{"id":3155,"date":"2021-01-14T10:57:52","date_gmt":"2021-01-14T09:57:52","guid":{"rendered":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/?p=3155"},"modified":"2021-01-14T13:34:11","modified_gmt":"2021-01-14T12:34:11","slug":"niedrigtemperatur-zinkphosphatierung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/kluthe.com\/magazin\/niedrigtemperatur-zinkphosphatierung\/","title":{"rendered":"Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung und automatisierte Prozesskontrolle"},"content":{"rendered":"

\u00abWie Nachhaltigkeit in die chemische Oberfl\u00e4chentechnik Einzug h\u00e4lt\u00bb<\/h2>\n

Niedriger Energie- und Rohstoffverbrauch, geringes Abfallaufkommen und eine stabile Prozessf\u00fchrung sind Kriterien f\u00fcr nachhaltige Chemie. Die <\/strong>Zinkphosphatierung<\/strong><\/a> z\u00e4hlt zu den am h\u00e4ufigsten angewendeten Verfahren der <\/strong>Oberfl\u00e4chentechnik<\/strong><\/a> zur Verbesserung von <\/strong>Korrosionsschutz<\/strong><\/a> und Lackhaftung. Deshalb wirkt sich eine Weiterentwicklung zu effizienteren Methoden hier besonders vorteilhaft auf die Umwelt aus. Die Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung ist das Ergebnis entsprechender Anstrengungen. Wird sie durch eine automatisierte Prozesskontrolle unterst\u00fctzt, stellen sich stabile Abl\u00e4ufe und eine gleichbleibend hohe Qualit\u00e4t der Erzeugnisse ein.<\/strong><\/p>\n

Anwendungsgebiete der Zinkphosphat-Konversionsbeschichtung<\/h2>\n

\u00dcberall, wo hohe Anforderungen an den Korrosionsschutz und die Lackhaftung bestehen, finden sich Beispiele f\u00fcr den Einsatz der Zinkphosphatierung. Besonders beim Bau von Fahrzeugen, Landmaschinen und Baumaschinen, die hohen Beanspruchungen durch Witterungserscheinungen und mechanische Belastungen ausgesetzt sind, hat sich diese Konversionsschicht als Untergrund f\u00fcr eine abschlie\u00dfende KTL-Beschichtung bew\u00e4hrt.<\/p>\n

\"korrosionsschutz-niedrigtemperatur-zinkphosphatierung\"<\/a><\/p>\n

Als Grundmaterial eigenen sich Eisen, Stahl, Zink, Aluminium, Magnesium und Cadmium.<\/p>\n

Konventionelle Zinkphosphatierung<\/h2>\n

Konventionelle Erzeugung von Zinkphosphat-Schutzschichten erfolgt bei einer Temperatur von 45 bis 50 \u00b0C mit einer L\u00f6sung aus Phosphors\u00e4ure, Zink, Mangan, Beschleunigungsmitteln (z.B. Nitrat) und speziellen Zus\u00e4tzen, die den Aufbau feinkristalliner Schichten bewirken. Phosphat-, Zink- und Mangan-Ionen bilden zusammen mit Ionen aus der Oberfl\u00e4che des Grundwerkstoffs eine dichte, korrosionsbest\u00e4ndige Schutzschicht.<\/p>\n

\n

Bei starker Vergr\u00f6\u00dferung wird sichtbar, dass sich auf der behandelten Metalloberfl\u00e4che dicht beieinander liegende, kleine K\u00f6rner gebildet haben. Daran kann sich eine Lackschicht gut anhaften.<\/p>\n<\/blockquote>\n

Ver\u00e4nderungen der Reaktionsbedingungen w\u00e4hrend des Aufbaus der Schutzschicht<\/h2>\n

Bei chemischen Stoffumwandlungen laufen in der Regel parallel zur angestrebten Hauptreaktion weitere Nebenreaktionen ab. Je mehr Stoffe anwesend sind, umso vielf\u00e4ltiger sind die entstehenden Reaktionsprodukte. Reichern sie sich in der Prozessl\u00f6sung an, funktioniert die Hauptreaktion nicht mehr richtig. Deshalb und weil sich die Ausgangsstoffe bei den Reaktionen aufbrauchen, muss die Prozessl\u00f6sung st\u00e4ndig in Ordnung gebracht werden. Im Laufe der Zinkphosphatierung bilden sich nicht nur auf den Werkstoffoberfl\u00e4chen, sondern auch in der Fl\u00fcssigkeit wasserunl\u00f6sliche Phosphate.<\/p>\n

