konzipiert wurde.

Was ist HAKUGUARD?

HAKUGUARD von Kluthe bietet eine intelligente Lösung zur digitalen Vernetzung von Anlagenteilen, eine moderne Visualisierung und einen unterstützenden Service durch Vorbehandlungsspezialisten. Das System kann Unternehmen helfen, ihren Verbrauch an Chemikalien, Wasser und Energie sowie das Abfallaufkommen deutlich zu verringern – wodurch Kosten sinken und gleichzeitig die Prozesssicherheit und Nachhaltigkeit steigen.

HAKUGUARD im Überblick – Komponenten und Funktionen

Die HAKUGUARD-Lösung besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten:

• Intelligente Sensoren: Erfassen kontinuierlich kritische Parameter wie Temperatur, pH-Wert, Leitfähigkeit und chemische Zusammensetzung
• Vernetzte Steuereinheiten: Verarbeiten die Sensordaten und steuern die entsprechenden Aktoren
• Cloudbasierte Datenanalyse: Ermöglicht die zentrale Speicherung und Auswertung aller Prozessdaten
• Fernüberwachungs-Dashboard: Bietet Echtzeit-Einblick in alle relevanten Prozessparameter von jedem Standort aus
• Automatisierte Dosiersysteme: Sorgen für die präzise Zugabe von Chemikalien und anderen Substanzen

Sowohl der Anwender als auch die Spezialisten von Kluthe haben in Echtzeit Zugriff auf Informationen wie Prozessparameter und Dosiermengen, die für eine effiziente Überwachung der installierten Geräte und Vorbehandlungsprozesse, unabhängig vom Standort, notwendig sind.

Die Grundlage von HAKUGUARD bilden bewährte, vernetzbare Mess- und Dosiergeräte. Deren Vernetzung ermöglicht ein optimales Zusammenspiel von Dosierpumpen, Mess- und Kontrolleinheiten, gewährleistet stabile und transparente Prozesse und wird durch Expertenteams unterstützt.

Praktische Anwendungsbeispiele von HAKUGUARD

HAKUGUARD kommt in verschiedenen industriellen Anwendungen zum Einsatz:

• Oberflächenvorbehandlung: Präzise Kontrolle von Entfettungs-, Phosphatier- und Spülprozessen
• Galvanikbäder: Überwachung und Steuerung der chemischen Zusammensetzung und Prozessparameter
• Wasseraufbereitung: Kontrolle von Aufbereitungsanlagen für Prozess- und Abwasser
• Lackierprozesse: Optimale Einstellung und Überwachung der Vorbehandlung für beste Lackieresultate

Über HAKUGUARD ansteuerbar sind beispielsweise Armaturen, Heizregister oder die Pumpensteuerung. Darüber hinaus schafft die kontinuierliche Parametererfassung eine Datengrundlage, mit der sich vor- und nachgelagerte Prozesse verknüpfen lassen, und bietet die Möglichkeit der Prozessdarstellung in einem Modell. An diesem können Prozessoptimierungen simuliert werden, ohne auf die wirklichen Prozesse Einfluss zu nehmen.

Weitere wichtige IoT-Anwendungsbereiche

IoT im Gesundheitswesen

Das Internet of Things digitalisiert zunehmend das Gesundheitswesen mit Anwendungen wie:

• Wearables: Fitness-Tracker und smarte Uhren überwachen kontinuierlich Vitaldaten wie Herzfrequenz oder Blutzuckerspiegel und übermitteln diese an medizinisches Fachpersonal
• Smart Hospitals: Vernetzte medizinische Geräte wie Infusionspumpen und Überwachungsmonitore ermöglichen eine schnellere Reaktion auf kritische Situationen
• Telemedizin: Ermöglicht Fernüberwachung und Ferndiagnose von Patienten, besonders wertvoll in ländlichen Regionen

Smart Farming: IoT in der Landwirtschaft

In der Landwirtschaft 4.0 unterstützen IoT-Geräte die nachhaltige Bewirtschaftung:

• Bodenüberwachung: Vernetzte Sensoren erfassen Daten zu Bodenfeuchtigkeit, Temperatur und Nährstoffgehalt für gezielten Einsatz von Wasser und Dünger
• Autonome Landmaschinen: IoT-Systeme steuern und überwachen Traktoren, Erntemaschinen und Feldroboter für höhere Arbeitseffizienz
• Intelligente Bewässerungssysteme: Optimieren den Wassereinsatz basierend auf Wetterdaten und Bodenfeuchtigkeit

