Hochleistungs-Zink/Eisen-Legierungen Ferronium EARTH · Andreas Blumenberg, Patricia Preikschat Forum SurfaceTechnology GERMANY – Stuttgart 06.06.2018 - 2 - 1 Einleitung - Entwicklungsziel

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Hochleistungs-Zink/Eisen-Legierungen

Ferronium – EARTH

SurTec Deutschland GmbH

Andreas Blumenberg, Patricia Preikschat

Forum SurfaceTechnology GERMANY – Stuttgart 06.06.2018

- 2 -

Einleitung - Entwicklungsziel - Hintergründe 1

Hochleistungs-Zinklegierungen 2

Hochlegiertes Zink/Eisen 3

INHALT

Hochlegiertes Zink/Eisen im Duplex System mit ETL 4

Zusammenfassung - Ausblick 5

- 3 - SurTec Deutschland GmbH

Konzept

Entwicklungsziel und Hintergründe

Hoch legierter Zinküberzug basiert auf den möglichst unbedenklichen

verfügbaren Inhaltsstoffen:

alkalischer Elektrolyt, mit seinen typischen Vorteilen wie

niedriger Organikgehalt im Vergleich zu sauren Elektrolyten

gute Metallverteilung (geringerer Metallverlust)

ausgewählte Additive, ungiftige und „weiche“ Komplexbildner

das Legierungselement ist im wesentlichen Eisen, ein Element mit

hervorragender biologischer Verträglichkeit für Menschen, andere

Säugetiere und die meisten anderen Lebewesen

cobalthaltig dickschichtpassiviert cobaltfrei transparentpassiviert

SurTec 781 Ferronium

- 4 -




INHALT




Geschichte und Besonderheiten

Hochleistungs-Zinklegierungen

In den1980er Jahren gab es bereits Zink/Eisen mit hohem Eisengehalt:

Patente: u.a. JP 58210191 NISSHIN STEEL (1982), DE3428345 OMI (1983),

DE3619385 Elektro-Brite (1987)

schwefelsaure Elektrolyte, Eisengehalte 10-80 %

matte bis glänzende Schichten mit hohem Korrosionsschutz

Hochgeschwindigkeitsabscheidung in Durchlaufanlagen

Patent: Nippon Surface Treatment (1984)

alkalische Elektrolyte mit einer Einbaurate bis ca. 20 %

Allerdings wurden in den letzten Jahrzehnten nur Zink/Eisen Überzüge mit

ca. 0,5% Fe industriell genutzt:

bei der Hochgeschwindigkeitsabscheidung in Durchlaufanlagen haben sich Zn/Ni

Überzüge verbreitet

für Gestell und Trommelware haben sich Überzüge mit niedrigen Eisengehalten

durchgesetzt(0,3-0,8 %)

Hauptgrund für den breiten Einsatz der Zn/Fe Überzüge mit 0,3-0,8 % Fe war die

gute Schwarzchromatierbarkeit ohne Silber

durch den Chrom-VI Ersatz bei der Schwarzpassivierung entfiel dieser Hauptgrund


Zink/Nickel und High Alloy Zinc (Ferronium und EARTH)

HINTERGRUND: HOCHLEISTUNGS-ZINKLEGIERUNGEN

Seit Jahrzehnten sind Zink/Nickel Legierungen als die Hochleistungs-Legierung im

kathodischen Korrosionsschutz etabliert.

Zink/Nickel besitzt im wesentlichen 4 überragende Eigenschaften:

den hohen Korrosionsschutz,

die hohe Hitzebeständigkeit,

den guten Schutz gegen Kontaktkorrosion mit

Aluminium und seinen Legierungen,

die gute Eignung für sprödbruchgefährdete Bauteile

(Wasserstoffversprödung).

Allerdings hat Zink/Nickel auch Nachteile:

Nickelallergie ist die am meisten verbreitetste Form

der Kontaktallergie,

Nickel-Aerosole und nickelhaltige Stäube gelten

als krebserregend,

Nickelmetall ist teurer, schwerer verfügbar als Eisen und

unterliegt stärkeren preislichen Schwankungen

Daher sind Alternativen stark nachgefragt!