\"oberflaechenvorbehandlung\"<\/p>\n

W\u00e4hrend der st\u00e4ndigen Umw\u00e4lzung der Prozessl\u00f6sung vom Becken \u00fcber Filter zur\u00fcck ins Becken werden diese Phosphate aus dem System ausgeschleust. Das gelingt allerdings nicht ganz vollst\u00e4ndig. Am Beckenboden und in Rohrleitungsabschnitten mit geringen Str\u00f6mungsgeschwindigkeiten setzt sich Phosphatierschlamm ab und bildet harte Krusten. Die Ablagerungen m\u00fcssen regelm\u00e4\u00dfig mit viel Aufwand mechanisch entfernt werden.<\/p>\n

Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung<\/h2>\n

An der Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung nehmen zus\u00e4tzlich Nickel-Ionen teil. In die Zinkphosphat-Konversionsbeschichtung lagert sich damit auch Nickelphosphat ein. Das passiert bei einer Temperatur von 35 \u00b0C. Bei diesem Verfahren entsteht etwa 25 % weniger Phosphatierschlamm. Er ist weicher und l\u00e4sst sich mit deutlich geringerem Aufwand beseitigen. Das reduzierte Abfallaufkommen bedeutet, dass auch 8 bis 12 % weniger Phosphatier-Erg\u00e4nzungsl\u00f6sung erforderlich sind. Der W\u00e4rmeverlust ist vom Temperaturunterschied zwischen der Prozessl\u00f6sung und der Umgebung abh\u00e4ngig. Er verringert sich mit jedem Grad, mit dem sich die Anwendungstemperatur an die Umgebungstemperatur ann\u00e4hert.<\/p>\n

\"mit-nachhaltigen-produkten-co2-einsparen-niedrigtemperatur-zinkphosphatierung\"<\/a><\/p>\n

Eine weitere Reduzierung der W\u00e4rmeverluste geht mit der niedrigeren Verdunstung bei tieferen Temperaturen einher. Unter Ber\u00fccksichtigung des geringeren W\u00e4rmebedarfs f\u00fcr das Aufheizen der Prozessfl\u00fcssigkeit ergibt sich eine Energieeinsparung von insgesamt 25 bis 30 % gegen\u00fcber dem konventionellen Verfahren. Der geringere Rohstoffverbrauch und die Energieeinsparung sind mit einer Reduzierung des CO2<\/sub>-Footprints verbunden. Damit ist die Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung ein guter Schritt in Richtung nachhaltige Chemie.<\/p>\n

Ablauf des Verfahrens<\/h2>\n

Der eigentlichen Konversionsbeschichtung gehen die sorgf\u00e4ltige Reinigung und die Aktivierung der Metalloberfl\u00e4chen voraus. Bei der Aktivierung erzeugt ein zinkphosphat-basiertes Aktivierungsmittel Kristallisationskeime, an denen die Phosphate sp\u00e4ter heranwachsen. Je h\u00f6her die Anzahl dieser Keime ist, umso mehr K\u00f6rnchen bilden sich, umso feiner wird die Struktur der Beschichtung auf der Metalloberfl\u00e4che. Die Phosphatschicht entsteht auf der Metalloberfl\u00e4che entweder durch Bespr\u00fchen der Teile mit Prozessl\u00f6sung (Spritzverfahren) oder durch das vollst\u00e4ndige Eintauchen in mit Prozessl\u00f6sung gef\u00fcllte Becken (Tauchverfahren). An die Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung kann sich bei Bedarf eine Nachpassivierung<\/a> anschlie\u00dfen.<\/p>\n

\"passivierung-niedrigtemperatur-zinkphosphatierung\"<\/a><\/p>\n

Das ist erforderlich, wenn keine abschlie\u00dfende Lackierung vorgesehen ist und ein langfristiger Korrosionsschutz erreicht werden soll. Durch die Nachpassivierung verringert sich die Porosit\u00e4t der Beschichtung. Feuchtigkeit und andere aggressive Substanzen finden weniger Angriffspunkte.<\/p>\n

