DE19933698A1

DE19933698A1 - Process for coating iron and steel substrates

Info

Publication number: DE19933698A1
Application number: DE19933698A
Authority: DE
Inventors: Stefan Weisenmayer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-07-17
Filing date: 1999-07-17
Publication date: 2001-01-18
Also published as: ES2185532T3; PT1070552E; EP1070552A1; ATE226116T1; EP1070552B1; DE50000635D1

Abstract

Process for coating the surfaces of workpieces made of iron and steel comprises preparing a metallic almost pure surface; applying a base layer made of a mixture of a zinc powder and a thermally hardenable epoxy powder and thermally treating the workpiece to fix the base layer; applying an intermediate layer of a thermally hardenable epoxy powder and thermally treating the workpiece to fix the intermediate layer; and applying a covering layer of a powder made of a thermally hardenable coating material, especially based on polyester or polyurethane and thermally fixing the covering layer.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Oberflächen von Werkstücken aus Eisen und Stahl sowie nach einem solchen Verfahren beschichtete Gegenstände.The invention relates to a method for coating the surfaces of Workpieces made of iron and steel and using such a method coated objects.

Es ist bekannt, auf Oberflächen, insbesondere metallische Oberflächen, anstelle von Farbanstrichen auf flüssiger Basis, eine Pulverbeschichtung aufzubringen, indem das metallische Werkstück auf elektrostatischem Wege mit einer Schicht eines pulverförmigen Kunststofflackes belegt und diese Pulverschicht anschließend durch thermische Behandlung verschmolzen und ausgehärtet bzw. "eingebrannt" wird. So lassen sich auf umweltfreundliche Art und Weise dauerhafte und wetterfeste Beschichtungen auf metallische Gegenstände aufbringen.It is known to take place on surfaces, especially metallic surfaces of liquid-based paints, to apply a powder coating, by electrostatically coating the metallic workpiece with a layer a powdered plastic coating and this powder layer then fused and cured by thermal treatment or is "branded". So you can in an environmentally friendly way permanent and weatherproof coatings on metallic objects apply.

Als Einzelschicht oder bei mehrlagigem Aufbau als Deckschicht wird bevorzugt eine Schicht aus einem hochwitterungsbeständigen Polyester- oder Polyurethan-Pulver aufgetragen. Pulverbeschichtungen auf dieser Basis sind in nahezu lichtechter und UV stabilisierter Ausführung erhältlich und verleihen dem beschichteten Gegenstand eine hohe Witterungsbeständigkeit.As a single layer or in the case of a multilayer structure as a top layer preferably a layer of a highly weather-resistant polyester or Polyurethane powder applied. Powder coatings on this basis are in almost lightfast and UV stabilized version available and lend the coated article has a high weather resistance.

Es ist auch bereits bekannt, zwischen der Pulverbeschichtung aus Polyester- oder Polyurethanpulver als Haftvermittler zwischen dieser Beschichtung und der Eisenoberfläche eine Vorbeschichtung mit einem Epoxy-Pulver vorzunehmen. Diese Vorbeschichtung kann auch Zinkanteile enthalten. Bei der Beschichtung von Eisen- und Stahloberflächen kann eine solche Kombination im wesentlichen ein Verzinken ersetzen, da das Zinkpulver auch in Vermischung mit dem Epoxidharz den kathodischen Schutz einer Verzinkung entfaltet und somit den Stahl bei einer Verletzung der Oberfläche schützt und Unterwanderungen verhindert. Der Epoxidharzanteil seinerseits sorgt für eine gute Haftung zum Untergrund, hohe Porendichte und chemische Widerstandsfähigkeit. Die Zwischenschicht hat eine mikroskopisch rauhe und matte Oberfläche, die einen sehr guten, haftfähigen Untergrund für die Deckschicht bildet.It is also known to interpose between the powder coating made of polyester or polyurethane powder as an adhesion promoter between this coating and a pre-coating of the iron surface with an epoxy powder to make. This pre-coating can also contain zinc components. In the Coating of iron and steel surfaces can be such a combination essentially replace galvanizing, since the zinc powder also in Mixing with the epoxy resin the cathodic protection of a zinc coating unfolded and thus protects the steel in the event of surface damage and Infiltration prevented. The epoxy resin part in turn ensures a good adhesion to the substrate, high pore density and chemical Resilience. The intermediate layer has a microscopic and rough matt surface, which is a very good, adhesive surface for the Forms top layer.

