Korrosionsschutz für Stellantriebe von Industriearmaturen

Dietmar Isele, Andreas Baumgart, AUMA Riester GmbH & Co. KG, Müllheim, Jochen Keller, Emil Frei GmbH & Co. KG, Bräunlingen

1. Einleitung
Korrosionsschutz für Stellantriebe von Industriearmaturen
Ein Praxisbericht über die Umstellung von Nasslackierung auf Pulverbeschichtung. Diskutiert werden Lacktechnologie, Teilekonstruk­tion und Anlagenbetrieb als Einflussgrößen auf das Lackierergebnis. Die Zielstellung war Korrosionsschutzanforderungen C5-M gemäß DIN EN ISO 12944-6.

2. AUMA-Kunden und deren Nutzen

Stellantriebe sind die entscheidenden Komponenten für jeden Materialfluss, für seine Sicherheit und für die Wirtschaftlichkeit ganzer Industrieanlagen. Dabei gestalten sich die verschiedenen Energie- und Stoffkreisläufe in jeder Anlage, in jedem industriellen Prozess neu und individuell.

Die Kunden von AUMA sind in der Regel Betreiber von Industrieanlagen, in denen Industriearmaturen angetrieben, geregelt oder gesteuert werden müssen. Aber auch Armaturenhersteller sowie Firmen, die industrielle Anlagen projektieren, benötigen Stellantriebe. Wann immer es im industriellen Maßstab zum Bedienen von Kugelhähnen, Schiebern, Klappen und somit zum Öffnen und Schließen von Durchflussquerschnitten kommt, kann AUMA mit einem entsprechenden Stellantrieb, dem erforderlichen Drehmoment und zugehöriger Steuerung dienen.
Abb. 1: AUMA-Kunden:
Abbildung_1_1Abbildung_1_2

2.1 Einsatzgebiete der AUMA-Produkte

       

Wasserwirtschaft
Wasserwirtschaft
Energiewirtschaft
Energiewirtschaft
Industrieanlagen
Industrieanlagen
Pipelines
Pipelines
Petrochemische Industrie
Petrochemische-Industrie
Schiffbau
Schiffbau

Abb. 2: Einsatzgebiete

 

3. Lack und Lacktechnik
3.1 Zweischicht-Pulverlacksystem
In überwiegendem Maße werden höchste Anforderungen an die Beschichtung mit einschichtigen Pulverlacken erfüllt. Um jedoch die beschriebenen extremen Anforderungen insbesondere an den Korrosionsschutz zu erfüllen, wurde eine zweischichtige Systemlacklösung angestrebt.

 

Pulverlack

Basis

Aushärtung

Einbrenn-bedingungen

Applikation

Schichtdicke

Grundpulverlack PE1204A

Epoxidharz/ Dicyandiamid

Polyaddition

10 min/160 °C

Corona Tribo

60-80 µm

Deckpulverlack PU4003M

Polyesterharz/ IPDI-Uretdion

Polyaddition

12 min/200 °C

Corona

60-80 µm

Abb. 3: Vertikaler Systemlack - Zweischicht-Pulverlackaufbau

3.2 Grundpulverlack PE1204A

Dieser besteht aus einem speziell modifizierten Epoxidharz mit hoher Vernetzungsdichte und sehr guter Haftfestigkeit auf den verschiedenen Metallsubstraten. Mit einer energieeffizienten Einstellung werden bei einer Vernetzungstemperatur ab 160 °C die vollständigen Eigenschaften erzielt.

Farbton

Glanzgrad

Dichte

Gitterschnitt

Erichsentiefung

Kugelschlagprüfung

 

EN ISO 2813

 

DIN EN ISO 2409

DIN EN ISO 1520

DIN EN ISO 6272

RAL 7035

glänzend

1,579 g/cm³

Gt 0

(Stahlblech)

5 mm

40 kg cm (Einbeulen)

Abb. 4: Kennzahlen PE1204ARA735

Warum kein Zinkstaub?

