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Feuerverzinkte Oberflächen vor der Lackierung richtig vorbehandeln

Feuerverzinkter Stahl, farbig
Es lohnt sich, feuerverzinkten Stahl anschließend noch mit einer schützenden und optisch ansprechenden Lackschicht auszustatten. Wichtig ist dabei die richtige Vorbehandlung vor dem Beschichten (Bild: Kluthe)

Nicht nur vor dem Verzinken kommt der Vorbehandlung der Stahloberfläche entscheidende Bedeutung zu, sondern auch vor einer weiteren Veredelung zu einem Duplex-beschichteten Produkt. Dabei kommen Verfahren wie das Sweep-Strahlen oder die Kombination aus alkalischer Entfettung und Beizabtrag zum Einsatz.

Die Kombination aus Feuerverzinken und Beschichten ergibt eine Schutzdauer, die wesentlich höher ist als die Summe aus der Schutzdauer der Verzinkung und der Lackierung. Dazu kommt, dass die Beschichtung farbig sein kann – und damit ein attraktiver Blickfang, zum Beispiel im Architekturbereich oder als prägendes Markenzeichen für ein Unternehmen, das feuerverzinkte Produkte liefert.

 

Duplex verlängert die Lebensdauer und setzt optische Akzente

Sogenannte Duplex-beschichtete Produkte profitieren vom gegenseitigen Schutz der Zinkschicht und der Lackschicht. Die Lackschicht deckt das Zink ab und schützt es vor atmosphärischen und chemischen Einflüssen. Wird die Lackschicht verletzt, kommt der anodische Schutzmechanismus der Zinkschicht gegenüber dem Stahl zum Tragen: Das unedlere Zink löst sich als Opferanode auf und schützt den Stahl wirksam und über eine lange Zeit vor Rotrostbildung.
Wesentlich für die Funktion und Lebensdauer der Beschichtung ist die einwandfreie und langanhaltende Haftung auf der Zinkoberfläche. Man wählt also am besten solche Lacke aus, die sich bewährt und entsprechende Eignungstests bestanden haben. Näheres zur Oberflächenvorbereitung und den Beschichtungsstoffen findet sich in der DIN EN ISO 12944-5 (Naßlacke) und DIN 55633 (Pulverlacke) und in den Arbeitsblättern Feuerverzinken G.1, G.2 und G.3.
Als mechanische Oberflächenvorbereitung sowohl für Nasslack- wie auch Pulversysteme wird das Sweep-Strahlen eingesetzt (DIN EN ISO 1299-4) beziehungsweise eine nasschemische Vorbehandlung. Sweepen als mechanische Vorbehandlung ist auch für große Konstruktionen geeignet, die nasschemisch nicht behandelt werden können.

 

Spritzdurchlaufanlage
Spritzdurchlaufanlage und Pulverbeschichtung verzinkter Teile. Die Vorbehandlung und Beschichtung finden entweder kurz nach dem Verzinken oder aber erst nach längerer Zwischenlagerung statt (Bild: Kluthe)

Grundsätzliche Überlegungen zur Vorbehandlung

Die chemische Vorbehandlung bietet sich vor allem dann an, wenn eine hohe Oberflächen-Durchsatzdichte gefordert ist,  oder aber wenn verschiedene Metallsubstrate – neben feuerverzinkten Oberflächen auch Stahl und Aluminium – in einem Multimetall-Vorbehandlungsverfahren behandelt werden sollen. Am weitesten verbreitet ist die Anwendung im Spritzen. Historisch hat sich die Gelbchromatierung als Konversionsbehandlung bestens bewährt, muss aber aus Arbeitsschutz- und Umweltschutzgründen sowie wegen des anstehenden Verwendungsverbots durch Chrom(III)-Verfahren oder gänzlich chromfreie Verfahren ersetzt werden.
Die Vorbehandlung und Beschichtung finden entweder kurz nach dem Verzinken oder aber erst nach längerer Zwischenlagerung statt. Hierbei verändert sich die Zinkoberfläche je nach Lagerbedingungen, was durch entsprechende Einstellung des chemischen Vorbehandlungsprozesses berücksichtigt werden muss. Auch die originalen Zinkoberflächen können je nach Zusammensetzung des Verzinkungsbades unterschiedliche Oberflächenzusammensetzungen haben, denen die chemische Vorbehandlung Rechnung tragen muss.