Die Anforderungen an die Dauerhaftigkeit einer Beschichtung von Eisen- und Stahlteilen, die im Außenbereich eingesetzt werden, steigt jedoch ständig.The requirements for the durability of a coating of iron and However, steel parts that are used outdoors are constantly increasing.

Aufgabe der Erfindung war es daher, ein Beschichtungssystem für Eisen- und Stahlteile zu schaffen, das in erster Linie den hohen Korrosionsschutzanforderungen der deutschen Bahn und des Straßenbaues nicht nur derzeit gerecht wird sondern auch längerfristig standhält.The object of the invention was therefore to provide a coating system for iron and To create steel parts that are primarily high Corrosion protection requirements of German railways and road construction are not is only fair at the moment but also withstands long-term.

Das Ziel war u. a., einen Korrosionsschutz zu erhalten, der einer Verzinkung mindestens gleichkommt, ohne deren Nachteile wie Ausgasungen, Zinkblumen, rauhe Oberflächen usw. in Kauf nehmen zu müssen. Angestrebt wurde ferner eine optisch ansprechende und dekorative Oberfläche, die es den Designern und Architekten ermöglicht, formschöne Stahlkonstruktionen in einem ansprechenden Farbton zu gestalten. Weiterhin sollte die Oberfläche in ihrer Struktur soweit verbessert werden, daß sie einer Pulverbeschichtung auf Aluminium gleichkommt. Schließlich werden beide Materialien, Stahl und Aluminium, parallel und nebeneinander sichtbar eingesetzt.The goal was u. a. to get a corrosion protection that a galvanizing at least equals without their disadvantages such as outgassing, zinc flowers, to have to accept rough surfaces etc. The aim was furthermore a visually appealing and decorative surface that the designers and enables architects to create elegant steel structures in one to design an appealing shade. Furthermore, the surface should be in its Structure to be improved so far that they have a powder coating Aluminum equals. Eventually both materials, steel and Aluminum, used in parallel and side by side.

Außerdem sollte die Umweltverträglichkeit der Pulverbeschichtungsverfahren im Gegensatz zu belastenden Naßlackverfahren beibehalten werden, bei denen Ausgasungen und Lösungsmitteldämpfe entstehen. In addition, the environmental impact of powder coating processes in contrast to stressful wet paint processes, where Outgassing and solvent vapors occur.

Darüber hinaus fallen keine Lackschlämme an, die die Umwelt ebenfalls belasten und teuer als Sondermüll zu entsorgen sind.In addition, there are no paint sludges that affect the environment burden and expensive to dispose of as hazardous waste.

Hohe Anforderungen an die Beständigkeit von Oberflächenbeschichtungen auf Eisen- und Stahlteilen werden nicht nur von der Deutschen Bahn und deren Zulieferern sondern auch von anderen öffentlichen Auftraggebern sowie der Architektur und Privatwirtschaft gefordert. Hierunter fallen Anwendungen im Straßenbau, Brückenbau, Tunnelausbau und der Herstellung von Beleuchtungskörpern sowie im großen Bereich der Stadtmöblierung mit Parkbänken, bei Stadtbeschilderungen, Überdachungsanlagen an Verkehrsmittelhaltestellen usw.High demands on the resistance of surface coatings Iron and steel parts are not only manufactured by Deutsche Bahn and its Suppliers but also from other public clients as well as the Architecture and the private sector are required. This includes applications in Road construction, bridge construction, tunnel construction and the manufacture of Lighting fixtures and in the large area of street furniture with Park benches, with city signs, roofing systems Transport stops etc.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein dreischichtiges Auftragssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Zusätzlich zu einer zinkpulverhaltigen Grundschicht auf Epoxidharzbasis und einer Deckschicht aus Polyester- oder Polyurethanpulver wird erfindungsgemäß zusätzlich zwischen diesen beiden Schichten eine Zwischenschicht aus reinem Epoxidharzpulver vorgesehen.The task is carried out by a three-layer application system with the Features of claim 1 solved. In addition to one Zinc powder-containing base layer based on epoxy resin and a top layer according to the invention, polyester or polyurethane powder is additionally used an intermediate layer of pure between these two layers Epoxy resin powder provided.