■ Die elektrochemische, kathodische Korrosionsschutzwirkung des Zinkstaubs ist nicht gegeben.
- Testergebnisse IKS Dresden (FARBE+LACK 4/2004)
- Testergebnisse FreiLacke (EFD-Info 119 / 2003)
■ Schlechtere Verarbeitungseigenschaften
■ Oberflächenstörung in der Deckschicht (durch grobe Zinkstaubpartikel)
■ Hoher Verschleiß der Applikationsgeräte
■ Höhere Dichte - schlechtere Wirtschaftlichkeit

3.3 Deckpulverlack PU4003M
Die Deckbeschichtung bildet ein Polyurethan-Pulverlack auf Basis eines Polyesterharzes, vernetzt mit einem physiologisch unbedenklichen, abspaltfreien Isocyanat. Zur Erfüllung der Anforderungen wird der Gesamtaufbau bei 200 °C vollständig ausgehärtet. Beide Pulverschichten sind in den relevanten Eigenschaften optimal aufeinander abgestimmt. Insbesondere liegt einer der Schwerpunkte auf einer sehr guten Zwischenhaftung zwischen Deckpulver und Grundpulver.➠

Farbton

Glanzgrad

Dichte

Gitterschnitt

Erichsentiefung

Kugelschlagprüfung

 

EN ISO 2813

 

DIN EN ISO 2409

DIN EN ISO 1520

DIN EN ISO 6272

ca. RAL 9007

seiden-glänzend

1,631 g/cm³

Gt 0 (Stahlblech)

5 mm

40 kg cm (Einbeulen)

Abb. 5: Kennzahlen PU4003M

Warum Polyurethan?
■ Chemikalienbeständigkeit
■ UV- und Witterungsstabilität
■ Betriebstemperaturen 80 bis 120 °C
■ Glasübergangstemperatur
■ Dekontaminierbarkeit

Somit wird mit diesem hochwertigen Gesamtaufbau eine hervorragende Gesamtperformance erzielt, weil
■ eine sehr gute Adhäsion zum Substrat,
■ eine hervorragende Zwischenschichthaftung zwischen Grund- und Deckpulverlack,
■ eine hohe UV- und Witterungsstabilität der Deckbeschichtung,
■ eine erstklassige Barrierewirkung des Gesamtaufbaus gegen Permeation von Schadstoffen gegeben ist.

3.4 Normen
In der Beschichtungsindustrie konkurrieren auf dem Korrosionsschutzsektor in der Werksfertigung in hohem Maße spezielle Pulverlacksysteme mit den konventionellen mehrschichtigen Flüssiglackaufbauten. Auf Grund der gesetzlich vorgegebenen Reduzierung der VOC-Emissionen wird sich der Trend zum weiteren Einsatz der umweltfreundlichen Pulverbeschichtung perspektivisch fortsetzen.

Die wichtigsten Standards für den Offshore-Korrosionsschutz in Europa sind die DIN EN ISO 12944-6 (Korrosionsschutz von Stahlbauten durch Beschichtungssysteme), die ISO 20340 (Paints and varnishes - Performance for protective paint systems for offshore and related structures) und die NORSOK M 501 (Surface preparation and protective coating).

Die DIN EN ISO 12944-6 enthält bisher nur Systeme mit flüssigen Beschichtungsstoffen. Die Einbeziehung der Pulverbeschichtungssysteme in das Normenwerk wäre dringend notwendig, ist aber nach wie vor offen. Der Einsatz von speziellen Zweischicht-Pulversystemen ist für alle Beschichtungsbetriebe interessant, die einen hohen Korrosionsschutzstandard im Markt garantieren wollen und müssen. Ebenso ist ein Einsatz für die Anwender von Interesse, die wegen der VOC-Regelung zur Reduzierung von Lösemittelemissionen von der Flüssiglackierung auf die Pulverbeschichtung umsteigen wollen. Die Pulverbeschichtung ist das Verfahren mit der niedrigsten Emission von < 0,1 % beim Vernetzungsprozess. Um den aktuell gültigen Anforderungen an Stahlbauten zu genügen bzw. um eine Vergleichbarkeit zu am Markt befindlichen Flüssiglacksystemen zu gewährleisten, wird häufig die Qualitätseinstufung in Anlehnung an die DIN EN ISO 12944-6 vorgenommen.