IoT im Einzelhandel

Mithilfe verschiedener IoT-Geräte optimieren Einzelhändler das Einkaufserlebnis:

• Intelligente Kassensysteme: Vernetzte Kassen ermöglichen schnellere Bezahlvorgänge und reduzieren Wartezeiten
• Personalisierte Angebote: Smart Shelves analysieren das Kundenverhalten und senden gezielte Angebote an Smartphones
• Automatisierte Bestandsverwaltung: Intelligente Regale überwachen kontinuierlich den Lagerbestand und lösen bei Bedarf automatisch Nachbestellungen aus

Zukunftsperspektiven: IoT-Geräte als Treiber der digitalen Transformation

Die rasante Entwicklung im Bereich der IoT-Geräte wird in den kommenden Jahren weitere innovative Anwendungen hervorbringen. Fortschritte in künstlicher Intelligenz, Edge Computing und 5G-Technologie ermöglichen immer leistungsfähigere und besser vernetzte IoT-Systeme. Experten prognostizieren, dass bis 2030 weltweit über 100 Milliarden IoT-Geräte im Einsatz sein werden.

Zu den wichtigsten Zukunftstrends gehören:

• Verbesserte Sicherheit: Integrierte und durchgängige Sicherheitslösungen sowie KI-, Blockchain- und Edge Computing-Lösungen für IoT-Geräte
• Intelligente Städte: Vermehrter Einsatz von Smart-City-Technologien für effizientere öffentliche Dienstleistungen
• KI-Integration: Verstärkte Kombination von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen mit IoT-Systemen
• 5G-Netze: Schnellere Netzwerke ermöglichen die Datenübertragung und -analyse in neuen Dimensionen

Für Industrieunternehmen werden IoT-basierte Lösungen wie HAKUGUARD zunehmend zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor. Sie ermöglichen nicht nur eine effizientere Produktion, sondern auch neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen, die auf den durch IoT-Geräte gewonnenen Daten basieren.

Fazit: IoT-Geräte als Schlüsseltechnologie für die Industrie 4.0

Die automatische Prozesskontrolle durch IoT-Geräte ist im Zeitalter der Digitalisierung entscheidend für die Bewältigung aktueller und zukünftiger Herausforderungen in der Industrie. Sie gewährleistet Qualität, erhöht die Prozesssicherheit und hilft, das Risiko störungsbedingter Stillstandszeiten zu verringern.

Mit innovativen Lösungen wie HAKUGUARD bietet Kluthe Unternehmen die Möglichkeit, vom Potenzial industrieller IoT-Geräte zu profitieren und ihre Produktionsprozesse zukunftssicher zu gestalten. Unternehmen, die wettbewerbsfähig bleiben wollen, sollten die Integration von IoT-Technologien in ihre Geschäftsmodelle und Produktionsprozesse als strategische Priorität betrachten.

Häufig gestellte Fragen zu IoT-Geräten

Was unterscheidet Consumer-IoT von Industrial-IoT (IIoT)?

Consumer-IoT-Geräte (wie Smart-Home-Produkte) zielen auf Benutzerkomfort und Unterhaltung ab, während Industrial-IoT-Geräte auf die Optimierung von Produktionsprozessen, Kostensenkung und Effizienzsteigerung in industriellen Umgebungen ausgerichtet sind. IoT-Systeme müssen in der Regel robuster, zuverlässiger und sicherer sein als Consumer-IoT-Produkte.

Welche Sicherheitsaspekte sind bei IoT-Geräten zu beachten?

Bei der Implementierung von IoT-Geräten müssen Aspekte wie Datenschutz, Netzwerksicherheit und Schutz vor unbefugtem Zugriff berücksichtigt werden. Besonders industrielle IoT-Systeme benötigen robuste Sicherheitsmaßnahmen, um kritische Infrastrukturen zu schützen. Regelmäßige Firmware-Updates, sichere Authentifizierungsmethoden und verschlüsselte Kommunikation sind essentiell. das Frauenhofer Institut weist ebenso auf “große Sicherheitsrisiken durch veraltete Firmware und hohes Gerätealter” hin.

Wo wird IoT in der Industrie eingesetzt?

Im Industriebereich wird IoT vor allem für Predictive Maintenance, Produktionsüberwachung, Qualitätskontrolle, Lieferkettenmanagement und Automatisierung eingesetzt. Besonders in der chemischen Industrie, Automobilproduktion, Lebensmittelverarbeitung und im Maschinenbau spielen IIoT-Geräte eine zentrale Rolle bei der Prozessoptimierung.