Für diese Zwischenschicht wird ein Epoxy-Pulver eingesetzt, welches zu einer Schicht mit hoher Porendichtheit führt. Es eignet sich hierzu beispielsweise der Protective Primer 69/70000 der Firma Tigerwerk in Wels, Österreich. Die Porendichtigkeit dieser reinen Epoxidharzschicht bewirkt, daß Feuchtigkeit und flüssige oder in Flüssigkeit gelöste Schadstoffe nur sehr schwer zum Untergrund diffundieren und den Stahl beschädigen können, was durch die Mischschicht aus Zinkpulver und Epoxidharz nicht in gleichem Maße gewährleistet wird. Dies ist besonders wichtig im Bereich erhöhter Schadstoffbelastung wie Streusalzangriffe und Meereslufteinflüsse. An epoxy powder is used for this intermediate layer, which forms a Layer with high pore tightness leads. For example, the Protective Primer 69/70000 from Tigerwerk in Wels, Austria. The Pore tightness of this pure epoxy resin layer causes moisture and liquid or liquid pollutants are very difficult to Diffuse underground and can damage the steel, which by the Mixing layer of zinc powder and epoxy resin not to the same extent is guaranteed. This is particularly important in the area of elevated Pollution such as road salt attacks and sea air influences.

Die grundsätzliche Eigenschaft des Epoxidharzes gewährleistet eine außerordentlich hohe Chemikalienbeständigkeit und gibt eine zusätzliche Garantie, daß aggressive Medien nicht die Beschichtung durchdringen und den Untergrund zerstören.The basic property of the epoxy resin ensures a extraordinarily high chemical resistance and gives an additional Guarantee that aggressive media will not penetrate the coating and Destroy underground.

Die reine Epoxidharzschicht bildet ferner eine mikroskopisch rauhe und matte Oberfläche, die einen sehr guten, haftfähigen Untergrund für die nachfolgende Deckschicht aus Polyester- oder Polyurethanpulver darstellt.The pure epoxy resin layer also forms a microscopically rough and matt Surface that is a very good, adhesive surface for the subsequent Represents top layer of polyester or polyurethane powder.

Das Aufbringen der Pulver auf das Werkstück findet vorzugsweise auf herkömmliche Art durch Aufsprühen des Pulvers im elektrostatischen Feld statt. Das Herstellen der metallisch möglichst reinen Oberfläche als Untergrund erfolgt in der Regel durch Strahlspanen, insbesondere Sandstrahlen. Hierbei soll eine Rauhtiefe der Oberfläche von 40-80 µm erreicht werden. Eine derartige Aufrauhung verbessert die Haftung der aus Zinkpulver und Epoxidharz bestehenden Grundschicht. Rauhtiefen von mehr als 80 µm sind zu vermeiden, da sonst die Metallspitzen, die durch das Sandstrahlen entstehen, nicht mehr durch das Zinkpulver abgedeckt werden können.The powder is preferably applied to the workpiece conventional way by spraying the powder in the electrostatic field instead of. The production of the surface, which is as clean as possible, as a substrate is usually done by blasting, especially sandblasting. Here a surface roughness of 40-80 µm should be achieved. A such roughening improves the adhesion of zinc powder and Epoxy resin base layer. Roughness depths of more than 80 µm are too avoid, because otherwise the metal tips, which result from the sandblasting, can no longer be covered by the zinc powder.

Das Sandstrahlen soll nach SA 3 (DIN 55928, Teil 4, Entrostung) mit scharfkantigem Korn erfolgen, um die Oberfläche von Oxiden, Zunder, Rost usw. zu befreien. Das Auftragen der Grundschicht aus Zinkpulver und Epoxidharz soll unmittelbar nach dem Sandstrahlen erfolgen, damit der vorbereitete Flächengrund nicht zwischenzeitlich wieder nachteilige Veränderungen erfährt.Sandblasting should also be in accordance with SA 3 (DIN 55928, Part 4, rust removal) sharp-edged grain made to the surface of oxides, scale, rust etc. to free. Applying the base layer of zinc powder and Epoxy resin should be applied immediately after sandblasting so that prepared surface area not disadvantageous again in the meantime Undergoes changes.

Für die Grundschicht wird vorzugsweise eine Pulvermischung aus Zink und Epoxidharz verwendet, die einen relativ hohen Zinkanteil, und zwar einen Anteil von 60-85 Gew.-% enthält. Dieser hohe Anteil ist zweckmäßig, um dem durch eine Feuerverzinkung erreichten kathodischen Schutz möglichst nahezukommen. Wie bei einer herkömmlichen Verzinkung wird durch diese Schicht der Stahl bei einer Verletzung der Oberfläche kathodisch geschützt. Die gute Haftung des Epoxidharzes auf dem Stahl verhindert die Unterwanderung der Beschichtung durch Fremdstoffe. Die mikroskopisch rauhe und matte Oberfläche des Pulvers stellt einen hervorragenden Haftgrund für die nachfolgende Zwischenschicht aus reinem Epoxy-Pulver dar.A powder mixture of zinc and is preferably used for the base layer Epoxy resin is used, which has a relatively high zinc content, namely one Contains 60-85 wt .-%. This high proportion is appropriate to the cathodic protection achieved by hot-dip galvanizing if possible come close. As with a conventional galvanizing, this Layer of steel cathodically protected in the event of surface damage. The good adhesion of the epoxy resin to the steel prevents this Infiltration of the coating by foreign substances. The microscopic rough and matte surface of the powder provides an excellent primer for the subsequent intermediate layer made of pure epoxy powder.

