Kathodische Tauchlackierung

Die kathodische Tauchlackierung (KTL) stellt ein herausragendes Zusammenspiel von qualitativ hochwertiger Beschichtung und Wirtschaftlichkeit dar. Auf dem Lackiersektor dient die KTL-Beschichtung als Grundstein für weitere Lackaufbauten, erfüllt aber auch als alleiniges Beschichtungssystem höchste Ansprüche an die Korrosionsbeständigkeit sowie die Lackhaftungseigenschaften veredelter Werkstücke.  Die KTL-Beschichtung lässt sich entsprechend der Wünsche und Vorgaben unserer Kunden in drei Schichtdickenbereichen einstellen:

• Normalschicht: N-KTL  Schichtdicke 10 -25 µm

• Sonderdünnschicht: S-KTL Schichtdicke 8  – 15 µm

• Dickschicht: D-KTL  Schichtdicke >35 µm
  

Um Ihnen das Verfahren der KTL Beschichtung zu visualisieren haben wir einen animierten Trickfilm herstellen lassen und hierbei die Möglichkeiten genutzt auch so in die Becken zu schauen.

Bitte nutzen Sie die Gelegenheit und erfahren Sie, was KTL Beschichten ist.

Der Filmauszug ist ein Teil der Vorstellung der OFTEC. Bitte melden Sie sich im Portal an und schauen im Bereich Unter-nehmensdarstellung nach weiteren Filmen rund um EBBINGHAUS.

Die KTL Anlage umfaßt folgende Prozessschritte:

Die Tauch - Reinigungsstufen Tauchentfetten 1 + 2
Tauchreinigungsbecken

Das nachfolgende, alkalische Spritzreinigungsbecken wird für zweierlei Aufgaben benötigt:

Die Reinigung der Teile mittels Druck, und die Reduzierung der alkalischen Konzentration für nicht hochalkalisch zu reinigende Teile. Nachteil der druckunterstützen Reinigung ist die reduzierte Eindringung in den tiefen Warenträger, weshalb meistens die Kombination aus Kurzzeittauchreinigen und Spritzreinigen gewählt wird. Die Spritztechnik ist sehr wirkungsvoll bei großvolumigen Blechteilen die direkt bei dem Spritzvorgang beidseitig mit dem Spritzstahl getroffen werden können. Die von den Teilen abgelösten Feststoffe (Späne, Formsand usw.) werden kontinuierlich aus dem Badmedium ausgetragen. Dieses geschieht durch eine Kombination aus Hydrozyklon (Schwerkraftabscheidung), Bandfilter und Micro - Ultrafiltration. Die somit gereinigte Badflüssigkeit wird in das Behandlungsbecken zurückgeführt, wodurch ein Mediumkreislauf entsteht. Die abgetrennten Feststoffe werden dem Wertstoffkreislauf zugeführt. Die gereinigten Badflüssigkeiten werden dem jeweilig entnommenen Bad zurückgeführt und eventuell verlorene Flüssigkeit nachgefüllt. Gesteuert und Überwacht wird dieser Prozeß durch den Leitrechner im Leitstand der die Automatikventile zu den Aufbereitungstechniken öffnet und schließt. Das Redentat (Schmutzseite) wird in die Abwasseranlage abgegeben und dort aufbereitet.

Spritzreinigung

Das nachfolgende, alkalische Spritzreinigungsbecken wird für zweierlei Aufgaben benötigt:

Die Reinigung der Teile mittels Druck, und die Reduzierung der alkalischen Konzentration für nicht hochalkalisch zu reinigende Teile. Nachteil der druckunterstützen Reinigung ist die reduzierte Eindringung in den tiefen Warenträger, weshalb meistens die Kombination aus Kurzzeittauchreinigen und Spritzreinigen gewählt wird. Die Spritztechnik ist sehr wirkungsvoll bei großvolumigen Blechteilen die direkt bei dem Spritzvorgang beidseitig mit dem Spritzstahl getroffen werden können. Die von den Teilen abgelösten Feststoffe (Späne, Formsand usw.) werden kontinuierlich aus dem Badmedium ausgetragen. Dieses geschieht durch eine Kombination aus Hydrozyklon (Schwerkraftabscheidung), Bandfilter und Micro - Ultrafiltration. Die somit gereinigte Badflüssigkeit wird in das Behandlungsbecken zurückgeführt, wodurch ein Mediumkreislauf entsteht. Die abgetrennten Feststoffe werden dem Wertstoffkreislauf zugeführt. Die gereinigten Badflüssigkeiten werden dem jeweilig entnommenen Bad zurückgeführt und eventuell verlorene Flüssigkeit nachgefüllt. Gesteuert und Überwacht wird dieser Prozeß durch den Leitrechner im Leitstand der die Automatikventile zu den Aufbereitungstechniken öffnet und schließt. Das Redentat (Schmutzseite) wird in die Abwasseranlage abgegeben und dort aufbereitet. 