Wichtige Elemente der DIN EN ISO 12944 sind die Einstufung in Korrosivitätskategorien in Verbindung mit der zu erwartenden Schutzdauer der Beschichtung.

Korrosivitätskategorie

Belastung

Umgebung
Innen

Umgebung
außen

C 1

unbedeutend

geheiztes Gebäude
Büros, Schulen

C 2

gering

ungeheizte Gebäude
Kondensation
Sporthallen, Schulen

Atmosphäre mit geringer Verunreinigung
ländliche Bereiche

C 3

mäßig

Produktionsräume mit hoher Feuchte und etwas Verunreinigung
Wäschereien

Stadt- und Industrieatmosphäre, Verunreinigung mit SO2
Küstenbereiche mit geringer Salzbelastung

C 4

stark

Chemieanlagen, Schwimmbäder, Bootsschuppen, Meerwasser

Industrielle Bereiche & Küstenbereiche mit mäßiger Salzbelastung

C 5 – I

sehr stark

Bereiche mit nahezu ständiger Kondensation + starke Verunreinigung

Industrielle Bereiche mit hoher Feuchte + aggressiver Atmosphäre

C 5 – M

sehr stark

Bereiche mit nahezu ständiger Kondensation + starke Verunreinigung

Küsten- und Offshore-Bereiche mit hoher Salzbelastung

Abb. 6: Korrosivitätskategorien nach DIN EN ISO 12944

Korrosivitäts-kategorie

Schutzdauer der Beschichtung

Salzsprühtest
ISO 7253

Tropentest
ISO 6270

Chemikalienbeständigkeit
ISO 2812-1

 

(erwartete Standzeit)

[h]

[h]

[h]

C 2

Kurz 2-5 Jahre

Mittel 5-15 Jahre

Lang > 15 Jahre

--

48

48

120

--

C 3

K

M

L

120

240

480

48

120

240

--

C 4

K

M

L

240

480

720

120

240

480

--

C 5 – I

K

M

L

480

720

1440

240

480

720

168

168

168

C 5 – M

K

M

L

480

720

1440

240

480

720

--

Abb. 7: Schutzdauer gem. DIN EN ISO 12944

Der internationale Standard ISO 20340 lehnt sich in wesentlichen Punkten an die DIN EN ISO 12944 an. Um eine entsprechende Qualifizierung zu erreichen, ist die Korrosivitätskategorie C 5 - M mit mindestens der Schutzdauer „lang" zu erfüllen. Im Gegensatz zu den in der DIN EN ISO 12944-5 definierten/eingeschränkten Beschichtungsaufbauten lässt dies die ISO 20340 bewusst offen.

 

3.5 Prüfergebnisse
Nach DIN EN ISO 12944: Erfüllung C5-I lang und C5-M lang.

3.5.1 Salzsprühnebelprüfung nach DIN EN ISO 9227 NSS

Bewertung nach 1512 h

Grauguss

Druckguss

Blasengrad Fläche

DIN EN ISO 4628-2

0-0 (S0)

0-0 (S0)

Enthaftung am Schnitt

DIN EN ISO 4628-8

< 0,5 mm

0 mm

Rostgrad Fläche

DIN EN ISO 4628-3

Ri 0

Ri 0

Abb. 8: Salzsprühtest – Bewertung nach 1.512 h, Untergrund Grauguss und Druckguss


Abbildung_09_-_1512hAbb. 9: Salzsprühnebelprüfung Grauguss, zinkphosphatiert, 1.512 h

 

 

Abbildung_10_-_1512h Abb. 10: Salzsprühnebelprüfung Druckguss, zinkphosphatiert, 1.512 h

 

Bewertung nach 2016 h

Grauguss

Druckguss

Blasengrad Fläche

DIN EN ISO 4628-2

0-0 (S0)

0-0 (S0)