Die Dicke der fertig thermisch behandelten Grundschicht soll im Bereich von 30-200 µm liegen. Diese Schichtstärkenangabe gilt in gleicher Weise auch für die Zwischenschicht aus reinem Epoxy-Pulver. Die Dicke der hochwitterungsbeständigen Deckschicht aus Polyester- oder Polyurethanpulver wird vorzugsweise etwas höher gewählt als diejenige der Grund- und der Zwischenschicht. Sie beträgt vorzugsweise zwischen 45 und 300 µm nach erfolgter thermischer Behandlung. Die Deckschicht soll das Gesamtsystem vor Witterungseinflüssen schützen. Die Deckschicht kann, je nach Bedarf, mit unterschiedlichen optischen Effekten erzeugt werden. Fast jede Farbgebung und jeder Oberflächencharakter sind hier möglich.The thickness of the thermally treated base layer should be in the range of 30-200 µm. This layer thickness specification also applies in the same way to the intermediate layer made of pure epoxy powder. The thickness of the highly weather-resistant top layer made of polyester or polyurethane powder is preferably chosen somewhat higher than that of the basic and Intermediate layer. It is preferably between 45 and 300 µm after thermal treatment. The top layer is intended to cover the entire system Protect weather influences. The top layer can, depending on requirements, with different optical effects are generated. Almost every color and any surface character is possible here.

Die thermische Behandlung des Werkstückes zum Fixieren der einzelnen Pulverschichten findet jeweils zwischen etwa 150°C und 250°C statt. Die thermische Behandlung wird zweckmäßigerweise in einer Heißluftkammer vorgenommen. Dabei muß jeweils das Werkstück die angegebenen Temperaturen erreichen. Eine reine Oberflächenerwärmung der aufgetragenen Pulverschicht reicht möglicherweise nicht für deren ordentliche Fixierung aus. Die Dauer jeder thermischen Behandlung kann bis zu 60 min betragen.The thermal treatment of the workpiece to fix the individual Powder layers take place between about 150 ° C and 250 ° C. The thermal treatment is expediently in a hot air chamber performed. The workpiece must always be the specified one Reach temperatures. A pure surface heating of the applied Powder layer may not be enough to fix it properly. The duration of each thermal treatment can be up to 60 minutes.

Die fertige Beschichtung hat vorzugsweise eine Gesamtdicke im Bereich von 100-700 µm.The finished coating preferably has an overall thickness in the range of 100-700 µm.

Claims

1. Method for coating the surfaces of workpieces made of iron or steel with the following method steps:

a) producing a surface that is as clean as possible from a metal,
b) applying a base layer from a mixture of a zinc powder and a thermally curable epoxy powder and thermal treatment of the workpiece to fix the base layer,
c) applying an intermediate layer of a thermally curable epoxy powder and thermal treatment of the workpiece to fix the intermediate layer, and
d) applying a cover layer of a powder made of thermally curable coating material, in particular based on polyester or polyurethane, and thermal treatment of the workpiece to fix the cover layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Workpieces coated electrostatically with the respective powder become.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Manufacture of the surface as clean as possible by means of metal Sandblasting is done.

4. The method according to claim 3, characterized in that the Sandblasting is carried out to a roughness depth of 40-80 µm.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the Sandblasting according to SA3 (DIN 55928, part 4, rust removal) with sharp-edged grain.

6. The method according to at least one of claims 1-5, characterized characterized in that a mixture of Zinc powder and epoxy resin powder is used, the 60-85 wt .-% Contains zinc powder.

7. The method according to at least one of claims 1-6, characterized characterized in that the base layer with a final thickness of 30-200 µm is generated.

8. The method according to at least one of claims 1-7, characterized characterized in that the intermediate layer of epoxy resin with a Final thickness of 30-200 microns is generated.

9. The method according to at least one of claims 1-8, characterized characterized in that the top layer with a final thickness of 45-300 microns is produced.

10. The method according to at least one of claims 1-9, characterized characterized in that the thermal treatments of the workpiece for fixing the individual layers up to 60 min at 150-250 ° C respectively.