Zink/Nickel und Ferronium/EARTH im direkten Vergleich

VERGLEICH ZUM STATUS QUO

Zink/Nickel

optimaler Nickelgehalt 13%

oberhalb 16-17% kein

kathodischer Korrosionsschutz

Nickelpreis ca. 11.600 €/t

Dichte = 8.908 kg/m³

Elektrolyt

harte Komplexbildner,

schwierige

Abwasserbehandlung

viele Additive, hoher Aufwand

verursacht Allergien, Aerosole

sind vermutlich krebserregend

Ferronium/EARTH

optimaler Legierungsgehalt 13%

über 11,5% unkritisch im Hinblick

auf den Korrosionsschutz

Rohstahlpreis (Warmband)

ca. 685 €/t Dichte = 7.874 kg/m³

Elektrolyt

weiche Komplexbildner,

wesentlich einfachere

Abwasserbehandlung

viele Additive, hoher Aufwand

alkalisch, darüber hinaus kein

wirkliches Gefahrenpotential

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INHALT




Korrosionsschutz unversiegelter Teile

SurTec 781 FERRONIUM – EINE HOCHLEISTUNGSSCHICHT

SurTec 781 Ferronium + SurTec 680 – Co-haltige Dickschichtpass. wie abgeschieden nach 1008 Stunden NSS (trocken / nass)


Mit SurTec 680 Chromitierung (der stärksten Dickschichtpassivierung)

VERGLEICH: SurTec 781 FERRONIUM / SurTec 782 EARTH

0 h 384 h 768 h 1032 h 1608 h in NSS


0 h 384 h 768 h 1032 h 1608 h in NSS

SurTec 782 EARTH

Späte, doch etwas

Weißkorrosion

Rotrost

Wenig dunkle, flache

Korrosionsprodukte

Cobalthaltig passiviert


Mit SurTec 675/551 Cobaltfreie Mittelschicht-Passivierung

VERGLEICH: SurTec 781 FERRONIUM / SurTec 782 EARTH

0 h 384 h 768 h 1032 h 1608 h in NSS


0 h 384 h 768 h 1032 h 1608 h in NSS

SurTec 782 EARTH

Rotrost

Wenig dunkle, flache

Korrosionsprodukte

Cobaltfrei passiviert

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SurTec 781 FERRONIUM

Fe-Konzentration 0

mg/l

50

mg/l

100

mg/l

150

mg/l

200

mg/l

250

mg/l

NSS bis Weißkorrosion

(ungetempert)

> 840 h 840 h 888 h 600 h > 840 h 720 h

NSS bis Weißkorrosion

(nach 24 h bei 120 °C)

> 840 h 672 h 840 h 840 h > 840 h 672 h

Steigender Fe-Gehalt in der Passivierung SurTec 680 hat keinen erkennbaren Einfluss auf

Farbe oder Korrosionsschutz der Teile, auch nicht nach Wärmebehandlung (im Gegensatz zu

Zink und niedriglegiertem Zink/Eisen)

0 mg/l Fe 50 mg/l Fe 100 mg/l Fe 150 mg/l Fe 200 mg/l Fe 250 mg/l Fe

Für die Nachbehandlung von hochlegiertem Zink/Eisen ist lediglich in einem

Recyclingkonzept die Zn-Entfernung aus der Passivierung zu berücksichtigen.

Fremdmetalleinflüsse in der Passivierung: Eisen

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Alstom-Freigabe – Schutzniveau 1000 h gegen RR nach ISO 9227

