Ziel der Entwicklung

Logo: Verzinkte Prüfbleche unter Verwendung einer funktionellen PP Schicht und einer Klarlackbeschichtung im Vergleich mit einem zinkphosphatierten und Klarlackbeschichteten Prüfblech nach 28 Tagen im Salzsprühnebeltest, der Delaminationsbereich
Verzinkte Prüfbleche unter Verwendung einer funktionellen PP Schicht und einer Klarlackbeschichtung im Vergleich mit einem zinkphosphatierten und Klarlackbeschichteten Prüfblech nach 28 Tagen im Salzsprühnebeltest, der Delaminationsbereich

Hauptziel des Projektes ist es, die äußerst umweltfreundliche und ressourcenschonende Plasmatechnologie für den Einsatz bei schmelztauchveredelten (feuerverzinkten) Bändern und Blechen aus Stahl zur Oberflächenveredlung im Sinne des Korrosionsschutzes nutzbar zu machen.
Dazu wurden im Rahmen dieses Projektes korrosionsinhibierende Plasmapolymerschichten auf verzinkten Stahluntergründen abgeschieden und deren Eignung als Vorbehandlungsschichten mit korrosionsschützender Wirkung untersucht. Die Intention ist es, der kostenintensiven und umweltbelastenden nasschemischen Vorbehandlung (Phosphatierung) von unverzinkten und verzinkten Eisenwerkstoffen ein ökologisch unbedenkliches Verfahren als Alternative entgegen zu stellen.
In eigenen Forschungsarbeiten stand in den vergangenen Jahren die Entwicklung erster grundlegender Verfahrensprinzipien eines plasmabasierten schichtbildenden Vorbehandlungsverfahrens im Vordergrund. Es entstand ein neuartiges zweistufiges Verfahrens zur Erzeugung von korrosionsinhibierenden Plasmapolymer(PP) Schichten mit den zwei Prozeßschritten: Plasmafeinstreinigung und Abscheidung von modifizierten Plasmapolymerschichten unter Implantation von inhibierenden/passivierenden Stoffen.
Es wurden PP-Schichten erzeugt, die in erster Linie das elektrochemische Potential der Metalloberfläche in den Passivbereich verschieben. Die für den Korrosionsschutz ebenfalls wichtige Barrierewirkung ist dann von sekundärer Bedeutung und wird durch die nachfolgen-de Beschichtung realisiert.
Die PP-Schicht soll in dieser Anwendung eine nasschemisch erzeugte Konversionsschicht substituieren und somit die Funktionen des Korrosionsschutzes und der Haftvermittlung für eine anschließende Beschichtung ausüben. Da in den vergangenen Jahren der Einsatz von verzinktem Stahluntergrund gegenüber dem des unverzinkten an Dominanz zunahm und auch weiter zunehmen wird, ist eine Adaption des Verfahrens auf verzinkte Stahluntergründe zwingend notwendig. Dieses hat die komplette überarbeitung des beschriebenen Verfahrens zur Abscheidung von inhibitorhaltigen PP Schichten zur Folge und wurde realisiert.
Aus dem Projekt sind zwei inhibitorhaltige Plasmapolymerschichten für verzinkten Stahl her-vorgegangen, die hinsichtlich der Korrosionsschutzwirkung im NSS gemäß DIN EN ISO 9227 mit einer Trikation Niedrig Zinkphosphatierung verglichen werden können. Der Inhibitor ist ein 5 Komponenten System mit zusätzlichem Co Löser.

Vorteile und Lösungen

Da das Hauptaugenmerk der Arbeiten in der Weiterentwicklung und partiellen Adaption von Verfahrensprinzipien des plasmabasierten schichtbildenden Vorbehandlungsverfahrens für verzinkten Stahl bestand, spielten technologische Fragen eher eine untergeordnete Rolle und eine unmittelbare industrielle Umsetzung ist noch nicht gegeben.
Die Laborversuche zeigten auf, dass eine industrielle Anwendung insbesondere folgendes erfordert: Arbeiten zur Verfahrensoptimierung und Anpassung der Plasmabeschichtungs-anlagen an das jeweilige zu beschichtende Produkt.
Die im Projekt erzielten Ergebnisse haben gezeigt, dass die plasmabasierte Vorbehandlung von verzinkten Eisenwerkstoffen (Band und Blech aus Stahl und kontinuierlich schmelztauchveredeltes Band und Blech aus Stahl) insbesondere aufgrund der notwendigen Anlagentechnik eine anspruchsvolle Aufgabe ist, aber zweifellos realisierbar, zumindest im Niederdruck(ND) Plasma. Laborversuche mit der Openair ® Plasmatreater AS400 Anlage im Atmosphärendruck(AD) Plasma scheiterten in ersten Versuchsreihen aufgrund der Komponentenvielfalt der Ausgangsstoffe für die Plasmapolymerisation.
Aufgrund der kostenintensiven und umweltbelastenden nasschemischen Vorbehandlung von unverzinkten und verzinkten Eisenwerkstoffen erscheint es als ein großer Fortschritt, ein ökologisch unbedenkliches und im Labormaßstab erprobtes Verfahren als Alternative zur Verfügung zu stellen.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Anwendung des plasmagestützten Vorbehandlungsverfahrens kann, trotz des beträchtlichen Anlagenwertes, als echte Alternative zu den bisherigen Möglichkeiten gesehen werden. Auch bezüglich der Produktionskosten wären hier Einsparungen möglich, da diese Verfahren sehr effektiv sind und durch den geringem Einsatz von Energie und Rohstoffen, die zudem preiswert sind, Vorbehandlungsschichten mit einem sehr geringem Anteil von Abfallprodukten erzeugt werden. So ergibt sich ein Einsparungspotential von geschätzten 4,5 Millionen Euro/Jahr aufgrund des Wegfalls der Kosten für die Chemikalien zur Herstellung der Vorbehandlungslösungen sowie der Kosten für das Aufbereiten, Regenerieren und Entsorgen der Bäder, einschließlich der Spülbäder.
Neben den bereits genannten Einsparungen würde sich im Ergebnis der Arbeiten die bessere Sicherung einer optimalen Qualität hinsichtlich des Korrosionsschutzes unter Berücksichtigung aktueller und künftig zu erwartender Umweltauflagen ergeben.
Die Einführung/übernahme des plasmagestützten Vorbehandlungsverfahrens in die betriebliche Praxis hätte nachhaltige ökonomische und ökologische Auswirkungen. Die Einsparungen in den Anwenderunternehmen betreffen u.a. die Entsorgungskosten und die Reklamationskosten.
Es besteht wesentliches Interesse, die Arbeiten fortzuführen, um das Verfahren auf Atmosphärendruckplasmaanlagen adaptieren zu können. Dadurch kann die Anwendung des zweistufigen Verfahrens zur Abscheidung von korrosionsinhibierenden Plasmapolymerschichten als Vorbehandlung von unverzinkten und verzinkten Eisenwerkstoffen noch deutlich beschleunigt werden.