Lackierter Zaun
Nicht nur dekorativ: Die Zinkschicht und die anschließend aufgebrachte Lackschicht bieten doppelten Schutz. Selbst wenn der schützende Lack verletzt wird, besteht der anodische Schutzmechanismus weiter (Bild: Kluthe)

Extrem wichtig: der Beizabtrag

Die leistungsfähigste und flexibelste Vorbehandlungsstrategie für feuerverzinkte Oberflächen ist die Kombination einer alkalischen Entfettung mit einer sauren Beizung beziehungsweise Dekapierung und einer Konversionsbehandlung. Der Vorteil hierbei ist, dass der alkalische Reiniger organische Verunreinigungen etwas effektiver entfernt als eine saure Reinigung. Kürzere Prozesse bestehen dagegen aus einer sauren Beizentfettung und einer Konversionsbehandlung.
Von größter Bedeutung ist der Beizabtrag, der durch die nasschemische Behandlung erzielt werden soll und muss. Hierbei werden Oxide, Restverunreinigungen und andere, auf der Zinkoberfläche haftende Stoffe entfernt; allerdings wird auch die Zinkschicht angegriffen. Gerade bei uneinheitlichen Verzinkungsschichten zum Beispiel mit einem größeren Eisenanteil an der Oberfläche kann dies zu Flecken und anderen Oberflächenstörungen führen („Überbeizen“). Ferner reichert sich das zu viel abgetragene Zink schneller in der Beize an, die dadurch an Wirkung verliert und öfter verworfen und neu angesetzt werden muss.
Zur Erzeugung der Konversionsschicht dienen heute sowohl Chrom (III)-haltige Verfahren als auch völlig chromfreie Verfahren auf Übergangsmetall-Basis. Diese Verfahren basieren entweder auf rein anorganischen Formulierungen oder sind mit Polymerkomponenten modifiziert. Polymere können hier sowohl auf Kohlenwasserstoffen als auch auf Silizium basieren und dienen als Schichtverdicker und -vernetzer. Allerdings muss bei polymerhaltigen Systemen zwingend die Lackverträglichkeit und insbesondere auch die Haftfestigkeit der Lackschicht zum Beispiel im Gitterschnitt geprüft werden.

 

Lackenthaftungswerte
Die in einer Kundenanlage erreichten Lackenthaftungswerte (in mm) im Salzsprühtest bei Polyester-Außenlack (Pulverlackdicke: 85 - 120 μm (Bild: Chemische Werke Kluthe)

Pulverbeschichten vorbereiten

Am praktischen Beispiel von stückverzinkten Oberflächen im Spritzverfahren vor Pulverlackbeschichtung lässt sich der Prozess veranschaulichen.
Nach der sauren Beizreinigung mit Beizsäure (Decorrdal AL 20-16-1) und Beizverstärker (Toner AL 20-16) sowie Tensid zur Reinigungsunterstützung (Netzmittel) erfolgt zweifaches Spülen mit Brauchwasser. Daraufhin wird die Konversionsbehandlung durchgeführt, wobei Decorrdal ZN 420 als Konversionsschichtbildner zum Einsatz kommt und Toner 675 als Lackhaftungsvermittler. Zuletzt wird mit Osmosewassser erneut gespült.
Ein nach wie vor weitverbreitetes Leistungskriterium ist die Prüfung der Lackunterwanderung und Korrosion im neutralen Salzsprühtest, obwohl dieser Test für verzinkte Oberflächen fragwürdig ist. Daneben hat sich der Kochtest etabliert, der schnell und einfach zumindest vergleichende Ergebnisse in der Lackhaftung erbringt. Komplexer werden die Vorbehandlungsprozesse für den Fall einer Multi-Metall-Vorbehandlung, wenn also Stahlwerkstoffe, verzinkte Oberflächen und Aluminiumteile gleichzeitig behandelt werden sollen.
Wenn ein hohes Qualitätsniveau erreicht werden soll, empfiehlt sich eine Prozess-Aufteilung wie in der Tabelle unten dargestellt. Die Aluminiumbeize soll von der Zinkbeize getrennt in einem eigenen Becken erfolgen. Wenn anlagentechnisch möglich, soll auch die erste Spüle separat sein. Die Passivierung kann für alle Substrate gemeinsam verwendet werden.
Für viele Anwender war und ist die Nass-Lackhaftung auf feuerverzinkten Oberflächen eine Herausforderung. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die sichere Bestimmung und Einhaltung des Beizabtrags auf dem Substrat und ein Kompatibilitätstest vor der chemischen Vorbehandlung und Lackierung wesentlich zu einem stabilen Prozess und belastbaren Beschichtungsergebnissen führt.

Chemische Werke Kluthe GmbH
www.kluthe.com