SurTec 781 FERRONIUM

Cobaltfreie

Nachbehandlung

- 14 -




INHALT

Hochlegiertes Zink/Eisen im Duplex-System mit ETL 4



Ein Schichtsystem für höchste Anforderungen

EARTH – METALLISCHE VORBEHANDLUNG VOR E-TAUCHLACK

Traditionell werden Stahlteile vor der

Lackierung phosphatiert oder mit einer

alternativen Konversionsschicht versehen

Daneben gibt es aber auch Anwendungen auf

verzinktem oder mit Zinklegierungen

beschichtetem Stahl – dabei kommt es oft zu

unerwünschten voluminösen Ausblühungen

und/oder Blasenbildung

Provexa, eine Lohngalvanik in Schweden,

setzt seit anderthalb Jahren eine spezielle

Zinklegierung ein, die ganz besonders wenig

Zinkkorrosion zeigt und sich – sowohl mit

Phosphat- als auch mit einer dünnen

Konversionsschicht – hervorragend als

Untergrund für Elektrotauchlack und

Pulverbeschichtung eignet


Auf der Suche nach sich selbst stabilisierenden Schichten


Anders Skalsky, technischer Leiter von Provexa,

suchte nach einer Alternative

ähnlich wie sich Aluminium oder Chrom selbst mit

einem schützenden Oxidfilm überziehen oder

Gusseisen, das nur mit seiner Gusshaut oft

erstaunlich lange haltbar ist, sollte auch die

Zinklegierung sich während der Korrosion immer

wieder selbst passivieren

eine Variante der hochlegierten Zink/Eisen-

Schicht wurde hier optimiert, die in ihrem

Verhalten dem gewünschten Ziel sehr nahe

kommt

sie stellt immer noch eine Opferanode dar, aber

die Abgabe der Metallionen ist so langsam und

kontrolliert, dass sie die Lackschicht nicht stört

EARTH wurde von Provexa und SurTec patentiert


ACT Accelerated Corrosion Test, vor allem in Skandinavien


ACT Accelerated Corrosion Test

Klimawechseltest für

Schichtsysteme

ACT I: Salznebel, Feuchtigkeit

und Temperaturkurven, z.B.

• Scania STD4319

• Volvo STD 423-0014

• Volvo STD 1027,149

ACT II: Salznebel, Feuchtigkeit

und Temperaturkurven, z.B.

• Scania STD4445

• Volvo VCS 1027,1449t




Vergleich mit ETL

bei 8 µm

links EARTH Schicht,

rechts Zn/Ni Schicht

Zn/Ni schwarzpassiviert

+ div Nachbehandlungen:

links nur passiviert

Mitte mit Versiegelung

rechts mit Cr3+ Postdip

Nach 96 h NSS (ISO 9227):

Beste Haftung und

Korrosionsschutz mit

EARTH als metallische

Vorbehandlung


Vorbehandlung mittels

Phosphatierung

Metallische Vorbehandlung +

Phosphatierung:

Alkalisch Zink/Nickel 8 µm

+ Phosphatierung


Konversion (Cr3+/Zr):

SurTec 782 EARTH 8 µm

+ SurTec 609 EC


Phosphatierung:


+ Phosphatierung



Schichtsysteme mit ETL + Pulverlack nach

6 Wochen ACT II Test nach Scania STD4445:




Schichtsysteme mit ETL + Pulverlack nach

6 Wochen ACT II Test nach Scania STD4445:

Vorbehandlung mittels

Phosphatierung


Phosphatierung:

Alkalisch Zink/Nickel 8 µm

+ Phosphatierung


Konversion (Cr3+/Zr):


+ SurTec 609 EC


Phosphatierung:


+ Phosphatierung

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INHALT




Zusammenfassung und Ausblick

FERRONIUM / EARTH

Hochlegierte Zink/Eisenlegierungen haben ein gutes Potential als Zink/Nickel-

Ersatz in vielen Anwendungen

mit der Dickschichtpassivierung SurTec 680 Chromitierung gibt es praktisch

keinen Ausfall bis deutlich >600 h im neutralen Salzsprühtest, mit und ohne

Wärmebehandlung

die Weiterentwicklung EARTH stellt darüber hinaus eine hervorragende,

praxiserprobte “metallische Vorbehandlung” für nachfolgende

Lackierungsverfahren dar

auch Verletzungen bis aufs Grundmaterial führen nicht zu Ausblühungen oder Blasen

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Vielen Dank! Interesse / Fragen etc.???!!!

Besuchen Sie uns auf unserem Messestand:

Stand D27 (14) auf der WELT DER OBERFLÄCHE des

Zentralverbandes Oberflächentechnik e.V. (ZVO)

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