Enthaftung am Schnitt

DIN EN ISO 4628-8

0,5 mm

0 mm

Rostgrad Fläche

DIN EN ISO 4628-3

Ri 0

Ri 0

 
Abb. 11: Salzsprühtest – Bewertung nach 2.016 h, Untergrund Grauguss und Druckguss

 

Abbildung_12_-_2016h
Abb. 12: Salzsprühnebelprüfung Grauguss, zinkphosphatiert, 2.016 h

 

Abbildung_13_-_2016hAbb. 13: Salzsprühnebelprüfung Druckguss, zinkphosphatiert, 2.016 h 

 

Bewertung nach 2.520 h

Grauguss

Druckguss

Blasengrad Fläche

DIN EN ISO 4628-2

0-0 (S0)

0-0 (S0)

Enthaftung am Schnitt

DIN EN ISO 4628-8

0,5 mm

0 mm

Rostgrad Fläche

DIN EN ISO 4628-3

Ri 0

Ri 0

Abb. 14: Salzsprühtest – Bewertung nach 2.520 h, Untergrund Grauguss und Druckguss

 

Abbildung_15_-_2520h Abb. 15: Salzsprühnebelprüfung Grauguss, zinkphosphatiert, 2.520 h

 

Abbildung_16_-_2520hAbb. 16: Salzsprühnebelprüfung Druckguss, zinkphosphatiert, 2.520 h

 

3.5.2 Tropentest nach ISO 6270
 

Bewertung nach 1.008 h

Grauguss

Druckguss

Blasengrad Fläche

DIN EN ISO 4628-2

0-0 (S0)

0-0 (S0)

Enthaftung am Schnitt

DIN EN ISO 4628-8

0,0 mm

0 mm

Rostgrad Fläche

DIN EN ISO 4628-3

Ri 0

Ri 0

Abb. 17: Tropentest – Bewertung nach 1008 h, Untergrund Grauguss und Druckguss

 

3.5.3 Chemikalienbeständigkeit nach ISO 2812-1


Bewertung nach 480 h

Grauguss

Druckguss

Blasengrad Fläche

DIN EN ISO 4628-2

0-0 (S0)

0-0 (S0)

Enthaftung am Schnitt

DIN EN ISO 4628-8

0,0 mm

0 mm

Rostgrad Fläche

DIN EN ISO 4628-3

Ri 0

Ri 0

 Abb. 18: Kesternichtest – Bewertung nach 480 h, Untergrund Grauguss und Druckguss

 

Sämtliche für die Erfüllung der Normen relevanten Prüfungen des Zweischichtaufbaus wurden auf den verschiedenen Substraten durchgeführt. In der Salzsprühnebelprüfung konnte auf dem wesentlich
kritischeren Grauguss eine maximale Unterwanderung von 0,5 mm nach einer Prüfdauer von 2.520 h ermittelt werden, was einer deutlichen Übererfüllung der Normen entspricht.
Sowohl beim Tropentest, als auch bei der Überprüfung der Chemikalienbeständigkeit konnten keine Veränderungen bzgl. Haftung, Verfärbung, Blasenbildung oder Korrosion festgestellt werden.

 

 

Blasen-grad

Rost
-grad

Rissgrad

Abblätterungsgrad

Korrosion am Ritz

Abreißversuch

         

0,05 mm Ritz

2 mm Ritz

unbelastet

belastet

Forderung

0-0 (S0)

Ri 0

Kennwert 0

Kennwert 0

< 1 mm

< 3 mm

---

Min. 50 % des Ausgangswertes

Grauguss 2

0-0 (S0)

Ri 0

Kennwert 0

Kennwert 0

1 mm

1 mm

>7 N/mm2

>7 N/mm2

Grauguss 3

0-0 (S0)

Ri 0

Kennwert 0

Kennwert 0

1 mm

1 mm

>7 N/mm2

>7 N/mm2

Grauguss 4

0-0 (S0)

Ri 0

Kennwert 0

Kennwert 0

---

---

>7 N/mm2

>7 N/mm2

                 

Druckguss 1

0-0 (S0)<

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