Wie kann HAKUGUARD zur Nachhaltigkeit in der Industrie beitragen?

HAKUGUARD optimiert den Einsatz von Ressourcen wie Wasser, Energie und Chemikalien in industriellen Prozessen. Durch präzise Dosierung und kontinuierliche Überwachung werden Verschwendung reduziert und Abfallmengen minimiert. Dies führt nicht nur zu Kosteneinsparungen, sondern auch zu einer umweltfreundlicheren Produktion mit geringerem CO2-Fußabdruck.

Welche Vorteile bringt das Internet der Dinge?

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören gesteigerte Effizienz durch Maschine-zu-Maschine-Kommunikation, verbesserte Automatisierung mit einheitlichen Prozessen und höherer Servicequalität, erhebliche Kosteneinsparungen durch Effizienzgewinne, optimierte Qualitätskontrolle und höhere Transparenz durch den jederzeit möglichen Zugriff auf Informationen.

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Die besondere Bedeutung von Stahl als Konstruktionswerkstoff lässt sich neben der hohen, preiswerten Verfügbarkeit vor allem auf die vielfältigen Möglichkeiten zurückführen, seine mechanischen und chemischen Eigenschaften an unterschiedliche Anforderungen anzupassen. Daran hat die Oberflächentechnik einen beachtlichen Anteil. In ihren Aufgabenbereich fällt unter vielem anderen die Phosphatierung. Lesen Sie hier, wie sich Stahl phosphatieren lässt und welche Vorteile daraus resultieren.

Phosphatierung von Stahl

Phosphorsäure als Basischemikalie

Um Stahl zu phosphatieren, ist der Einsatz von phosphorsäurehaltigen Produkten erforderlich. Wasserfreie Phosphorsäure ist ein Stoff, der aus drei Atomen Wasserstoff, einem Phosphoratom und vier Sauerstoffatomen zusammengesetzt ist (Formel H3PO4). Die Schmelztemperatur liegt bei 42,35 °C. In feuchter Umgebung nimmt Phosphorsäure schnell Wasser auf und neigt dann zum Zerfließen. Die Säure ist leicht in Wasser löslich. Kommt die Lösung mit Metallionen in Kontakt, besetzen diese die Stellen, an denen vormals Wasserstoff war. Es bilden sich Metallphosphate, die sich kaum oder gar nicht in Wasser auflösen lassen.

Bildung von Konversionsschichten

Die Oberflächenbehandlung nutzt dieses Verhalten, um Stahl zu phosphatieren und auch auf einigen anderen metallischen Werkstoffen Phosphatschichten zu erzeugen. Bei der Phosphatierung laufen chemische Prozesse ab, die den Grundwerkstoff in die Reaktionen einbeziehen. In der Folge entstehen Konversionsschichten. Konversion bedeutet hier, dass sich der Werkstoff an der Oberfläche zu einem Salz, speziell zu einem Phosphat umwandelt. Dadurch sind Phosphatschichten eng mit dem Material verwurzelt.

Komplexer Schichtaufbau durch zusätzliche Metalle

Enthält die Phosphatierlösung weitere Metallionen, beteiligen sich diese an der Schichtbildung. Von den reagierenden Metallen leiten sich die Bezeichnungen für die unterschiedlichen Verfahren ab. Weit verbreitet sind die Eisen-, die Zink- und die Manganphosphatierung. Außerdem sind Trikation-Zinkphosphatierungen, z.B. mit Zink, Nickel und Mangan im Einsatz. Ferner können wasserlösliche Verbindungen der Metalle Kalzium, Natrium, Kupfer, Zirkonium oder Titan verwendet werden, um spezielle Eigenschaften der Oberflächen zu erzielen.

Eigenschaften und Einsatzgebiete von Phosphatschichten

Phosphatiert man Stahl, dann führt dies zu einer höheren Korrosionsbeständigkeit und verbessert die Oberflächenqualität der Erzeugnisse. Die entstehenden Schichten sind

• wasserunlöslich
• fest haftend
• auf der gesamten Oberfläche dicht
• fein kristallin
• saugfähig für das Auftragen von Schmiermitteln und Lacken
• elektrisch isolierend
• widerstandsfähig gegen Verschleiß.