Tauchspülen 1 bis 3

Zur weiteren Reduzierung der Alkalität auf der Oberfläche der gereinigten Teile wird nach den Reinigungsbecken der Warenträger mit den Teilen in drei Spülbecken getaucht. In diesem Spülbecken ist voll entsalztes Wasser, das in einer Umkehrosmose-Anlage (siehe Wasseraufbereitungskomponenten) gewonnen wird. Die Tauchspüle 1 ist das letzte Becken in einer dreier Kaskade der Tachspülbecken 1 + 2 + 3. Das voll entsalzte Wasser wird dabei in die letzte der drei Spülbecken nachgefüllt, vom wo es nacheinander in das Spülbecken 2 und 1 überläuft. Dadurch wird erreicht, daß im Laufe der Prozesskette immer mit sauberen Wasser gespült wird, und anschließend ein Teil mit einer vollkommen sauberen Oberfläche für die nächsten Prozesschritte zu Verfügung steht. In der Spüle 1 befindet sich der Überlauf, welcher das Wasser wieder zur Aufbereitung in die Wasseraufbereitung zurückführt. Dort wird es aufbereitet und Teilweise für den Entlackungsbereich wiederverwendet. 

Beizen

Aufgrund verschieden langer Transportstrecken bis zu unserem Lackierwerk, können Teile mit Flugrostbefall auftreten. Um hier nicht diese Teile zum Hersteller zurück schicken zu müssen, haben wir eine auf Phosphorsäure basierende Metallbeize in unsere Prozesskette eingefügt. Diese Beize wird jedoch nur mit speziellen Wegprogrammen angefahren und soll, wenn möglich, wenig genutzt werden. In dieser Zone ist die Verweilzeit frei definierbar, daß heißt, sie kann ein Mehrfaches der Taktzeit der Lackieranlage betragen. Das Becken ist komplett innen mit Kunststoff beschichtet und hat eine eigene, autark im Becken angebrachte Medium - Umwälzung. Das insgesamt wichtigste und universellste chemische Verfahren zum Entrosten, Entzundern und Dekapieren von unlegierten und niedriglegierten Stählen ist das Beizen mit verdünnter Phosphorsäure. Dabei werden vor allem oxidische Oberflächenverunreinigungen wie Rost, Zunder und Anlaufschichten entfernt. Aber auch Späne, metallischer Abrieb vom Kaltwalzen, anderen Kaltumformverfahren oder Strahlen mit metallischen Strahlmitteln und säurelösliche Pigmente, die beim Entfetten häufig Probleme bereiten, lassen sich effektiv beseitigen. Phosphorsäure entfaltet im Gegensatz zu anderen Beizsäuren bereits bei Raumtemperatur eine für die diskontinuierliche Behandlung von Stückgut und KIeinteilen ausreichende Beizgeschwindigkeit. Meist werden helle, reine Oberflächen ohne größere Beläge von Beizbast (ungelöste Bestandteile von Werkstoffen) erhalten. Die entstandenen hochreaktiven Metalloberflächen führen schnell zur Flugrostbildung, die durch Phosphatschichten in Kombination mit nachfolgenden organischen Beschichtungen, metallische Überzüge, Inhibitoren oder Korrosionsschutzöle vermieden wird. Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten für Phosphorsäurebeizen gehören verschiedene Verfahren des passiven Korrosionsschutzes wie das Lackieren, Feuerverzinken, Galvanisieren oder Emaillieren, ebenso das Entmetallisieren sowie Entzundern in der Metallurgie. 

Aktivieren der Oberfläche

Zur Aktivierung werden die alkalisch gereinigten, gegebenenfalls geheizten Teile mit speziellen Titanphosphat- Lösungen behandelt, was durch eine vermehrte Keimbildung auf der Metalloberfläche zu schnellerer Schichtbildung kleineren Kristallen und niedrigeren Schichtgewichten führt. 