Prozesskontrolle zur Steuerung der Abl\u00e4ufe<\/h2>\n

Bei der Niedrigtemperatur-Zinkphosphatierung nehmen drei unterschiedliche Metallionen am Schichtaufbau teil. Sie sind elektrisch positiv geladen und geh\u00f6ren deshalb zu den Kationen. Aus diesem Zusammenhang leitet sich die Bezeichnung Trikation-Zinkphosphatierung ab. Das f\u00fcr die Konversionsbeschichtung ben\u00f6tigte negativ geladene Anion ist das Phosphat-Ion aus der Phosphors\u00e4uere. Au\u00dferdem werden Nitrat-Ionen und Zusatzstoffe f\u00fcr den Prozess ben\u00f6tigt.<\/p>\n

\"zinkphosphatierung-niedrigtemperatur-zinkphosphatierung\"<\/a><\/p>\n

Damit das Zusammentreffen der vielen Chemikalien zu dem gew\u00fcnschten Ergebnis f\u00fchrt, sind die optimale Anwendungstemperatur und die erforderlichen Konzentrationen der einzelnen Komponenten genau einzuhalten. Grundlage daf\u00fcr ist eine sorgf\u00e4ltige Prozesskontrolle.<\/p>\n

Automatische Prozesssteuerung<\/h2>\n

Jede Abweichung von den optimalen Prozessparametern erfordert eine schnelle Gegenma\u00dfnahme. Bei anspruchsvollen Verfahren ist das nur durch eine automatisierte Prozesskontrolle durchf\u00fchrbar: Messf\u00fchler, sogenannte Sensoren, erfassen laufend die verschiedenen Parameter und vergleichen sie mit den Sollwerten. Abweichungen werden mit Hilfe von Dosierpumpen oder Regelventilen ausgeglichen. Ist der Gehalt einer Komponente im System zu niedrig, f\u00f6rdert die angesteuerte Dosierpumpe diesen Stoff solange in das Becken, bis der Sollwert wieder erreicht ist. Stimmt die Temperatur nicht mehr, \u00f6ffnet oder schlie\u00dft das Regelventil f\u00fcr die Heizung ein bisschen und bringt die Temperatur wieder in den „gr\u00fcnen Bereich“. Wichtige Hinweise f\u00fcr den ordnungsgem\u00e4\u00dfen Verfahrensablauf lassen sich auch aus dem pH-Wert und der elektrischen Leitf\u00e4higkeit der Prozessfl\u00fcssigkeit schlussfolgern.<\/p>\n

\"ph-wert-skala\"
\u00a9 kolonko \u2013 stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

Der pH-Wert ist ein Ma\u00df f\u00fcr den Gehalt an freien Wasserstoff-Ionen in der Fl\u00fcssigkeit und muss in einem engen Toleranzbereich stabil gehalten werden. Das gelingt durch die automatische Zufuhr von pH-Regulatoren. Die elektrische Leitf\u00e4higkeit gibt Auskunft \u00fcber die Gesamtmenge frei beweglicher Ionen. \u00dcber diesen Wert l\u00e4sst sich die Zufuhr der Phosphatier-Erg\u00e4nzungsl\u00f6sung steuern. Au\u00dferdem k\u00f6nnen die F\u00fcllst\u00e4nde der Beh\u00e4lter, aus denen die Dosierpumpen die Chemikalien entnehmen, \u00fcberwacht werden. Sind entsprechende Rohrleitungssysteme mit geeigneten Absperrarmaturen vorgesehen, kann die automatische Umschaltung auf einen Reservebeh\u00e4lter die kontinuierliche Versorgung sicherstellen.<\/p>\n

Auswertung der erfassten Daten f\u00fcr betriebswirtschaftliche Aufgaben<\/h2>\n

Die Prozesskontrolle l\u00e4sst sich mit weiteren Funktionen verkn\u00fcpfen. Beispielweise kann die Steuerung den tats\u00e4chlichen Verbrauch an Prozesschemikalien berechnen. Wenn die Vorr\u00e4te zur Neige gehen, erfolgt eine Meldung. Daraufhin wird automatisch oder durch eine verantwortliche Person die erforderliche Bestellung ausgel\u00f6st. Auf diese Weise l\u00e4sst sich eine wirtschaftliche Lagerhaltung einrichten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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