Daraus ergeben sich vielfältige Einsatzzwecke:

Als korrosionshemmende und haftvermittelnde Grundlage für Beschichtungssysteme sind Phosphatschichten häufig im Maschinen- und Anlagenbau, in der Automobilindustrie und in der Bauindustrie anzutreffen.

Die feinkristalline Struktur von Zinkphosphatschichten, die sich hervorragend für die Aufnahme von Schmiermitteln eignet, führt zur Nutzung als Gleitschicht bei der Kaltumformung von Stahl. Reibung reduziert sich, Kaltverschweißen von Werkzeug und Werkstück lässt sich vermeiden.

Schichten aus der Manganphosphatierung überzeugen durch ihr Aufnahmevermögen für Schmierstoffe und ihre verschleißmindernde Wirkung, die sich besonders auf das verbesserte Einlaufverhalten von Bauteilen für Getriebe auswirkt.

Die elektrisch isolierende Wirkung der Phosphatschichten ist der Grund, Stahl zu phosphatieren, um ihn in der Elektroindustrie zu nutzen.

Stahl phosphatieren – Überblick über die Verfahren

Eisenphosphatierung

Dieses leicht zu handhabende Verfahren eignet sich für den temporären Korrosionsschutz bei der Zwischenlagerung von Bauteilen und als guter Haftgrund für eine abschließende Lackierung von Erzeugnissen aus Stahl. Das Phosphatieren erfolgt mit Phosphorsäure in einem kombinierten System gemeinsam mit der Entfettung der Teile. Der Schichtaufbau lässt sich über die Einwirkzeit und die Nachdosierung der Säure steuern. Grundlage dafür ist die Überwachung des pH-Wertes, der Auskunft über den Verbrauch der Phosphorsäure gibt. Da alle Metallionen in der Schicht aus dem Grundwerkstoff stammen, wird die Eisenphosphatierung als nicht schichtbildendes Verfahren bezeichnet.

Zinkphosphatierung

Die Zinkphosphatierung zählt zu den am meisten eingesetzten Phosphatierungsverfahren in der Oberflächenbehandlung, weil sie eine höhere Beständigkeit gegen Korrosion erreicht. Häufig erfolgt sie in der Automobilindustrie als Trikation-Phosphatierung mit Nickel, gefolgt von einer kathodischen Tauchlackierung. Auch die Bauindustrie nutzt das Verfahren, Stahl zu phosphatieren, um Korrosionsschutz zu erreichen. Die Schichtbildung beginnt an der Oberfläche der Bauteile durch die Bildung von Eisenphosphaten, die mit Zink- und ggf. Nickelphosphaten durchsetzt sind. Ist die Oberfläche bedeckt, wächst die Schicht mit den verbleibenden Metallionen aus der Phosphatierungslösung weiter. Deshalb wird das Verfahren als schichtbildend bezeichnet.

Manganphosphatierung

Die Manganphosphatierung läuft analog zur Zinkphosphatierung ab. Auch bei diesem Verfahren, Stahl zu phosphatieren, entstehen an der Oberfläche zuerst Schichten, die Eisen- und Manganphosphat enthalten. Je weiter die Schicht wächst, je höher ist der Anteil an Mangan. Das Verfahren ist definitionsgemäß schichtbildend. Manganphosphat zeichnet sich durch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit, eine hohe Härte und eine sehr feine Kristallstruktur mit einer hervorragenden Oberflächenqualität aus. Darauf lassen sich die Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß und das Aufnahmevermögen für Schmierstoffe zurückführen. Die Nutzungsdauer von Bauteilen wie Lager, Buchsen, Zahnräder und Gleitbahnen erhöht sich erheblich.

Prozessführung und Umweltverträglichkeit

Sichere Prozessführung

Um den Anforderungen an Oberflächenqualität und Korrosionsbeständigkeit der Phosphatschichten gerecht zu werden, sind eine sorgfältige Vor- und Nachbehandlung der Oberflächen sowie eine präzise Prozessführung erforderlich. Voraussetzung dafür sind zunächst auf die speziellen Prozesse abgestimmte Prozesschemikalien. Kluthe bietet mit der DECORRDAL-Produktreihe ein umfangreiches Sortiment an, das alle Prozessschritte, die erforderlich sind, um Stahl zu phosphatieren, vollständig abdeckt. Für die präzise Prozessführung hat Kluthe eine automatische Prozesskontrolle entwickelt. Im Zusammenwirken der DECORRDAL-Produkte und der automatischen Prozesskontrolle entstehen Phosphatschichten mit den für den vorliegenden Einsatzzweck benötigten Eigenschaften.