Zinkphosphatieren

Das Phosphatieren stellt wohl den technisch bedeutendsten Teil jener "verborgenen Technik" [1] der chemischen Vorbehandlung dar; verborgen deshalb, weil die erzeugten Phosphatschichten durch die Beschichtung abgedeckt werden und die Technik außerhalb eines kleinen Spezialistenkreises weitgehend unbekannt ist. Im Folgenden werden für den Nichtspezialisten einige wesentliche Gesichtspunkte dieser Verfahrensweise dargestellt.
"Phosphatierung" bedeutet die Behandlung von Metalloberflächen - vor allem von Eisen-, Zink- und Aluminiumwerkstoffen - mit wäßrigen sauren phosphathaltigen Lösungen mit dem Ziel, eine fest haftende Schicht aus Phosphaten zu erzeugen. Nach dem wichtigsten Kation in der Schicht wird die Phosphatierung unterteilt in die Eisen-, Zink- und Manganphosphatierung. Letztere ist ohne Bedeutung als Vorbehandlung vor der Lackierung. Die Eisenphosphatierverfahren nennt man auch Alkaliphosphatierverfahren, da sie Alkalimetallionen als wichtigste Kationen in der Behandlungslösung enthalten. Schichten auf Basis von Chrom (111)- und von Titan- oder Zirkonphosphat dienen auf Aluminium als Lackuntergrund. Zunächst seien im Folgenden anhand der Chemie die einzelnen Arten der Phosphatierung und die Art der Badführung erläutert. Auch wenn das eigentliche Phosphatieren der wesentliche Teil der Vorbehandlung ist, stellt es nur einen Schritt der chemischen Vorbehandlung dar.

Die zusätzlichen Behandlungsschritte: Reinigen, Beizen, Aktivieren, Nachspülen sind ebenfalls von entscheidender Bedeutung für das Gelingen der Vorbehandlung; sie werden anschließend mit den Verfahrensgängen und der Anlagentechnik diskutiert. Es folgen Beispiele für die verschiedenen Substrate, sowie eine Anleitung zur Auswahl geeigneter Verfahren. Hier zeigt sich, daß die Verfahrenstechnik inzwischen weitgehend von Arbeitsplatzhygiene, Abwasser- und Abfallvorschriften beeinflußt wird. Die Reaktion der sauren Badlösung beginnt mit dem Beizangriff auf das Metall, der durch die Beschleuniger (0X) unterstützt wird. Dadurch wird Metall aufgelöst und Säure verbraucht. Der pH - Wert verschiebt sich in der Grenzfläche Metall/Lösung, so daß schwerlösliches, tertiäres Zinkphosphat z. B. auf der Eisenoberfläche aufwächst. Die Reaktion ist beendet, wenn die gesamte Oberfläche mit Zinkphosphat bedeckt ist, da dann die treibende Kraft der Beizreaktion zum Stillstand kommt. Der "Beschleuniger" Ox wird zugesetzt, um die Reaktion zu beschleunigen und auch um die mögliche Bildung von Wasserstoff gemäß z. B. Zn + 21-l' - Zn" + H2 zu unterdrücken. Neben dem Aufwachsen von Zinkphosphat auf der Metalloberfläche fällt auch etwas Zinkphosphat als Niederschlag in der Lösung an. Bei der Phosphatierung von Eisenoberflächen bilden sich durch die Beizreaktion zunächst zweiwertige Eisenionen, die von der Metalloberfläche wegwandern, in der Badlösung vom Beschleuniger weiter oxidiert werden und schließlich als schwerlösliches Eisen(III)phosphat ausfallen. Dieser Phosphatschlamm ist ein integrales Nebenprodukt der Phosphatierungsreaktion *). Bei einem Schichtgewicht von z. B. 2,5 g/m 2 Zinkphosphat fällt bei der Phosphatierung von Eisenoberflächen etwa die gleiche Menge, teilweise auch mehr, an Eisenphosphatschlamm an (Trockengewicht). Moderne Verfahren streben zur Verbesserung der anwendungstechnischen Eigenschaften an, neben Zinkionen auch andere Metallionen in die Schicht einzubauen, Beispiele sind Fe", Ni", Mn", Mg" oder Ca++. Die Phosphatierung von Aluminium ist problematischer, da die Aluminiumoberflächen in vielen Phosphatierlösungen nur langsam reagieren, die bei der (notwendigen) Beizraktion sich bildenden AI+++-lonen die Bildung einer Zinkphosphatschicht schon in niedriger Konzentration (3-15 mg/l) verhindern und die Ausfällung von Aluminiumphosphat als Schlamm stark gehemmt ist.

Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, arbeitet man in der Praxis mit speziellen Phosphatierlösungen, die Fluorid enthalten: Fluorid löst die natürliche Oxidschicht des Aluminiums gut auf, es ist ein wirksames Komplexierungsmittel für Al"+. Das gebildete AlFl--fällt zusammen mit Natrium-Ionen als schwerlöslicher Kryolith - Schlamm aus. Zinkphosphatierverfahren werden zunächst nach dem Beschleuniger unterteilt (siehe Tabelle 1). Für viele Anwendungen ist von der Technik her Nitrit am einfachsten zu handhaben; es ist entsprechend weit verbreitet. Aus Gründen der Gesundheitsgefährdung - starke Säuren reagieren mit Nitrit zu giftigen nitrosen Gasen (NOx) - versucht man, Nitrit durch alternative Beschleuniger zu ersetzen. Die Beschleunigung mit Hydroxylamin und mit Wasserstoffperoxid haben sich als Ersatz bewährt, wobei letzteres den besonderen Vorteil bietet, Wasser als Reaktionsprodukt zu erzeugen. Die Normal -Zink- Verfahren sind durch Zinkgehalte von über 2,5 g/1 in der Behandlungslösung (Spritzverfahren) gekennzeichnet. Wegen wesentlich verbessertem Korrosionsschutz in Verbindung mit der Beschichtung, vorwiegend kathodischem Elektrotauchlack, arbeitet man vorzugsweise mit den Niedrig -Zink - Verfahren, die durch Zinkkonzentrationen von ca. 1 g/1 gekennzeichnet sind. Niedrig - Zink - Verfahren erzeugen Schichten mit einem hohen Anteil an Zinkeisenphosphat (Phosphophyllit) [3]. Der Zusatz von Mangan führt zu einer weiteren Steigerung der Korrosionsschutzwirkung unter Beschichtungen, vor allem auf Stahl in der beschleunigten Freibewitterung [4], auf verzinkten Oberflächen in der sogenannten Naßhaftfung (z. B. 96 h, 40 IC und 100% Luftfeuchte, anschließend Gitterschnitt [5]). Der Anteil an Phosphophyllit in der Schicht geht zugunsten des Mangangehaltes zurück. Es hat sich bei diesen manganmodifizierten Niedrig - Zink - Verfahren als vorteilhaft erwiesen, die Zinkgehalte in den Behandlungslösungen etwas anzuheben.

Passiveren

Wegen des Krebsverdachtes bei Cr(VI)/Cr(111)- Mischungen und wegen der Notwendigkeit, chromathaltige Abwässer in einer separaten Stufe zu reduzieren, sind chromfreie Nachspüllösungen entwickelt und in den Markt eingeführt worden. Die Unterschiede zwischen sechswertigem Chrom in Chromaten und dreiwertigem Chrom in bezug auf die Gesundheitsgefährdung ließen sich zwar darstellen, aber eine Akzeptanz ließ sich am Markt nicht erzielen. Chromfreie Nachspülung bedeutet im wesentlichen: organische wasserlösliche Polymere, vorteilhaft vor allem bei der chromfreien Behandlung von Aluminium und bei der Alkaliphosphatierung einsetzbar metallorganische Verbindungen auf Basis von Titan und Siliziumverbindungen, verbreitet in den USA bei der Alkaliphosphatierung;· metallorganische Verbindungen auf Basis von Titan und Siliziumverbindungen, verbreitet in den USA bei der Alkaliphosphatierung; rein anorganische Verbindungen des Zirkons, die universell einsetzbar sind. Diese Technik erlaubt außerdem, gegebenenfalls nach einer Konditionierung, die Lösungen über einen lonentauscher aufzubereiten und das entsalzte Wasser wieder zur Badergänzung zu verwenden.

 
Leerplatz als Puffer

Der Leerplatz vor der folgenden KTL Beschichtung dient einer späteren Erweiterung der Anlage und kann als zusätzliches Prozeß - oder Lackbecken genutzt werden.

