Richtig pulverbeschichten und typische Fehler vermeiden

Fehler im Bereich der Pulverbeschichtung treten sehr häufig auf und haben unterschiedliche Ursachen. Ange­fangen über Mängel in der Vorbehandlung bis hin zu unzureichenden Pulverschichtdicken findet sich in der Realität so ziemlich alles, was theoretisch möglich ist. Abgeplatzte Pulverbeschichtungen kann man auch durch zu niedrigen Schichtdicken erzeugen. An pulverbeschichteten Aluminiumprofilen kam es nach ca. zwei Jahren zu einem teilweise großflächigen Abplatzen der Beschichtung Abb.1. Dabei waren nicht alle Bauteilflächen von dem Schadensbild betroffen, es lagen auch Bauteilbereiche ohne diesen Oberflächendefekt vor. Mit der Aufklärung des Schadensfalls wurde die DFO beauftragt. Das Schadensbild deutete zunächst auf einen Fehler im Bereich der Vorbehandlung hin. Während der Begutachtung der Werkstücke im ­Rahmen eines Ortstermins wurden Schichtdickenmessungen durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, dass die Schichtdicken in den schadhaften Bereichen zwischen 20 und 40 µm betrugen und in den schadfreien Bereichen dagegen deutlich über 120 µm. Da das Schichtdickenmessgerät nicht optimal kalibriert werden konnte, wurde zusätzlich im Rahmen des Orts­termins ein abgeplatzter “Beschichtungsstreifen” für weitergehende Untersuchungen entnommen.

Unzureichende Schichtdicke als Ursache ermittelt

An diesem Streifen wurden im Labor der DFO lichtmikroskopische Schichtdickenmessungen vorgenommen. Hierbei bestätigte sich, dass die Pulverschichtdicken für den Einsatzfall mit 20 bis 30 µm zu dünn waren. Zusätzlich wurde eine Bauteilprobe entnommen. An dieser Probe wurde anschließend, nach Entfernung der Beschichtung, das Substratmaterial mit Hilfe der XPS-Analytik auf das Vorhandensein einer Konversionsschicht (Vorbehandlung) hin untersucht. Hierbei konnte eine Cr-III-haltige Passi­vierung nachgewiesen werden. Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen konnte einwandfrei nachgewiesen werden, dass die Ursache der Haftfestigkeitsverluste auf eine unzureichende Schichtdicke der aufgebrachten Pulverbeschichtung zurückzuführen ist.

BEGRIFFLICHKEITEN UND HINTERGRÜNDE

XPS (Photoelektronenspektroskopie)

Mit Hilfe der XPS (Photoelektronenspek­troskopie, Informationstiefe ca. 5 nm) kann die Elementzusammensetzung im zu untersuchenden Bereich ermittelt werden. Mit diesem Verfahren lassen sich, über die Ermittlung der Bindungsenergien, einzelne chemische Gruppen (Fettsäuregruppen, Siloxane etc.) zuordnen. Aufgrund der geringen Informationstiefe von 5 nm können hiermit auch sehr dünne Schichten von haftfestigkeitsverhindernden Stoffen nachgewiesen werden. Da die Haftfestigkeit von Beschichtungen aufgrund zahlreicher wissenschaft­licher Untersuchungen in diesen wenigen Nanometern “produziert” wird, ist die Information aus diesem Bereich sehr wichtig.

Notwendige Lackschichtdicken für einen ausreichenden Korrosionsschutz

Neben einer ausreichenden Vorbehandlung der Bauteile vor der Beschichtung, sind ausreichende Schichtdicken notwendig, um eine dauerhafte Korrosionsbeständigkeit sicher zu stellen. Bei Pulverlacken liegt die Mindestschichtdicke typischerweise bei 60 bis 80 µm. Bei niedrigeren Schichtdicken können zu große Mengen an Feuchtigkeit und Salze durch die Beschichtung, die nie wirklich porenfrei ist, diffundieren. Der Widerstand gegen die Diffusion dieser Stoffe ist umso größer, je höher die Schichtdicke ist. Für Anwendungen mit hohen Beanspruchungen sollten die Schichtdicken bei mind. 120 µm liegen. Bei stark beanspruchten Bauteilen werden alternativ dazu häufig auch Zweischichtaufbauten, bestehend aus einer Grundierung und einem Decklack, eingesetzt. Diese Aufbauten haben dann eine Gesamtschichtdicke von 160 – 180 µm. Diese Aufbauten besitzen im Vergleich zu einschichtigen Aufbauten eine deutlich höhere Korrosionsbeständigkeit.

Deutsche Forschungs­gesellschaft für Oberflächenbehandlung (DFO) e.V., Neuss, Ernst-Hermann Timmermann, Tel. +49 2131-40811-22, timmermann@dfo-service.de, www.dfo-service.de