Verbesserungsfähige Umweltverträglichkeit

Die Prozessführung beim Stahl Phosphatieren ist allerdings an die Vorgaben gebunden, die chemische Prozesse setzen. Chemische Reaktionen sind in der Mehrzahl Gleichgewichtsreaktionen. In der Phosphatierlösung stellen sich Gleichgewichte zwischen den Komponenten ein. Je mehr Stoffe beteiligt sind, umso komplizierter wird das Zusammenwirken. Beispielsweise müssen die Metalle, die zur Schichtbildung beitragen sollen, in der Phosphatierlösung löslich sein. Dazu müssen sie als Salze oder ähnliche chemische Verbindungen vorliegen. Haben sich die Metalle ordnungsgemäß in die Schicht eingegliedert, bleiben die Reste aus diesen Verbindungen übrig. Sie bilden mit Phosphat- und Metallionen, die aufgrund der Gleichgewichte in der Lösung geblieben sind, einen Schlamm, der kontinuierlich aus der Anlage entfernt und als Sondermüll entsorgt werden muss.

Weiterentwicklung für mehr Nachhaltigkeit

Für eine bessere Umweltverträglichkeit und mehr Nachhaltigkeit werden die Prozesse stets weiterentwickelt. In diesem Sinne bietet Kluthe zum Beispiel die Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung und die Dünnschichttechnologie an. Bei der Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung ergibt sich eine deutliche Einsparung an Heizenergie und Ergänzungslösung. Außerdem entsteht weniger und leichter entfernbarer Schlamm. Die Dünnschichttechnologie umfasst verschiedenen Verfahren, die auf allen Metalloberflächen sehr dünne Konversionsschichten aus Zirkonium und Oxiden erzeugen.

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Anwendung der DIN EN ISO 9227 (Korrosionsprüfungen in künstlichen Atmosphären – Salzsprühnebelprüfungen)

Der Korrosionsschutz ermöglicht es, unedle Metalle als Werkstoff für unterschiedlichste Bauteile einzusetzen. Seine Wirksamkeit entscheidet über die Lebensdauer von Maschinen und Anlagen, Fahrzeugen und Bauwerken. Die Hersteller dieser Erzeugnisse erwarten von ihren Zulieferern qualitätsgerecht gefertigte Teile. Für den Nachweis der Qualität sind konkrete Vorgaben und Kriterien erforderlich. Diese sind häufig in den Werksnormen der großen Hersteller zusammengefasst. In diesem Rahmen kann ein Salzsprühnebeltest nach DIN EN ISO 9227 verlangt werden. Andernfalls lässt er sich auch vertraglich vereinbaren. Die DIN Norm legt fest, wie die Prüfeinrichtung beschaffen ist, welche Stoffe verwendet werden und unter welchen Bedingungen die Prüfung durchgeführt wird. Alle anderen Vorgaben stammen von dem Unternehmen, das den Test von den Zulieferern fordert. Das betrifft die Beschaffenheit und Größe der Werkstückproben, die Probenvorbereitung, die Versuchsdauer und die benötigten Ergebnisse.

Künstliche, die Korrosion fördernde Atmosphäre

Der Salzsprühnebeltest erfolgt in einer Kammer, die ständig über Düsen mit einer fein verteilten Salzlösung beaufschlagt wird. Für die Salzlösung sieht die Norm drei Varianten vor, die unterschiedlich starke Korrosion hervorrufen. Die neutrale Salzsprühnebelprüfung (NSS-Prüfung, englisch: neutral salt spray test) erfolgt mit einer 5%igen wässrigen Kochsalzlösung. Etwas stärker wirkt die Essigsäure-Salzsprühnebelprüfung (AASS-Prüfung, englisch: acetic acid salt spray test), bei der der Kochsalzlösung Essig zugefügt wird. Die dritte Variante ist die kupferbeschleunigte Essigsäure-Salzsprühnebelprüfung (CASS-Prüfung, englisch: copper accelerated salt spray test). Hier enthält die Lösung Kochsalz, Essig und einen Stoff, der als Kupfer(II)-chlorid-Dihydrat bezeichnet wird. Die Norm DIN EN ISO 9227 schreibt detailliert vor, wie die Lösungen zuzubereiten sind. Darüber hinaus legt sie fest, welche Nebelmengen, pH-Werte und Temperaturen während der Prüfung einzuhalten sind. Daraus ergeben sich entsprechende Anforderungen an die Ausstattung der Kammer mit Heiz-, Dosier-, Mess- und Regeltechnik.