KTL Beschichten

Unter diesem Begriff werden alle Tauchlackierverfahren zusammengefaßt, bei denen die Lackabscheidung infolge von chemischen Umsetzungen (Koagulation) des Bindemittels erfolgt.
Die Umsetzungen werden in den häufigsten angewendeten Verfahren durch einen elektrischen Stromfluß von einer äußeren Elektrode über den leitfähigen Lack zum Werkstück hervorgerufen.

Alle Elektrotauchlacke sind wasserlöslich (Suspensionen von Bindemitteln und Pigmenten in vollentsalztem Wasser) mit nur geringen Konzentrationen an organischen Lösemitteln (ca.3%). Damit sind weder Brandschutz- noch besondere Arbeitsschutzmaßnahmen beim Betreiben von KTL - Anlagen notwendig. Zum Einsatz kommt in unserer Anlage die neueste Generation des KTL-Lackes der marktführenden Firma PPG: Powercron 6200 HE mit optimalem Kantenkorrosionsschutz.  Somit werden wir den Anforderungen unserer Kunden in vollem Umfang gerecht.

Elektrochemische Reaktionsmechanismen:
Die Bindemittel bestehen bei KTL - Systemen zum überwiegenden Teil aus Epoxy -, zum geringeren Teil (z.B. für Einschichtlackierungen) aus Acrylharzen. Diese sind nicht wasserlöslich und müssen daher durch sog. Neutralisationsreaktionen mit organischen Säuren (z. B. Essigsäure) ionisiert und damit in einen wasserlöslichen Zustand überführt werden. An den Elektroden und am Werkstück wird infolge des elektrischen Stroms durch Elektrophorese das Wasser zersetzt. Dabei werden Ionen abgespalten und Gase freigesetzt. An der Anode wird zusätzlich das Eisen oxidiert und geht in Lösung (die Anoden müssen deshalb bei KTL aus beständigen Werkstoffen gebaut sein). Die an der Grenzfläche zur Kathode entstehenden Hydroxylionen bewirken eine Umkehrung der Neutraligationen und lassen damit das Bindemittel koagulieren. Es scheidet sich als unregelmäßige, porige Schicht auf dem Werkstück ab, die beim Einbrennen zu einem gleichmäßigen, geschlossenen Lackfilm zerfließt. 

Ultrafiltratspülen 1 + 2

Mit Hilfe des Spülsystems, werden die beschichteten Werkstücke von ausgeschleppten Lackresten gereinigt. Dies erfolgt in mehreren Stufen. Die erste Spülung ist über dem Lackbecken und erfolgt ausschließlich mit frischem Filtrat. Damit wird der abgespülte Lack direkt wieder ins Tauchbecken zurückgeführt. So wird erreicht, daß so gut wie keine Lackverluste entstehen. Im nachfolgenden Spülgang 1 wird Rezirkulat verwendet, das zum Vermeiden zu großer Abwassermengen im Kreislauf geführt und nur gelegentlich erneuert wird. Im darauf folgenden Spülgang 2 wird nochmals mit sauberen Ultralitrat nachgespült. Diese beiden Becken sind als Kaskade ausgelegt wodurch erreicht wird, daß die Oberflächen vollständig von noch anhaftenden Lackpartikeln gereinigt ist. Schichten auf Basis von Chrom (111)- und von Titan- oder Zirkonphosphat dienen auf Aluminium als Lackuntergrund. 

Der Einbrennofen

Der Einbrennofen ist mit einer A - Schleuse ausgelegt. Damit nutzt man die physikalische Gesetzmäßigkeit, daß Wärme nach oben steigt und somit der Ofen mit geringen Wärmeverlusten führt. Innerhalb des Ofens werden die beschichteten Teile eingebrannt. Dabei verläuft die applizierte Lackschicht zu einem homogenen geschlossenen Film. Die Verweilzeit im Ofen ist 90 Minuten, was der dreifachen Zeit entspricht die der Lackhersteller als Mindestzeit fordert. Diese lange Einbrennzeit ermöglicht folgende Vorteile: Auch schwerste Teile mit einem Teilegewicht von über 100 KG Eigengewicht erreichen die geforderten 180°C Objekttemperatur. Die Differenztemperatur zwischen Umlufteinstellung und gewünschter Teiletemperatur kann sehr klein gehalten werden, was einen optimalen gesteuerten Einbrennprozess bedeutet.