Anordnung der Prüfteile in der Kammer

Um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, dürfen die Werkstückproben beim Salzsprühnebeltest nur dem Angriff der künstlichen Atmosphäre ausgesetzt sein. Andere Einflüsse, wie der Kontakt mit anderen Metallen oder stehende Nässe auf den Oberflächen müssen ausgeschlossen werden. Deshalb gibt es genaue Anforderungen an das Material, aus dem die Kammer und die Gestelle für die Prüfteile bestehen. Auch die Positionierung der Prüfteile kann sich auf die Ergebnisse im Salzsprühnebeltest auswirken. Es gilt:

• möglichst wenig Kontaktpunkte zwischen Prüfteil und Gestell oder Aufhängung
• keine Berührung zwischen unterschiedlichen Prüfteilen
• Anordnung der Prüfteile in einem Winkel von 20° zur Senkrechten, sodass Kondensat, das sich aus dem Nebel abscheidet, ungehindert ablaufen kann
• das Kondensat darf nicht auf andere Prüfteile herabtropfen

Auswertung und Protokollierung der Salzsprühnebeltest-Ergebnisse

Der Abnehmer des Zulieferers legt fest, welche Variante der Salzlösung angewendet wird, wie lange die Beschichtung bzw. Oberflächenvorbehandlung der Werkstücke den gegebenen Bedingungen standhalten muss und welche Veränderungen der Oberflächen zulässig sind. Außerdem bestimmt er, wie die Probeteile beschaffen sein müssen.

Nach dem Ablauf der Prüfdauer werden die im Salzsprühnebeltest getesteten Probeteile mit destilliertem Wasser abgespült und getrocknet. Anschließend erfolgt eine Sichtkontrolle auf Veränderungen der Oberflächen. Durchdringt die Salzlösung während der Prüfung die Beschichtung bzw. die Konversionsschicht aus der Oberflächenvorbehandlung, bilden sich auf dem Grundmaterial Korrosionsprodukte. Das ist insbesondere an den Stellen der Fall, an denen die Schicht schadhaft ist oder Verunreinigungen enthält. Erkennbar ist das durch Blasen, die sich unter Farb- und Lackschichten bilden oder durch die Farbe und das Ausmaß von Korrosionsprodukten. Rost auf Eisen ist bekanntlich rotbraun, Zink bildet weiße, punktförmige Korrosionsprodukte.

Oft ist es von Interesse, wie weit Farben und Lacke für den Korrosionsschutz an beschädigten Stellen durch aggressive Medien unterwandert werden können. Dann wird die Beschichtung vor dem Salzsprühnebeltest einfach oder in einem vorgegebenen Muster eingeritzt. Nach dem Salzsprühtest ermittelt man, ob und wie weit sich die Beschichtung an den Ritzstellen ablöst.

Alle Beobachtungen werden zusammen mit der Versuchsdauer, den Messdaten aus dem Salzsprühnebeltest und der Beschreibung des Versuchsaufbaus sorgfältig dokumentiert und in einem Protokoll festgehalten. Dabei erfolgt ein Vergleich zwischen den Beobachtungen und den Forderungen des Auftraggebers. Liegen die Veränderungen im vorgegebenen Toleranzbereich, gilt die Prüfung als bestanden.

Aussagekraft der Ergebnisse des Salzsprühnebeltests

Der Salzsprühnebeltest liefert lediglich Ergebnisse, mit denen die Qualität einer Oberflächenbeschichtung beurteilt werden kann. Er lässt es zu, gleiche Beschichtungssysteme auf gleichen Grundmaterialien einzuschätzen. Die Bedingungen bei der Salzsprühnebelprüfung weichen gravierend von den tatsächlichen Umgebungsbedingungen, denen der Korrosionsschutz standhalten soll, ab. Deshalb kann die Prüfung nur indirekt Hinweise auf das Korrosionsverhalten der getesteten Bauteile geben. Etwa in der Art: die Beschichtung ist in Ordnung, hat sich praktisch bewährt, schützt demnach auch vor Korrosion. Das gilt vor allem für organische Beschichtungen durch Farben und Lacke und für anodisch erzeugte Oxidschichten (z.B. eloxiertes Aluminium). Für metallische Überzüge aus der Galvanik oder dem Feuerverzinken ist die Aussagekraft hingegen gering.

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